电动潜油螺杆泵在埕岛油田的应用研究.doc

电动潜油螺杆泵在埕岛油田的应用研究陈俊o。曹文江梁立民刘红兰(胜利油田有限公司海洋石油开发公司)摘要电动潜油螺杆泵是一种结合了潜油电泵和螺杆泵优点的新型采油设备，与其他采 油设备相比，具有适应井液范围广、没有杆柱磨损、管理简单、高效节能等优点，适用于常规 抽油设备如杆武泵、潜油电泵等难于运行的稠油井，合砂井、舍气井特别是海上水平井和定 向井。本文介绍了电动潜油螺轩泵的工作结构原理、1技术优势、发展情况，并着重舟绍了电动潜油螺秆泵在埕岛油田的应用及改进情况。主题词电动潜油螺杆泵埕岛油田 配套技术l前言i1。埕岛油田潜油电泵和地面驱动螺杆泵采油技术经过近十年的应用实践和一系列的技 术配套和改进，应用已经较为成熟，但是随着海上开发的不断深入，稠油井、出砂井、 水平井等的出现对采油方式提出了新的课题。电动潜油螺杆泵是一种结合了潜油电泵和 螺杆泵优点的新型采油设备，将螺杆泵的地面驱动变成由电机直接通过减速器驱动，去 掉了抽油杆，解决了地面驱动螺杆泵的脱扣、断杆及偏磨等问题。电动潜油螺杆泵与其 他采油设备相比，具有适应井液范围广、没有杆柱磨损、管理简单、高效节能等优点， 适用于常规抽油设备如杆式泵、潜油电泵等难于运行的稠油井、含砂井、含气井；尤其 是杆式泵难以适应的水平井和定向井的采油作业中。因此，自1998年开始，我们就联系 了相关的协作单位开展了潜油螺杆泵的应用研究。经过多年的研究和陆上油井的应用试 验，在2003年开始进行海上油井应用试验：在应用过程中我们对出现的问题进行了有效 改进和技术配套，取得了较好的应用效果。2电动潜油螺杆泵工作原理及技术优势21电动潜油螺杆泵的结构组成和工作原理 电动潜油螺杆泵系统分为井下、地面及电力传送三部分(见图I)。、井下部分主要有螺杆泵、柔性轴、保护器、减速器(古减速器保护器)和潜油电机；地面部分主要有控制柜、变压器、变频器和井口等i电力传送部分有动力电缆j电动潜油螺杆泵系统安装时是将电机、减速器、保护器、柔性轴、螺杆泵和电缆下入井 内，螺杆泵与油管、地面管线连接。地面电网电源通过变压器、控制柜、接线盒连接后。经 电缆将电能馈送给井下电机，电机旋转经过减速器和柔性轴驱动泵，将井液举升到地面。这。陈俊，工程师，1992年7月毕业于西南石油学院海洋钻采工程专业，现从事油田作业监督管理工作通讯地址 胜利油田有限公司海洋石油开发公司作业科。、，t81样就将螺杆泵的地面驱动变成由电机直接通过减速器驱动，去掉了抽油杆。解决了因抽油 杆螺纹和接箍原因造成的脱扣、断杆及偏磨等问题。：J弓 、油管柱。电缆司 泄汕阎 单自阀套管1 、袖管扶正嚣。三= j、螺杆泵司 、进液口j一柔性轴； 上保护嚣减速嚣|电机保护器i电机1J油管锚=防脱锚_f，。人工井底?图1潜油螺杆泵系统结构22电动潜油螺杆泵技术优势221电动潜油螺杆与地面驱动螺杆泵相比具有如下优点。由于没有抽油杆的能量损耗，相对比较节能，在稠油井应用节能降耗尤其显著； 不发生气锁，还具有破乳作用；抽吸连续平稳，不对油层产生扰动；无抽油杆，消除了 因杆磨损或脱扣带来的躺井损失，可用更小尺寸油管；可用于斜井、定向井及水平井； 地面占用空间小、井口无泄漏、无噪声、日常管理简单；提高了泵的下深和排量；井下 机组的发热起到泵下加热作用。，222电动潜油螺杆与潜油电泵相比具有如下优点：，。在同等扬程和排量下，电动潜油螺杆泵电机需要的功率小，用电量比电泵少得多； 潜油电泵转速一般为2900r蚵n，而电动潜油螺杆泵为150一350rII】in，启动扭矩大；井下 泵效率比较高，对原油牯度高的油井尤其如此；对井液的乳化现象非常小；油液中的蜡 质不易在泵筒内结垢；潜油电泵内自由气含量超过15需要加气体分离器，而潜油螺杆821泵在低于40自由气含量的情况下可不用考虑气体分离。一 ，13电动潜油螺杆泵在埕岛油田应用的技术关键及配套技术，“、 31电动潜油螺杆泵的选井条件一排量5一160m3d；抽层有较好的供液能力，扬程1000，1800lIn下泵深度需保证300m以上的沉没度；对于出砂井，产液含砂量体积比在5以下；井液粘度在5000rnPas以下(50)；油层温度小于120；适用于5M”、7”及9”套管；含气量：泵吸人 口的含气量小于加；机组允许最大造斜速率不大于9。30m。、32电动潜油螺杆泵应用的技术关键。：，小直径大减速比减速器和能承受重载的柔性轴是制约电动潜油螺杆泵应用的技术关键。 它需要将电机输出的高转速降至适合螺杆泵工作的低转速，将螺杆泵转子的偏心运动转变为 定轴转动，并承受较大的径向及轴向负荷，且具有较高的工作寿命。目前开发出的减速装置 和柔性轴基本能满足需要。 +一二 j、 (1)减速装置。减速装置由减速器和保护器组成。减速器采用行星齿轮变速结构，它可 以将电机的高转速变为螺杆泵所需要的工作转速，一般为loo一500rrnin。根据原油物性及 粘度不同可选用不同的减速比，最大减速比为9：l；另外它还为螺杆泵增加扭矩。保护器内 腔与减速器内腔相通，可以起到平衡减速器内外腔压力的作用。(2)柔性轴。柔性轴采用万向节结构，。连接在螺杆泵和减速装置之间，它将潜油电机的 同心运动转为螺杆泵所需要的偏心运动。其作用为：螺杆泵的轴向力作用于柔性轴的止推 轴承上，柔性轴不向下传递轴向力；环行的液体流动，自由地通过吸入口进A到螺杆泵；由于轴上有排气孔：有静止分离器的作用，可减少进泵气体。133电动潜油螺杆机组用于定向井的配套技术，埕岛油田应用电动潜油螺杆泵的油井都是定向井。由于定向井的特殊井身结构，电动潜 油螺杆泵机组各部件承受弯曲、拉伸或挤压等载荷的作用，为保证机组的可靠性，。采取以下一，一。措施：(1)采用蝶型弹簧垫圈，使联接螺钉通过油井狗腿井段时不会发生塑性变形，提高连接 强度。(2)改进机组底座法兰联接结构，增加抗弯曲变形能力。根据力学原理，对电动潜油螺 杆泵机组各组成部件的几何形体进行分析，结果表明具有法兰结构的各底座属于高应力集中 件，其应力等级可达45级，是机组易弯曲变形件。我们对具有法兰结构特征的连接底座 进行结构设汁改进，与机组各连接螺栓采用的蝶型垫圈一起，降低应力集中等级，提高机组一的整体抗弯曲变形能力。 。i ，(3)自上而下设置若干导向块和导向保护块，形成小扁电缆保护装置。通过特制的钢质。电缆保护装置把电缆固定在油管接箍上，有效保护大扁电缆。(4)采用组合式保护器，提高保护器的性能。”(5)机组锚定扶正装置：针对螺杆泵工作情况设计的系列扶正器和锚定器，有效保证电，_：动潜油螺杆泵机组在井下运转的可靠性，延长系统使用寿命。 、34地面配套装置， 。i为了有效适应电动潜油螺杆泵在不同油井状况下需要不同排量的要求，并有效实现电机 的软启停，消减频繁启动、停止对电机、电缆、井下螺杆泵造成的损害，专门设计应用了潜83油螺杆泵控制柜，采用了变频控制装置，使电动潜油螺杆泵动力电源频率在260k内的可 以自由调节，控制井下螺杆泵转速，启动时采用低频低速起动，起动后频率变化一定要缓 慢，在试产初期，可以使用较低转速，以防供液不足造成定子损坏。然后再根据油井动液面 的变化，逐步改善运转参数。4电动潜油螺杆泵在埕岛油田的应用实践。从2003年7月份开始，埕岛油田在海上油井进行了电动潜油螺杆泵应用试验。先后在 cB243A和cB246A两个原油较稠的井组共7口油井进行了应用，其中cB243A井组4口油井 已生产了半年多时问，CB246A井组由于平台电力未能配套，完井试抽后未生产，应用的相 关情况如下：41油井基本情况 ：7口潜油螺杆泵油井的基本情况见表l。表1电动潜油螺杆泵油井基本情况统计井号生产层位 生产井段m 造斜点m 最大造斜深度m 最大井斜， 朦油密度(gmP) 动力粘度 凝固点 CB2432 Nm，N91+2| 15208一1659 0 伽0 l阱942 铒9 0 9478497 32 一l CB2434Nm 1ml一1彻6 200 0 科3652 29 0卵10777 2CB2435 Nm 15124一153232600 7鹄6842，93 O9479353 1i一1CB2437 Hm 1508 5一1521t510 0 1170砷53 92 09517 365 60 21447 O1465lCB2461N垂2 5460 0 170026O 。09678 1989晰21477 0一1486 OCB2462 N扩“1568 31618 8 2736I l晒01394 09678 198996 、2CB246一一n酽+6133031482 0 840 0 165513929 b 09523 7ll 45 一l平14一电动潜油螺杆泵参数5表2 电动潜油螺杆泵具体参数统计，f7变频调速 50下输 理论排量 理论扬程，电压 额定电流 额定转泵挂井号 型号(耐d)电机型号VA速分频率范围一 出转速mlk(rm遍)CB2432 啦研一160町1860 160014336 95036 1425260 322 124477CB2434 0U玎一160DTl860 1614336 95036 14252一 322 125398c】m35 QL盯一160r186016143950撕1425260 322 1263 39CB2437 Qu玎一12D一40 46 150014395036 1425 260 335122s33CB246一l OU玎一120一33弱160014336102041 260 322 105193CB2462 Qu一12D一2350 1143瞄10204l 2一印 322132l 3CB246一平l OL田一l一23501814336 102041 260 322l 5543电动潜油螺杆泵系统在应用中暴露的主要问题反改进措施+、-(1)应用变频控制器的应用易对电网产生干扰，在同一电源系统应用2套以上变频器谐 波干扰严重。cB243A井组的4口电潜螺杆泵井在每口井完井试抽时，变频控制柜单套运行， 整个电动潜油螺杆泵系统运行正常，但在平台投产时，多口油井电动潜油螺杆泵同时运行， 经常出现变频器损坏，甚至整个变频器烧毁，经认真的检查和分析，发现出现以上故障的主84要原因是多台变频器同时在同一电源系统应用，产生的谐波互相干扰所致。为此我们重新设 计的控制柜电路，消除谐波对变频器的干扰。改进后多台变频控制器同时应用互相干扰的问 题基本解决。(2)电动潜油螺杆泵在原油较稠的油井应用易产生较高的回压，cB246Ai和 cB246A一2两口油井原油较稠，在完井试抽时回压较高，趔到4MPa后没有进一步试抽，准 备在下步平台投产时，采用化学降粘的办法，降低回压。(3)在生产过程中j由于转子工作转速高，定子采用橡胶材料当地层出现供液不 足时，螺杆泵抽不出液体，容易导至螺杆泵干磨，损坏螺杆泵定子，大大缩短潜油螺杆 泵寿命，cB243A一7井目前存在着地层供液不足的问题：有必要开发研制配套的防抽空 装置。目前我们已开始进行电动潜油螺杆泵井托下测量：液面一变频联动装置研究工 作，该装置要实现自动测量井下压力，并实现电动潜油螺杆泵电力工作频率根据油井的 动液面实时情况自动调节闭环控制，油井动液面位置较高时，；电动潜油螺杆泵电力工作 频率自动增加，提高油井产量；油井动渡面下降到达设定值时：电动潜油螺杆泵电力工 作频率自动减小，降低潜油螺杆泵排量；电动潜油螺杆泵电力工作频率降到最低值而油 井动液面继续下降，则下降到设定值时自动停电停止泵的运行，避免电动潜油螺杆泵抽 空干磨的发生。+ 。44现场应用效果分析 目前埕岛油田电动潜油螺杆泵应用井产量情况见表3。表3电动潜油螺杆泵井生产情况统计投产韧期 -目前，井号投产时问 生产日产日产 含水 含砂 泵效 生产转 日产 日产 含永 含砂 泵效转建 液油速( 液 油备注(r哪曲： (o，d) (d)m血) (d) (td)CB2432砌一108丑5】8 9lO 471 O 45225 6 13470 56CB2434一10一ll拍023 423 l0 52240 25 8 26 O057CB2435 20吩一IO11232 254 24O 6O 59232篮12 弘O58供液不足CB2437 2003一lO16 17216 O 8 0 62憋压不起停产地面设施未配CB246一l套，试抽后束投产。试抽时aB2462一l、一2井回压高达4mCB246一旱l 以上从投产应用4口井的情况看，初期生产情况正常，在应用初期，几口井都进行过调速， 后CB243A一7供液不足，憋压不起停产，因而可以初步得出结论电动潜油螺杆泵对埕岛油 田定向井及粘度大的井适应性较好。但是由于应用时间短，应用效果和使用寿命有待于进一 步验证。 45现场应用存在的问题及建议(1)目前应用电动潜油螺杆泵的7口油井的油层套管均为7”其内径为15942，而电动潜油螺杆泵机组中的电机外径143mm，电机与油层套管的环空间隙仅为8m，无法在泵下85配套井电下电加热装置，如果油井出砂出现砂埋电泵机组，不容易打捞。建议进一步研究减。小电动潜油螺杆泵机组外径，满足应用需要。 (2)电动潜油螺杆在原油较稠的油井应用，易出现回压高的问题，应该配套井下加热降粘装置或化学降粘装置。便于生产管理。(3)目前使用的变频器控制柜没有电流记录仪，无法对油井的工况进行对比分析；柜体 本身没有风机易造成高温保护停机，建议改进控制柜，增加