1引言
渤海JZ21-1油气田为无人值守和无修井机平台，位于渤海辽东湾北部海域，其中该油田的几口水平井(A4h，A7h，A10h)生产层位为东营组东二下段Ⅱ油组，含蜡量达16%左右，胶质含量为3.5%左右，气油比高达1000m3/m3以上，后期气油比还会增大，油层温度70℃，析蜡温度32℃，凝固点20~23℃。两个因素造成油井不能正常生产。一是由于含蜡高，采用普通油管管柱生产，随着液体流温的降低，析蜡出现，在油管中结蜡，使油井产液量逐渐下降至零，必须经常采用间歇性热洗回注方式，疏通油管，以恢复产液量。热洗回注必须在电潜泵停机的情况下进行，多次的启、停容易造成电潜泵设备的损坏。二是高气油比容易使泵产生气锁，无液产出，泵的空抽也使电机无法散热，容易造成电机等绝缘系统的损坏。2011年A4h，A7h，A10h三口井由于气体和结蜡影响关井，平均开井天数仅为90天，年损失油和气的产量分别为3.7万方和1100万方，有效解决气体和蜡对油田产量的影响刻不容缓。处理结蜡通常用物理和化学的方法(刮蜡、热洗和注化学药剂等)，这些方法使用设备多，操作复杂。对于高气油比，通常采用加深泵挂、双分离器串接、气体处理器等方法，但对于泵挂处游离气含量百分数大于45%时，采用电潜泵生产就变的十分困难。近年来，随着渤海自营油田开发、开采，人工举升管理的逐步规范，多项科研项目与新技术不断应用于生产实践中。电潜泵是目前的主要生产方式，其产量的贡献率达90%以上。针对JZ21-1高气油比井，采用了分离器和多相流泵相结合的形式，较好地解决了高含气井的生产问题，由于气体含量随压力变化，并采用塔形泵组合设计，较合理地设计选择泵使用。管柱结构采用Y分合采，配以隔热油管新工艺设计，提高了液体流温。这两种措施既避免了高含气对泵的影响，也避免了结蜡的影响，保证了油田的正常生产，为高含气和结蜡油井生产问题的有效解决提供了新思路和新方法。
2高含气井电潜泵设计
2.1电潜泵的设计要求
(1)设计流量：A4h，A7h和A10h井的设计流量分别为：65，75和70m3/d。
(2)泵挂深度：电潜泵机组尽可能深挂(7”尾管顶部)，以降低游离气的含量。
(3)泵具有较高的气体处理能力，按照最大气油比为1400m3/m3计算设计泵。
(4)电潜泵机组配套泵工况，用于检测油井压力和温度变化。
2.2油井基本数据A4h、A7h和A10h井气体计算，采用贝壳深锤电潜泵的电泵系统选型设计软件AutographPC进行计算。按照油井不同时期各种工况，模拟了5种模型对吸入口处的压力、流量和游离气体百分数含量进行了计算，模拟计算结果。
2.3.1气体分析泵只要满足最高气油比要求，其他气油比含量下，很容易满足。在最高气油比为1400m3/m3时，A4h、A7h和A10h井吸入口处的游离气体含量分别为89.82%、95%和91.67%，为较高含量。A4h、A7h和A10h井用软件模拟计算分析气体，在吸入口处压力分别为11.26、9.441和9.378Mpa时，分离器的效率分别为85.28%、86.93%和87.06%，经分离器有效分离，进泵的游离气百分数仍分别高达30.62%、34.99%和35%，远高于离心泵进泵游离气体百分数10%以下的气体处理能力，分离器和常规离心泵配套使用，不能保证泵的正常工作，需采用目前国际最新设计的多相流泵处理高含气问题。
2.3.2泵的设计计算
(1)选泵策略：A4h、A7h及A10h三口井具体井深结构存在一定的差异，但是生产层位相同并且设计产液相近，因此推荐使用三套相同规格的电潜泵机组以提高相似产层油井生产设备规划以及后期管理上的便利。另外，电潜泵的推荐运转区间允许液量在一定范围内变化，即所选定的泵型要能够涵盖65m3/d、75m3/d和70m3/d的设计产液要求。
(2)选泵设计：由于每口井模拟了5个模型，由于气体含量和压力的变化，流量体积的变化较大，在泵选型设计时，泵必须满足不同模型的情况流量体积和气体的变化。气油比从100~1400m3/m3，在气油比为100m3/m3时的流量体积和气体变化最小，在气油比为1400m3/m3时的流量体积和气体变化最大，泵的设计要满足这两种极端条件。通过软件模拟计算，排量从大到小，选用塔形泵组合设计，下节选用137级G12耐磨多相流泵，400系列G12泵型变频特性曲线，上节选用130级P6耐磨离心泵，400系列P6泵型变频特性曲线在气油比为100m3/m3时各井模型Ⅰ计算的结果：A4h井运行频率36.9Hz，进泵流量82.09m3/d，井口压力约为6Mpa，工况点位于G12和P6泵的推荐运转区内。A7h和A10h井运行频率41.4和43.6Hz，进泵流量90.69和84.87m3/d，井口压力约为5和6Mpa，工况点位于G12泵推荐运转区外的左侧位置，为下止推区，由于泵采用耐磨设置，在此运行可以接受，工况点位于P6泵的推荐运转区内。在气油比为1400m3/m3时各井模型Ⅴ计算的结果：A4h井运行频率43.6Hz，进泵流量和游离气体百分数曲线见图3,井口压力约为8Mpa，工况点位于G12和P6泵的推荐运转区内。
A7h井运行频率47Hz，进泵流量和游离气体百分数曲线，井口压力约为7Mpa，工况点位于工况点位于G12和P6泵的推荐运转区内。A10h井运行频率46.1Hz，进泵流量和游离气体百分数曲线，井口压力约为7Mpa，工况点位于工况点位于G12和P6泵的推荐运转区内。2.4电机及其他部件电机选用450系列，58HP/1163V/32A/50Hz，232℃耐温，按照软件模拟电机平均负载率为58.11%，平均工作温度163.7℃。动力电缆选用4#线规、EPDM绝缘、铅护套、镀锌钢铠装圆电缆，电压等级4kV，耐温232℃。模拟计算导体平均工作温度仅为80℃，该电缆能够满足高含气和机组运行要求。泵工况采用贝克深锤公司的WellLIFT-H型泵工况，适应环境温度：-25~150℃，压力35Mpa。检测参数：泵吸入口压力、泵出口压力、井温、振动、泄漏电流等参数，能够有效检测机组运行状况及监测油藏压力变化。综上所述，软件模拟计算电潜泵机组各部件的设计，满足设计产量、气体处理能力、耐温等方面满足要求。
3防蜡管柱工艺设计
3.1析蜡原理管流析蜡沉积是原油成分、输油温度、油壁温度、流速、流型、管材及沉积时间等多种因素构成。当井口产液温度高于析蜡温度，油井不会结蜡；产液温度低于析蜡温度以下，油井开始析出蜡结晶，温度越低，析出的蜡越多。
3.2管柱与参数设计要解决JZ21-1油田油井结蜡问题，关键是提高管流温度，油管内液体流温高于析蜡温度，就不会形成析出蜡结晶，也就不会形成结蜡。为此，减少或避免油管温度的流失是关键。
3.2.1静态温度分布和原生产井口温度油井井筒温度静态分布，蓝色曲线可见泵挂处的温度约为60℃，井口温度10℃左右。JZ21-1油气田原生产井口温度在30℃以下，由于析蜡温度为32℃，因此井筒容易产生结蜡现象。3.2.2井口温度设计值管柱设计井口温度高于析蜡温度5~8℃，才能将井液输送到中心平台，以避免结蜡的出现。将井口温度设计值定为41℃是较为合理的。3.2.3管柱及隔热材料的设计
3.2.3.1管柱设计采用Y分管柱采油工艺。这种管柱是海上平台应用较多的管柱结构之一，可满足电潜泵生产、自喷和油井测试等功能要求。
3.2.3.2真空隔热油管选择近年来随着新热障材料的发现和新型隔热油管的研制，为提高管流温度成为可能。真空隔热油管由内层管和外层管组成，内、外层管之间除涂以热障材料外，还进行抽真空处理，应用真空、热反射和热对流阻断三个隔热技术，因此具有良好的隔热性能。真空隔热油管隔热等级和视导热系数关系。由于真空隔热油管的费用较高，选用E级隔热等级真空隔热油管，具有较好的隔热效果。为降低修井费用，须优化计算真空隔热油管长度，减少其使用量。根据油井参数和井筒管柱参数，模拟井筒流体流动计算，使用自行开发设计软件优化计算出真空隔热油管下入深度(1400m)，能够满足设计要求。计算输出井筒井液温度曲线如图6红色曲线所示，井口温度模拟计算值为41.74℃。从计算结果可知，该温度能确保工艺达到预期防蜡的目的。A4h井配管设计：1400m4-1/2”真空隔热油管+1180m3-1/2”普通油管+940m2-7/8”旁通管。A7h和A10h井配管设计，真空隔热油管长度仍未1400m，普通油管和旁通油管按照设计泵挂调整长度。
3.2.3.3安全阀的设计为避免热量的流失，在安全阀外设计了一个热障护套，将安全阀置于护套内，护套外涂有0.3mm后的热障从材料，热障等级采用较高级别E级。由于增加护套，安全阀的外径增加，为不影响下井作业、井控和测试，在安全阀下端连接头进行加工倒角处理。通过对接箍、过电缆封隔器和安全阀进行热障处理，进一步优化井下工具和井下管柱材料选择、计算和管柱设计，该管柱设计能够保证生产管柱的的作业安全，可以有效避免结蜡的发生。
4现场应用
4.1安装JZ21-1A4h、A7h和A10h井从2012年5月5号开始作业，于5月15号作业结束。作业过程中电潜泵机组绝缘电阻和直流电阻满足设计要求。
4.2电潜泵机组运行生产情况三口井从5月15号开始计量生产，A4h、A7h和A10h井生产计量数据。
4.3井口温度
(1)在渤海自营油田高含气油井，采用加深泵挂、分离器有效分离和多相流泵相结合的设计模式解决了较高游离气下的实际生产问题，对多相流泵和离心泵组成塔形泵进行了实际应用，为今后高含气油井的选泵设计提供了依据。
(2)针对不同热障材料和真空隔热油管，优化了热流体计算模型，井口液体流温的提高，避免了析蜡和结蜡的发生，也就避免了停泵清蜡作业，增加了开井时间和产量，降低了生产维护成本，具有明显的经济效益。
(3)对于结蜡油井的管柱工艺设计、材料选择、连接扣型以及强度计算进行了有益的探索，并积累了现场作业经验。
(4)真空隔热油管的真空度影响隔热效果，随着时间的推移，真空隔热油管真空度的下降，隔热效果有待进一步跟踪和观察。