电潜泵旋流分离式井下油水分离油井生产系统设计

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1、电潜泵/旋流分离式井下油水分离油井生产系统设计于洪敏张琪李恒蒋海岩（中国石油大学（华东））摘要本文从电潜泵/旋流式井下油水分离系统的压力、流殖的协调关系入手，分析了系统以及各子系统的协调关系）采用节点分析方法，分别以定产量和量大产量为目标设计生产系统）最后，以桩西油田桩113-6井为例进行了实例计算和参数敏感性分析，得出产液量、注水启动压力、吸水指数对设计结果的影响比较大，含水率和分流比也有一定形响.关餐词电潜泵（ESP）井下油水分离系统设计协调关系流就压力油田进入开发后期，油井含水急剧升高，严重降低油井产量，增加采水和水处理费用;同时造成生态环境污染，影响油井正常生产

2、。利用井下油水分离与回注技术，能在井下将高含水原油中的大部分水分离出来，宜接注入地层，以降低采油成本，增加原油产量。井下油水分离方式包括机械分离和重力分离两种。机械分离中有代表性的是电潜泵/漩流式井下油水分离系统。因此，优化设计该生产系统，对其在油田生产应用有重要的指导意义〔T。1生产系统协调关系分析1.1系统协调关系分析图1为单泵单马达电潜泵/旋流式井下油水分离生产系统流程图（生产层在上、注入层在下九油水混合物从油层产出后进入电潜泵，增压后进入旋流分离器；经旋流器的分离后,含少最水的油经旋流器上部溢流口进入油管后举升到地面；水从旋流器底流口注入水层⑷。整个系统的压力协

3、调关系为，(1)(2)(3)(4)Pwf-Api=PePt+A/)2=加pd+S=pup-=pt式中P=——井底流压，MPa；Pe电潜泵入口压力，MPa>pg—旋流器入口压力，MPa,仇——旋流器底流口压力，MPa；P嘗——旋流器溢流口压力，MPa；P.——注入层井底注入压力，MPa；pt井口油压，MPaj——油层到下泵深度间压力损失，MPa；△化——电潜泵的增压，MPa；—326—―旋流器底流口与注入层的压力差，MPa>△久——旋流器溢流口到井口间多相管流的压力损失，MPa。系统流量协调相对比较简单：Q二Q+Qt（5）式中Q—地层产出液鼠，t/d；Q——注入层注入液量

4、，t/d,Qt—井口产出液量，t/de含水协调关系；Qc/w=Qd*/wd+Qt-/wt（6）式中几一地层产出液含水，t/山J—注入层注入液含水，t/d；J——井口产出液含水，t/do1__P图1电潜泵/旋流式井下油水分离生产系统图2为井下油水分离系统的压力协调关系图。曲线I为油层IPR曲线，当产量为150m3/d时压力为A（或A'）点的压力；曲线II为由井底至泵吸入口B点的压力损失曲线，服从井筒多相流规律；经泵增压后至C点，曲线HI为旋流分离器的压力损失曲线，D点的压力为底流口的压力，E点的压力为溢流口的压力；曲线IV为由溢流口至地面的压力损失曲线，服从井筒多相流规律

5、，F点的压力为油压；曲线V为从底流口至注入层（水层）的压力增加曲线，服从井筒多相流规律，G点的压力为注入压力.1.2子系统协调关系分析必须对各子系统进行分析，建立各压力损失与流量的关系.分离器前后以及生产层与注入层的压力与流量协调关系，才能使整个系统分析模型封闭.1.2.1产出层子系统油层子系统的压力与流量协调关系P八F（QJ,即油井流入动态⑸，其中已知定产ftQ.1.2.2注入层子系统注人层的吸液能力用吸液指数表示，则注入层的注入液量与注入压力的协调关系为$/>w=prw+Qd/Jw⑺1.2.3多相管流子系统从产岀层到电潜泵入口的井段流动以及旋流器上溢流口到井口的流动

6、，均为垂宜多相管流，流动压力降可根据多相管流Beggs-Brill方法计算得到.从产出层到电潜泵入口处井段的流动压力损失是产出层产液量、含水、产岀层温度.井底流压等参数的函数；而从旋流器上溢流口到井口的流动压力损失是旋流器上溢流口产液量、含水、溢流口产出液温度、溢流口压力等参数的函数。1.2.4电泵子系统泵特性曲线（即排量与扬程、效率和制动功率之间的关系曲线）如图3所示。由泵特性曲线看岀：泵的排量随压头增大而减小；泵轴的输入功率随排量的增大而增200400600(p、p)■乩51015202530压力(MPa)图2生产系统压力协调关系图8003遇1000瑟下泵深度120

7、01400注入层深度50100150200250300350600400《■尿田2(*«%图3电潜泵工作特性曲线大。在特性曲线上有最高效率点，其附近有一最佳排量范围，其效率随排量的变化而降低较少。泵在工作时要尽可能在额定工作点附近，且必须在最佳排量范围内工作，才能使泵工作特性最佳。—328—1.2.5逮流器分离子系统（1）旋流器分流比F与入口流量Q的关系。实验表明，当入口流量改变时，分流比F基本保持不变。因此，可根据旋流器的初始分流比确定旋流器工作时举升和注入的液量。（2）旋流器溢流口压力降APiu与入口流量Q及溢流流量Qu的关系。D60