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摘要：针对电潜泵生产井存在气锁问题，本文阐述了电潜泵气锁现象的原因。在不增加泵挂深度和电潜泵换型的情况下，提出若干解决气锁的方案，对已有油管管柱进行优化探讨，提出放气阀+小直径连续油管+气举阀的组合接力管柱，并给出了基本的设计原则，用以解决长期困扰油田的电潜泵气锁停井问题。
关键词：电潜泵;气锁;管柱优化
引言
電潜泵采油是目前海上油田常用的举升方式之一，具有排量大、扬程高的优点。但其单一的举升方式受制于多级离心泵对游离气敏感的特性，往往表现出一定的局限性。如常由于游离气进入泵体而导致电潜泵井工况不稳定、甚至电潜泵气锁停止排液。某海上油田油井中高含CO2，前期完井设计中为避免CO2腐蚀套管，将封隔器安装位置选择在靠近油层，封隔器以上油套环空采用防腐液防腐。在油田衰竭式开采中后期，含水上升，井底脱气严重，由于封隔器位置距离电潜泵吸入口较近，电潜泵常出现欠载、气锁停井问题。为最大限度消除气体对离心泵的影响，通过后期对原生产管柱优化，提出组合举升的方法[1]，促使油井平稳、经济的运行。
1电潜泵工作原理及气体对电潜泵的影响
1.1电潜泵工作原理
电潜泵是由多级叶轮串接起来的一种电动离心泵，包括固定和转动两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成;转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧组成。每一级就是一个离心泵，除了直径小长度长外，与一般离心泵无异。
其工作原理为：当潜油电机带动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮人口，如图1.1。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体压能逐次增高，在获得足以克服泵出口以后管路阻力的能量时流至地面，达到石油开采的目的。
1.2 游离气进入泵体对电潜泵的影响
进入电潜泵的游离气对电潜泵的性能和寿命影响很大，进泵游离气越多泵性能越差。气体对电潜泵的影响可通过电潜泵电流的变化来体现，轻则表现为电流波动，严重时表现为频繁欠载停机，甚至使离心泵的大部分流道空间被气体占据而发生气锁现象，最终使离心泵停止排液[2]。如果保持离心泵长时间气锁状态下运行，将导致电机温度上升和电缆绝缘性能下降，最终烧毁电机。通常采取加深泵挂，使泵吸入口压力尽可能接近地层饱和压力，使气体在油管中析出，减少游离气进入泵体;或者是从电潜泵本身的防气技术入手，例如选择高效气液离心泵处理更多的游离气、在泵入口端增加气体处理器，将游离气从井液中分离后，从套管排出。所有的措施都是减少进入泵体的游离气，避免气体对电潜泵的影响，促使电潜泵高效运转和油田高效开发。
2两种海上油田常用电潜泵生产管柱介绍
2.1 Y型电潜泵生产管柱
如图2.1所示，此管柱为Y型生产管柱，有自溢出能力。井下安全阀能够保证油井在特殊情况下不向外溢流;封隔器分隔井底油气，保留住油套环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用;通过对滑套开关或在工作筒内投捞堵塞器，可起到修井时循环井液和生产测试等工艺措施。
2.2 直管柱电潜泵生产管柱
如图2.2所示，此管柱为直管柱，在图2.1基础上在封隔器处加入放气阀，并引入地面液压控制，通过开启放气阀泄放井底动液面以上游离气。该生产管柱可通过开启滑套（泄油阀）自喷生产，也可关闭滑套启泵生产。
3实例分析
3.1海上某油田概况
某海南海上油田属台风影响区，每年7月～10月份为台风季节，台风影响时人员撤离，停止生产。
该油田油藏的原油品质好，地面为0.85 g/cm3;地下0.81g/ cm3;粘度低，地面为3.6mPa·s;地下1.4mPa·s。原油饱和压力11MPa，气油比119m3/m3。溶解气CO2含量高，其相对密度为1.422，CH4含量12.0%，CO2含量为79.0%。油田地层物性较差，非均质性强，水相进入的渗流阻力大，地层能量补充不足。油井均为水平井，生产方式为电潜泵生产，生产的层位为衰竭式开采。
3.2油井生产概况
A1h井生产套管9-5/8”套管，前期设计考虑节约成本因素，生产套管设计中只有903.72～1098.13m套管处的钢级为13Cr-L80，其余为1Cr-L80，考虑到13Cr以外的套管防CO2腐蚀的能力差。在此井中，泵挂深度965m，封隔器945m，距电潜泵机组较近，泵吸入口距封隔器不足15m。电泵设计中，考虑到电缆穿越密封可能面临套压升高，故电潜泵不带气体分离器。
初期生产为电潜泵生产，产油量约为340m?/d，气2.8X104 m?，含水率3.0%，井底压力7.05MPa。后期日产油降至约70m?，日产水约：204m?，气油比约：300，含水率约：73%。由于电潜泵地面设备变频器故障，故障处理后启泵复产发生电潜泵气锁，电潜泵停止排液。
3.3原有工艺管柱电潜泵气锁分析
原有生产管柱为Y-block型电潜泵机组设计，过电缆封隔器不带放气阀，且距离电潜泵吸入口不足15米。在油层静压（10.39MPa）小于泡点压力（11MPa）时，地层流体从生产层位进入井底口时部分脱气，在封隔器以下套管内形成一个小气顶。在举升动力设备电潜泵故障后，泵内气体聚集，造成电潜泵气锁。在电潜泵出口设有一单向阀，油管中形成的液注也阻止了气顶气的排除，进而造成电潜泵气锁无产出。
3.4解除电潜泵气锁的可行性方案分析
井底电潜泵气锁后，解除气锁有如下几种方式：
1）通过关井，井底流压大于饱和压力后解除气锁;
2）钢丝作业捞起Y-BLOCK处工作筒处堵头，将聚集在电潜泵附近的气体排出，解除电潜泵气锁; 3）通过修井作业，增加泵挂深度，使得井底流压高于饱和压力。
针对以上三种解决方案，第一种可行，但需要时间，产量影响较大;第二种，需要动员作业队伍，需要额外增加作业人员动复员和作业费用，并且作业一次只能解决一次问题;第三个方案，作业费用高，同时因为套管设计问题，增加深度有限。
3.5电潜泵-气举阀组合工艺管柱探讨
根据上述A1井出现的问题，在现有电潜泵生产工艺管柱基础上，考虑经济效益和现场施工，进行新型电潜泵+气举阀组合工艺管柱设计探索，如图3.5用以解决电潜泵气锁问题，同时达到管柱防CO2腐蚀要求。通过自产气进行电潜泵（ESP）-气举（GL）组合接替举可对深层油气田生产中后期大排量举升提供了技术手段[3]。在现有的管柱条件下，更换原有过电缆封隔器，换作带过电缆、放气阀的封隔器，在上部油管接入定压气举阀，将封隔器放气阀和气举阀通过具有防CO2功能的小直径连续油管连接。如图：不需更换原生产采油树，不增加地面控制和增压设备，可達到长期维持气举生产，又可有效抑制气锁。
自产伴生气通过小直径连续油管进入上部生产油管，防止CO2气体对1Gr生产套管产生的腐蚀作用，同时产生一定的气举作用。由于连续油管的联通作用，可达到对井底封隔器以下井筒排气和增加井底动液面的作用。气体进入油管后，还可降低生产管柱内密度，可降低电潜泵出口压头，使电潜泵的排量得到释放，达到增产解气锁的良好作用。
4小结
1）游离气聚集在电潜泵内易产生气锁现象，严重时使泵停止排液，前期的电潜泵设计可能已不适应油田中后期开采压力降低后的生产状况;
2）增加电潜泵泵挂深度和电潜泵换型，可处理油田开发中后期井底脱气现象，但在经济上不是最佳方案;
3）利用电潜泵-小直径连续油管-气举阀组合接力举升，可增加井底动液面，达到避免气锁和提高电潜泵排量的作用。
参考文献
[1]Hubert Borja.利用组合人工举升系统进行优化生产[J].覃斌，译.国外油田工程，2002，18（2）：11-12.
[2]张喜雨.电潜泵加深泵挂设计与分析.石油机械.2009，37（12）：94.
[3]杨志，李孟杰. 电潜泵-气举组合接力举升工艺研究.西南石油大学学报（自然科学版）.2011.33（2）：166-169.
关键词：电潜泵;气锁;管柱优化
引言
電潜泵采油是目前海上油田常用的举升方式之一，具有排量大、扬程高的优点。但其单一的举升方式受制于多级离心泵对游离气敏感的特性，往往表现出一定的局限性。如常由于游离气进入泵体而导致电潜泵井工况不稳定、甚至电潜泵气锁停止排液。某海上油田油井中高含CO2，前期完井设计中为避免CO2腐蚀套管，将封隔器安装位置选择在靠近油层，封隔器以上油套环空采用防腐液防腐。在油田衰竭式开采中后期，含水上升，井底脱气严重，由于封隔器位置距离电潜泵吸入口较近，电潜泵常出现欠载、气锁停井问题。为最大限度消除气体对离心泵的影响，通过后期对原生产管柱优化，提出组合举升的方法[1]，促使油井平稳、经济的运行。
1电潜泵工作原理及气体对电潜泵的影响
1.1电潜泵工作原理
电潜泵是由多级叶轮串接起来的一种电动离心泵，包括固定和转动两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成;转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧组成。每一级就是一个离心泵，除了直径小长度长外，与一般离心泵无异。
其工作原理为：当潜油电机带动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮人口，如图1.1。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体压能逐次增高，在获得足以克服泵出口以后管路阻力的能量时流至地面，达到石油开采的目的。
1.2 游离气进入泵体对电潜泵的影响
进入电潜泵的游离气对电潜泵的性能和寿命影响很大，进泵游离气越多泵性能越差。气体对电潜泵的影响可通过电潜泵电流的变化来体现，轻则表现为电流波动，严重时表现为频繁欠载停机，甚至使离心泵的大部分流道空间被气体占据而发生气锁现象，最终使离心泵停止排液[2]。如果保持离心泵长时间气锁状态下运行，将导致电机温度上升和电缆绝缘性能下降，最终烧毁电机。通常采取加深泵挂，使泵吸入口压力尽可能接近地层饱和压力，使气体在油管中析出，减少游离气进入泵体;或者是从电潜泵本身的防气技术入手，例如选择高效气液离心泵处理更多的游离气、在泵入口端增加气体处理器，将游离气从井液中分离后，从套管排出。所有的措施都是减少进入泵体的游离气，避免气体对电潜泵的影响，促使电潜泵高效运转和油田高效开发。
2两种海上油田常用电潜泵生产管柱介绍
2.1 Y型电潜泵生产管柱
如图2.1所示，此管柱为Y型生产管柱，有自溢出能力。井下安全阀能够保证油井在特殊情况下不向外溢流;封隔器分隔井底油气，保留住油套环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用;通过对滑套开关或在工作筒内投捞堵塞器，可起到修井时循环井液和生产测试等工艺措施。
2.2 直管柱电潜泵生产管柱
如图2.2所示，此管柱为直管柱，在图2.1基础上在封隔器处加入放气阀，并引入地面液压控制，通过开启放气阀泄放井底动液面以上游离气。该生产管柱可通过开启滑套（泄油阀）自喷生产，也可关闭滑套启泵生产。
3实例分析
3.1海上某油田概况
某海南海上油田属台风影响区，每年7月～10月份为台风季节，台风影响时人员撤离，停止生产。
该油田油藏的原油品质好，地面为0.85 g/cm3;地下0.81g/ cm3;粘度低，地面为3.6mPa·s;地下1.4mPa·s。原油饱和压力11MPa，气油比119m3/m3。溶解气CO2含量高，其相对密度为1.422，CH4含量12.0%，CO2含量为79.0%。油田地层物性较差，非均质性强，水相进入的渗流阻力大，地层能量补充不足。油井均为水平井，生产方式为电潜泵生产，生产的层位为衰竭式开采。
3.2油井生产概况
A1h井生产套管9-5/8”套管，前期设计考虑节约成本因素，生产套管设计中只有903.72～1098.13m套管处的钢级为13Cr-L80，其余为1Cr-L80，考虑到13Cr以外的套管防CO2腐蚀的能力差。在此井中，泵挂深度965m，封隔器945m，距电潜泵机组较近，泵吸入口距封隔器不足15m。电泵设计中，考虑到电缆穿越密封可能面临套压升高，故电潜泵不带气体分离器。
初期生产为电潜泵生产，产油量约为340m?/d，气2.8X104 m?，含水率3.0%，井底压力7.05MPa。后期日产油降至约70m?，日产水约：204m?，气油比约：300，含水率约：73%。由于电潜泵地面设备变频器故障，故障处理后启泵复产发生电潜泵气锁，电潜泵停止排液。
3.3原有工艺管柱电潜泵气锁分析
原有生产管柱为Y-block型电潜泵机组设计，过电缆封隔器不带放气阀，且距离电潜泵吸入口不足15米。在油层静压（10.39MPa）小于泡点压力（11MPa）时，地层流体从生产层位进入井底口时部分脱气，在封隔器以下套管内形成一个小气顶。在举升动力设备电潜泵故障后，泵内气体聚集，造成电潜泵气锁。在电潜泵出口设有一单向阀，油管中形成的液注也阻止了气顶气的排除，进而造成电潜泵气锁无产出。
3.4解除电潜泵气锁的可行性方案分析
井底电潜泵气锁后，解除气锁有如下几种方式：
1）通过关井，井底流压大于饱和压力后解除气锁;
2）钢丝作业捞起Y-BLOCK处工作筒处堵头，将聚集在电潜泵附近的气体排出，解除电潜泵气锁; 3）通过修井作业，增加泵挂深度，使得井底流压高于饱和压力。
针对以上三种解决方案，第一种可行，但需要时间，产量影响较大;第二种，需要动员作业队伍，需要额外增加作业人员动复员和作业费用，并且作业一次只能解决一次问题;第三个方案，作业费用高，同时因为套管设计问题，增加深度有限。
3.5电潜泵-气举阀组合工艺管柱探讨
根据上述A1井出现的问题，在现有电潜泵生产工艺管柱基础上，考虑经济效益和现场施工，进行新型电潜泵+气举阀组合工艺管柱设计探索，如图3.5用以解决电潜泵气锁问题，同时达到管柱防CO2腐蚀要求。通过自产气进行电潜泵（ESP）-气举（GL）组合接替举可对深层油气田生产中后期大排量举升提供了技术手段[3]。在现有的管柱条件下，更换原有过电缆封隔器，换作带过电缆、放气阀的封隔器，在上部油管接入定压气举阀，将封隔器放气阀和气举阀通过具有防CO2功能的小直径连续油管连接。如图：不需更换原生产采油树，不增加地面控制和增压设备，可達到长期维持气举生产，又可有效抑制气锁。
自产伴生气通过小直径连续油管进入上部生产油管，防止CO2气体对1Gr生产套管产生的腐蚀作用，同时产生一定的气举作用。由于连续油管的联通作用，可达到对井底封隔器以下井筒排气和增加井底动液面的作用。气体进入油管后，还可降低生产管柱内密度，可降低电潜泵出口压头，使电潜泵的排量得到释放，达到增产解气锁的良好作用。
4小结
1）游离气聚集在电潜泵内易产生气锁现象，严重时使泵停止排液，前期的电潜泵设计可能已不适应油田中后期开采压力降低后的生产状况;
2）增加电潜泵泵挂深度和电潜泵换型，可处理油田开发中后期井底脱气现象，但在经济上不是最佳方案;
3）利用电潜泵-小直径连续油管-气举阀组合接力举升，可增加井底动液面，达到避免气锁和提高电潜泵排量的作用。
参考文献
[1]Hubert Borja.利用组合人工举升系统进行优化生产[J].覃斌，译.国外油田工程，2002，18（2）：11-12.
[2]张喜雨.电潜泵加深泵挂设计与分析.石油机械.2009，37（12）：94.
[3]杨志，李孟杰. 电潜泵-气举组合接力举升工艺研究.西南石油大学学报（自然科学版）.2011.33（2）：166-169.