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【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(二)

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(二)
不读水浒,不知天下之奇;不看石油圈,不晓人工举升之最全新进展。”小编说,没毛病!

来自 | World oil
编译 | 张德凯

在油气开采中,人工举升技术应用非常广泛且种类繁多,“人工举升”一词应用范畴很广,通常指可以提高产量(一般为原油或是油/水混合物)的工具、设备、控制装置、仪器、电脑硬件/软件以及技术等。人工举升可通过各种类型的泵,以机械的方式将井下液体举升至地面,这种方式的原理非常简单,只是通过外力改变井下液体的流速。另外,还可以通过降低井下液体静压的方式提高液体产量,一般通过注入气体完成。

杆式泵发展历程

液压油管锚

油管锚一般用于有杆泵中油管的提拉下放操作,油管内的柱塞位于井下泵的下部,循环往复运动造成的振动是油管位置变化的主要原因。柱塞向上运动过程中产生向上冲力,使油管有向上的移动趋势;同理,当柱塞向下运动时会产生油管向下的运动趋势。

对于杆式人工举升技术来说,当柱塞往复运动频率达到3~9次/分时,人工举升系统的磨损会非常严重,甚至造成油管穿孔,导致修井作业。常规的机械油管锚是液压锚的主要竞争对手,但机械锚存在着显著的缺点:(1)即使在斜井中,也需要外力驱动;(2)尺寸太大,造成砂桥、气栓等问题;(3)运动部件过多,遇阻风险大;(4)开放腔室过多,易结垢,碎屑堆积风险高。

为了解决上诉问题,Black Gold Pump and Supply公司推出了全新的液压油管锚系列,如图5所示。该液压油管锚的旁路面积很大,能够有效防止砂桥、气/液栓形成。此外,液压锚只有一个由压力控制的移动部件,避免了油管转动,降低了相关风险,流线型设计还大幅降低了结垢几率。

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(二)

图5.与机械油管锚不同,Black Gold公司的液压锚无需繁琐控制。

液压锚的安装、回收也非常简便,操作便利也是液压锚的竞争优势之一。与机械锚不同,液压锚安装过程中无需表面控制与操作,在油管下放完成后,液压锚也随之激活,控制管串内压力高于套管。在设备回收作业中,只需解封泵,即可回收液压锚,实现油管与套管压力平衡,液压锚所受张力也得以化解。

截至目前,Black Gold已经成功安装了超过5000套液压锚设备,其在减少作业时间、降低作业成本、优化作业设备使用等方面显示出了巨大优势。

杆式泵冲程优化

Encline Lift公司的泵冲程优化(PSO)设备主要用于产量波动剧烈的水平井中,解决杆式泵的冲程变化异常问题。当前的RPC技术都是以垂直井为模型建立的,所以将其应用于水平井中会发生冲程频繁变化、流量不稳定等问题,这些都会对杆式泵造成不利影响。

为了解决常规RPC技术在水平井中应用的问题,许多开发商选择降低泵速上限设置,调整为日产量相当水平。虽然效率较低,但这已经成为解决RPC水平井应用的常规方法。目前来看,该方法会降低杆式泵在生产状态变化(如停井、分支井压裂过程)中的应对能力。Encline Lift公司的PSO技术通过对几个小时内泵速、液流不足等问题的分析,调整泵的最高工作速度,能够有效避免人工干预作业。PSO能够提高泵内液体注入量,提高杆式泵、人工举升设备的载荷,还能在一定程度上提高产量。操作人员的工作量降低,其他工作的完成效率也会相应提升。

许多RPC装置会在下冲程过程中降低柱塞运动速率,使其稍低于其在上冲程中的速度。基于RPC的这一特点,PSO会降低柱塞在下冲程中的速度,同时保持柱塞在上冲程中运动中不变,直到达到设计的上、下冲程的柱塞速率差异。PSO的这种设计降低了柱塞在上冲程运动中的时间比例,一定程度上遏制了有害泵滑转的发生。

业界普遍认为,上冲程中泵滑转会对生产、设备造成损坏,而且由于固定阀处于开启状态,滑转会导致固定阀液体流入量降低。而在下冲程中,当固定阀和游动阀都处于开启状态时,泵滑转会在一定程度上有利于生产。

下冲程中泵滑转能够提高两个闭式阀门之间的压力,对于游动阀的开启有利。由于下冲程中柱塞运动速度降低,使得下冲程时间相应延长,有助于泵滑转的发生。更重要的是,循环周期的延长使得井下自由气体能通过杆式泵气锚排出。这对于生产状况复杂、气体分布不均的水平井生产来说非常有价值,这也是水平井与垂直井的主要生产区别之一。总之,优化滑转、提高液体泵腔填充率都会降低冲程数,井下磨损、能耗会显著降低。

PSO的现场测试在2015年3月于 Eagle Ford油田进行,在2015年9月ALRDC公司的抽油泵井场得到了非常成功的测试结果,图6展示了一年后该油田4口井的测试结果。

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图6.Encline Lift公司的冲程优化数据,来源于Bakken油田四口井的测试结果,来自ALRDC公司的抽油机井场。

此外,Eagle Ford油田的20口井生产结果在2016年的休斯顿人工举升大会上作为成功案例进行了展示。目前,PSO已经在Permian、DJ、Bakken、Eagle Ford等油田成功推广。

下期关键词:直线式举升,液压射流泵

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