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新型人工舉升系統 提高非常規油井產量

新型人工舉升系統 提高非常規油井產量

非常規油井給傳統電潛泵(ESP)系統帶來挑戰,而且可能限制油井生產潛力!

來自 |?JPT
編譯 | 白小明 驚蟄

針對壓力下降迅速、存在大量游離氣體的非常規油井,出現了一種新型人工舉升系統,能夠經濟可靠地運行。本文對比了傳統ESP和新型人工舉升系統如何應對游離氣體和氣體段塞挑戰。

通常,非常規油井所處的儲層滲透性較差。為了使大量流體從儲層流入井筒,通常采用水平井和多級水力壓裂的方式,盡可能多地將儲層暴露在井筒中。

然而,水平段過長為生產帶來了挑戰。隨著非常規儲層壓力的下降,氣體從流體中脫離出來并積聚在水平段的波狀隆起部分。當氣體段塞被打破,會產生氣體循環和氣鎖,對系統性能和可靠性產生負面影響。由氣鎖造成的反復停機會對人工舉升系統的生產和壽命產生負面影響。減少人工舉升系統的正常運行時間將大幅增加作業公司的資金和運營支出(OPEX)。

一些氣體段塞體積可能會很大,造成泵送量降低甚至為零,這對大多數人工舉升系統而言非常具有挑戰性。因此,在油氣混合物進入泵之前必須將氣體段塞與液體分離,優化生產并提高舉升系統的可靠性。設計一個能夠避免段塞并防止過量氣體進入井下泵的舉升系統,對于非常規油井開采至關重要。

新型系統

新型人工舉升泵系統能夠緩解氣體問題,它以ESP為基礎,采用一個倒置護罩包裹整個系統。ESP配備了一個再循環系統,以便在段塞期間保持ESP電機冷卻。

此外,完全封裝的系統具有增強的電機引線延伸(MLE)保護功能,避免在入井(RIH)過程中損壞電纜,特別是在下入5?-in套管的應用中。這種解決方案主要用于高含氣體且可能形成氣體段塞的井。根據井況和流體特性,還可使用可選組件。例如,在出砂和研磨性風險高的地層推薦使用一套防砂系統。

主要部件

倒置護罩系統:倒置護罩系統的主要功能是保護ESP系統免受氣體段塞影響,并在入井期間為MLE提供機械保護。

再循環系統:再循環系統的主要功能是通過一根再循環管,泵送流體迫使流體通過電機,從而為倒置護罩內的電機提供適當的冷卻。除此之外,再循環泵通常設計為氣體處理泵,從而為處理氣體多提供一道流程。

其他工具:化學品注入管線是推薦與新型人工舉升系統一起使用的工具之一?;瘜W品可提高系統的可靠性,特別是在可能高含污垢和腐蝕的情況下?;瘜W品注入管線可以安裝在倒置護罩的頂部或連接到再循環管頭。

由于存在大量氣體和氣體段塞,目前北美地區的非常規井給人工舉升系統帶來了巨大挑戰。為了從這些井中經濟可靠地生產并提高采收率,(各作業公司)已經引入了不同類型的人工舉升方法。例如,在北美的幾口非常規井中已部署了抽油桿泵(SRP);然而,由于存在大量氣體段塞以及井眼幾何形狀的問題,SRP的運行非常低效。此外,井斜較大導致油管磨損風險較高。

其中一些井也采用了氣舉方法;然而,當引入氣舉時出現了兩個主要問題。與其他人工舉升方式相比,第一個問題是產量下降和壓降有限。第二個問題與井筒的井斜較大有關,液體和氣體之間的重力差異(流體分離作用)將導致兩相分層,使得氣舉效率低下。

傳統的ESP系統也被用于那些具有挑戰性的井中,但這些系統由于氣體段塞而反復停機。由于氣鎖而反復停機會對人工舉升系統的生產和使用壽命產生負面影響。此外,較短的ESP運行壽命會增加作業公司運營成本,明顯影響油井經濟性。

為此,已將一種新型人工舉升系統引入了北美地區遇到氣體問題的不同作業公司。以下是一個案例研究,該系統的成功部署提高了整體產量和采收率。

案例研究

由于大量游離氣體及段塞導致ESP反復停機,北美地區一家作業公司正在努力維持生產。除了氣體導致的停機外,由于冷卻不良引起的電機溫度升高也造成ESP停機。反復循環大幅降低了系統可靠性并縮短了ESP系統的運行壽命。此前已在該井中安裝了三個ESP系統,平均運行壽命約為157天。經過三次短暫運行后,作業公司考慮使用新型人工舉升系統,以避免系統反復循環,提高石油產量,并延長ESP系統的運行壽命。

該公司進行了大量的分析來確定倒置護罩的長度,以處理2分鐘的段塞時間以及正常作業和氣體段塞時冷卻電機所需的流體。

基于之前ESP的性能和產量,倒置護罩的長度定為180 ft,以確保2分鐘的氣體段塞沒有問題。預計下部流體的分離效率約為94%。

安裝新型人工舉升系統后,作業公司立即測量了井中液位,在距離地面2,600 ft處,原油產量增加了90桶/天。新型人工舉升系統部署后,減少了氣體循環,大大減少了非生產時間。此外,整個ESP系統的效率、原油采收率得到提高。

新型人工舉升系統的獨特設計幫助作業公司:(1)提高產量和采收率。這是通過穩定產量,提高系統效率,最大限度地減少因氣體造成的生產中斷和系統循環,以及最大限度地減少油藏壓降實現更大的儲量采收來實現的;(2)提高系統可靠性,降低運營成本。新型人工舉升系統消除了因氣體段塞造成的循環相關的磨損,顯著降低了由于氣體段塞和冷卻不充分造成的電機過熱,并且在入井期間為MLE提供了機械保護。

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