石油开发中心-直线潜油电机应用

1、胜利油田石油开发中心胜利油田石油开发中心 2009.102009.10 直线潜油电机配套举升技术直线潜油电机配套举升技术 在石油开发中心的应用在石油开发中心的应用 目 录 一、前言一、前言 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 四、结论与认识四、结论与认识 一、前言一、前言 人工举升人工举升 利用抽油杆传递能量利用抽油杆传递能量 利用液体传递能量利用液体传递能量 利用电缆传递电能利用电缆传递电能 气举等其他方法气举等其他方法 往复运动往复运动 旋转运动旋转运动 离心泵离心泵 螺杆泵螺杆泵

2、射流泵、水力活塞泵等射流泵、水力活塞泵等 国内外常见的人工举升方式国内外常见的人工举升方式 一、前言一、前言 常规机械举升方式利用电能转换为旋转运动，减速后再经四常规机械举升方式利用电能转换为旋转运动，减速后再经四 连杆机构转换为直线往复运动，其传动系统能量损失高达连杆机构转换为直线往复运动，其传动系统能量损失高达 28%， 加上旋转特性造成启动扭矩大，需要较高的启动功率，系统效率一加上旋转特性造成启动扭矩大，需要较高的启动功率，系统效率一 般不超过般不超过 30 %。 直线电机抽油机将电能直接转换为直线往复运动直线电机抽油机将电能直接转换为直线往复运动 ,简化了机械简化了机械 传动过程，有效

3、地提高了效率，经测试节能可达传动过程，有效地提高了效率，经测试节能可达 5 4 %，抽汲参数，抽汲参数 可无级调整，为实现自动控制及满足采油工艺要求提供了条件，是可无级调整，为实现自动控制及满足采油工艺要求提供了条件，是 一种很有发展前途的新型举升技术。一种很有发展前途的新型举升技术。 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化 为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。其结构可以为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动

4、装置。其结构可以 看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成 。 直线电机工作原理直线电机工作原理 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 直线潜油电机直线潜油电机 倒置式井下泵倒置式井下泵 地面控制系统地面控制系统 直线潜油电机配套举升技术特点直线潜油电机配套举升技术特点 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 1、系统最高耐温为、系统最高耐温为180； 2、电动机的定子采用充油封闭式结构，耐压、电动机的定子采用充油封闭式结构，耐压30Mpa； 3、电

5、动机定子绕组的绝缘等级为、电动机定子绕组的绝缘等级为H级；级； 4、冲程为、冲程为1.23m；冲次为；冲次为0-10次可调；次可调； 5、最大举升力、最大举升力4000KN； 6、柱塞单次运行时间为、柱塞单次运行时间为1.34s，通过设置冲次间隔时间设定冲次数。，通过设置冲次间隔时间设定冲次数。 直线潜油电机配套举升技术特点直线潜油电机配套举升技术特点 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 直线潜油电机配套举升技术特点直线潜油电机配套举升技术特点 1、动力装置直接与泵在井下连接，去掉了抽油机传动和抽油杆的无功、动力装置直接与泵在井下连接，去掉了抽油机传动和抽油杆

6、的无功 损耗，因此举升能耗低、损耗小；去掉了抽油杆的冲程损失；脉冲式运损耗，因此举升能耗低、损耗小；去掉了抽油杆的冲程损失；脉冲式运 动提供了较长的进液时间，有利于提高泵效，可达动提供了较长的进液时间，有利于提高泵效，可达90%；与同等产液量；与同等产液量 抽油机相比，耗电量减少抽油机相比，耗电量减少50以上。以上。 2、实现无杆采油，与现有举升方式相比，在节省大量投资、减少起下、实现无杆采油，与现有举升方式相比，在节省大量投资、减少起下 作业时间和成本的同时，彻底消除了管杆偏磨；在配套强闭式凡尔球座作业时间和成本的同时，彻底消除了管杆偏磨；在配套强闭式凡尔球座 后，可实现水平井水平段采油。后

7、，可实现水平井水平段采油。 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 直线潜油电机配套举升技术特点直线潜油电机配套举升技术特点 3、增产作用：配套采油泵采用倒装方式，上行时活塞上行，顶开固、增产作用：配套采油泵采用倒装方式，上行时活塞上行，顶开固 定凡尔，下行时，活塞靠自身重量下行，撞击承接筒，在油层中震动，定凡尔，下行时，活塞靠自身重量下行，撞击承接筒，在油层中震动， 有低频振动增产作用，电机运行热量加热稀释周围油液，降低原油粘有低频振动增产作用，电机运行热量加热稀释周围油液，降低原油粘 度，提高供液能力。度，提高供液能力。 4、经过技术攻关，实现了直线电机内部金

8、属部件与井液的分离，解、经过技术攻关，实现了直线电机内部金属部件与井液的分离，解 决了因腐蚀造成的使用寿命短的问题。决了因腐蚀造成的使用寿命短的问题。 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 直线潜油电机配套举升技术特点直线潜油电机配套举升技术特点 5、直线电机的运动刚性高，可实现、直线电机的运动刚性高，可实现“零防冲距生产零防冲距生产”，可，可 提高泵效，杜绝气体影响。提高泵效，杜绝气体影响。 6、生产制度调整智能化，调整幅度更精密、更精确，配合、生产制度调整智能化，调整幅度更精密、更精确，配合 抽空保护装置，可满足间歇生产需要，同时可实现远程控抽空保护装置，可

9、满足间歇生产需要，同时可实现远程控 制集中管理。制集中管理。 直线潜油电机配套举升技术适用条件直线潜油电机配套举升技术适用条件: 二、直线潜油电机原理及配套举升技术二、直线潜油电机原理及配套举升技术 1）小排量深抽井、间歇生产井，排量）小排量深抽井、间歇生产井，排量20m3/d，泵挂，泵挂1600m （垂深）；（垂深）； 2）大斜度井、水平井、偏磨严重井，但液量泵深需要匹配；）大斜度井、水平井、偏磨严重井，但液量泵深需要匹配； 3）低液量高油气比井及）低液量高油气比井及50地面脱气原油粘度地面脱气原油粘度3000mPa.s的的 低液量稠油井，采出液含砂低液量稠油井，采出液含砂0.5%。 三、配

10、套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 该技术目该技术目 前已在垦东前已在垦东12 块进行了规模块进行了规模 应用，取得了应用，取得了 较好效果。较好效果。 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺难点：岛举升工艺难点： 1、造斜点浅、井斜角大。以、造斜点浅、井斜角大。以3#岛为例，造斜点一般岛为例，造斜点一般80- 300m，20口直斜井中井斜角大于口直斜井中井斜角大于50的有的有16口，其中口，其中50-60的的 井井8口，口，60-70的井的井6口，大于口，大于70 的井的井3口。口。 2、

11、原油属于稠油，地面原油密度平均、原油属于稠油，地面原油密度平均0.9736g/cm3，地面，地面 原油粘度平均原油粘度平均2136mPas。随着含水的上升，原油可能发生反。随着含水的上升，原油可能发生反 相乳化，反相乳化后粘度成倍增加，在这种情况下，井筒中的相乳化，反相乳化后粘度成倍增加，在这种情况下，井筒中的 流动摩阻大大增加，加大举升难度。流动摩阻大大增加，加大举升难度。 3、初始供液能力差，方案设计初期液量、初始供液能力差，方案设计初期液量12-15t/d。 4、所处的地理位置对安全环保的要求特殊，要求安全环保、所处的地理位置对安全环保的要求特殊，要求安全环保 系数高。系数高。 三、配套

12、举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺适应性分析：岛举升工艺适应性分析： 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺适应性分析岛举升工艺适应性分析 名称名称 抗出砂抗出砂 抗偏磨、抗偏磨、 腐蚀腐蚀 抗稠油抗稠油 排量适排量适 应性应性 一次性一次性 投入投入 系统系统 效率效率 免修期免修期 技术技术 成熟度成熟度 皮带机皮带机+ +连续连续 杆杆+ +偏置泵偏置泵 较弱较弱弱弱一般一般较高较高大大较低较低较短较短高高 水力喷射泵水力喷射泵强强强强较强较强较高较高大大低低长长高高 连续杆连续杆+ +螺杆螺杆 泵泵 强强较弱较弱较强较强

13、较高较高小小较高较高较短较短高高 电潜泵电潜泵弱弱强强弱弱不适应不适应大大低低长长高高 电潜螺杆泵电潜螺杆泵较强较强强强较强较强较高较高大大高高较短较短较低较低 直线潜油电直线潜油电 机配套举升机配套举升 较强较强强强较弱较弱较高较高中中高高长长较低较低 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 油层油层 泄泄 油油 器器 防旋扶正器防旋扶正器 电电 潜潜 泵泵 喇喇 叭叭 口口 沉砂单流阀沉砂单流阀 电泵电泵 化学剂注入阀化学剂注入阀 电潜泵：电潜泵： 电潜泵举升扬程高，排量调节范围广，电潜泵举升扬程高，排量调节范围广， 对于降低油井动液面，减小对油层的回压、

14、对于降低油井动液面，减小对油层的回压、 放大生产压差提高采油速度等十分有效。放大生产压差提高采油速度等十分有效。 采用电潜泵开发，可以满足举升高度、井采用电潜泵开发，可以满足举升高度、井 身轨迹、井台占有面积、产量、压力、温身轨迹、井台占有面积、产量、压力、温 度等各方面的要求；但其对于低排量、高度等各方面的要求；但其对于低排量、高 粘度油井适应性差，而且系统效率偏低，粘度油井适应性差，而且系统效率偏低， 能耗较高。能耗较高。 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺适应性分析：岛举升工艺适应性分析： 地面驱动螺杆泵配套连续杆：地面驱动螺杆泵配套连续杆： 螺杆泵的突出特点是对稠油井、含气螺杆泵的突

15、出特点是对稠油井、含气 井、含砂井具有较好的适应性，地面设备井、含砂井具有较好的适应性，地面设备 占用面积小，管理简便，排量调节范围适占用面积小，管理简便，排量调节范围适 中。采用配套连续杆螺杆泵技术，缓解了中。采用配套连续杆螺杆泵技术，缓解了 管杆偏磨问题，但免修期较短是该技术的管杆偏磨问题，但免修期较短是该技术的 主要问题。主要问题。 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺适应性分析：岛举升工艺适应性分析： 5 1 2 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三

16、、配套举升技术在石油开发中心的应用 水力喷射泵技术水力喷射泵技术 该技术井下无机械运动件，不产生磨损，适该技术井下无机械运动件，不产生磨损，适 用于斜井、复杂结构井、出砂井、高油气比井的用于斜井、复杂结构井、出砂井、高油气比井的 应用；但该技术系统效率低应用；但该技术系统效率低(10%左右左右)，地面设，地面设 备投资高，运行维护、后期处理费用高，而且对备投资高，运行维护、后期处理费用高，而且对 平台空间要求比较高。平台空间要求比较高。 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺适应性分析：岛举升工艺适应性分析： 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 垦东垦东12

17、块块0#、3#岛举升工艺适应性分析：岛举升工艺适应性分析： 皮带机皮带机+ +连续杆连续杆+ +油管减磨接箍油管减磨接箍+ +偏置阀斜井泵偏置阀斜井泵 技术特点：技术特点： a a、采用液力反馈技术，提供下行动力、采用液力反馈技术，提供下行动力 b b、偏置进油阀，进油流道大，流程短，进油阻力、偏置进油阀，进油流道大，流程短，进油阻力 小，泵效高小，泵效高 c c、采用防砂卡柱塞结构，减轻柱塞和泵筒磨损、采用防砂卡柱塞结构，减轻柱塞和泵筒磨损 d d、采用长冲程、低冲次皮带机、采用长冲程、低冲次皮带机 e e、采用连续杆减少偏磨及下行摩阻、采用连续杆减少偏磨及下行摩阻 偏置泵结构示意图偏置泵结

18、构示意图 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 皮带机出现的偏磨问题皮带机出现的偏磨问题 该技术在垦东该技术在垦东1212块块1#1#、2#2#岛实施后，初期取得良好效果，根据统计，岛实施后，初期取得良好效果，根据统计，4141 口井中，口井中，07-0807-08两年两年KD12KD12因偏磨作业井因偏磨作业井1111次。次。 1 1、07-0807-08年偏磨井主要集中在井斜角大于年偏磨井主要集中在井斜角大于5050度的油井。度的油井。 2 2、20092009年上半年因偏磨问题的作业井年上半年因偏磨问题的作业井1313次，同比前两年出现大幅度上升，次，

19、同比前两年出现大幅度上升， 说明随着说明随着KD12KD12含水的上升，润滑状况急剧恶化。含水的上升，润滑状况急剧恶化。 连续杆连续杆+油管减磨接箍油管减磨接箍+偏置阀斜井泵偏置阀斜井泵 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 垦东垦东12块块0#、3#岛举升工艺适应性分析：岛举升工艺适应性分析： 电潜螺杆泵电潜螺杆泵 该技术具备螺杆泵的优点，而且实现了将该技术具备螺杆泵的优点，而且实现了将 动力由电缆传输至井下，驱动螺杆泵生产，消动力由电缆传输至井下，驱动螺杆泵生产，消 除了抽油杆这一薄弱环节，具有很高的实用性，除了抽油杆这一薄弱环节，具有很高的实用性， 发

20、展前景较好。该技术目前的主要问题是减速发展前景较好。该技术目前的主要问题是减速 器寿命短、测试技术突破难度大。器寿命短、测试技术突破难度大。 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜油电机配套举升技术应用效果：直线潜油电机配套举升技术应用效果： 垦东垦东12块块0#、3#岛共有油井岛共有油井40口，全部一次口，全部一次 投产成功，为了更好的评价该举升方式，与投产成功，为了更好的评价该举升方式，与2007年年 采用连续杆采用连续杆+皮带机皮带机+偏置式液力反馈斜井泵投产的偏置式液力反馈斜井泵投产的 1#、2#岛进行对比：岛进行对比： 三、配套举升技术在石油

21、开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜油电机配套举升技术应用效果：直线潜油电机配套举升技术应用效果： 1、生产效果：、生产效果： 生产效果对比表生产效果对比表 泵型泵型 井数井数 （口）（口） 泵深泵深 （m） 初期初期目前目前 生产生产 参数参数 日产液日产液 （t/d） 日产油日产油 （t/d） 含水含水 （%） 动液动液 面面 （m） 生产生产 参数参数 日产液日产液 （t/d） 日产油日产油 （t/d） 含水含水 （%） 动液动液 面面 （m） 有杆泵有杆泵46889 706 0.6 11.88.722.7354 706 0.8 14.56.851.9534 直线电

22、机直线电机391031 441. 24.8 7.86.123.4646 44 1.25. 1 8.46.521.1658 平均平均107.62348411.86.638.8589 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜油电机配套举升技术应用效果：直线潜油电机配套举升技术应用效果： 2、泵效：、泵效： 两种举升方式效果对比表两种举升方式效果对比表 采油方式采油方式 开井开井 数数 目前日产量目前日产量 泵径泵径 （mm ） 泵深泵深 （m） 冲程冲程 （m） 冲次冲次 （次（次/min ） 日产液日产液 （t/d） 泵效泵效 （%） 有杆泵有杆泵4670

23、88360.814.554.5 直线电机直线电机394410311.235.18.461.1 两种方式的泵深差异是由靶点位移不同引起，靶点位移的加大致使油两种方式的泵深差异是由靶点位移不同引起，靶点位移的加大致使油 井井斜角进一步加大，油井工况更加恶劣，但从对比资料来看，在液面较深井井斜角进一步加大，油井工况更加恶劣，但从对比资料来看，在液面较深 的情况下，直线潜油电机配套举升技术的泵效仍高于有杆泵，考虑到南扩边的情况下，直线潜油电机配套举升技术的泵效仍高于有杆泵，考虑到南扩边 部部7口井因严重供液不足的影响，主力区泵效高达口井因严重供液不足的影响，主力区泵效高达75%以上。以上。 三、配套举

24、升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜油电机配套举升技术应用效果：直线潜油电机配套举升技术应用效果： 3、能耗：、能耗： 两种举升方式效果对比表两种举升方式效果对比表 采油方式采油方式 开井开井 数数 目前日产量目前日产量 泵径泵径 （mm ） 泵深泵深 （m） 动液面动液面 （m） 日产液日产液 （t/d） 日耗电日耗电 （kwh ） 吨液百米耗吨液百米耗 电电 （kwh） 有杆泵有杆泵467088353414.51642.12 直线电机直线电机394410316588.4981.77 根据现场实测资料显示，直线潜油电机配套举升技术能耗较有杆泵举升大根据现场实

25、测资料显示，直线潜油电机配套举升技术能耗较有杆泵举升大 为降低，吨液百米耗电指标由为降低，吨液百米耗电指标由2.12kwh降至降至1.77kwh，下降幅度为，下降幅度为17%，单井，单井 耗电量下降幅度达到耗电量下降幅度达到40%，取得明显的节能效果。，取得明显的节能效果。 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜油电机配套举升技术应用效果：直线潜油电机配套举升技术应用效果： 4、免修期对比、免修期对比： 有杆泵举生方式：有杆泵举生方式：(至至2009年年9月底月底) 1#岛：岛：2007年年12月投产，平均免修期已达月投产，平均免修期已达778天，天，

26、28口井中有口井中有20口油井口油井 免修期已超过免修期已超过800天；天；2#岛：岛：2008年年1月投产，平均免修期已达月投产，平均免修期已达413天，天，22口口 井中有井中有14口油井免修期已超过口油井免修期已超过400天。天。 直线潜油电机配套举升技术：直线潜油电机配套举升技术： 0#、3#岛：岛：2009年年24月陆续投产，目前平均单井生产月陆续投产，目前平均单井生产171天，应用效天，应用效 果较好，未发生一口检泵作业井，长期效果有待进一步观察。果较好，未发生一口检泵作业井，长期效果有待进一步观察。 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜

27、油电机配套举升技术存在问题：直线潜油电机配套举升技术存在问题： 1、地面控制系统还存在较大缺陷、地面控制系统还存在较大缺陷： 截至截至2009年年10月，已发生地面故障次数月，已发生地面故障次数103次，主要原因是原油粘次，主要原因是原油粘 度大、负荷重引发的保护和电子元件烧毁。前期对稠油举升的计算存在较大度大、负荷重引发的保护和电子元件烧毁。前期对稠油举升的计算存在较大 误差，致使初级设定的不合理是造成故障停机的主因，海上生产的恶劣环境误差，致使初级设定的不合理是造成故障停机的主因，海上生产的恶劣环境 是次因，下一步因加强这两个方面问题的研究和整改。是次因，下一步因加强这两个方面问题的研究和

28、整改。 三、配套举升技术在石油开发中心的应用三、配套举升技术在石油开发中心的应用 直线潜油电机配套举升技术存在问题：直线潜油电机配套举升技术存在问题： 2、举升力和小冲程限制了其应用范围、举升力和小冲程限制了其应用范围 ： 目前该技术可实现的最大举升力为目前该技术可实现的最大举升力为4000KN，冲程仅为为，冲程仅为为1.23m。受。受 这一因素影响，在考虑到动载、摩阻等因素，该技术难以满足大排量和深抽这一因素影响，在考虑到动载、摩阻等因素，该技术难以满足大排量和深抽 的要求。根据计算，该技术在举升深度达到的要求。根据计算，该技术在举升深度达到1000m，最大理论排量为，最大理论排量为45t/d， 随着举升