人工举升新工艺新技术2014-C

人工举升新工艺新技术2014年3月(二)中低排量无杆采油截止2013年9月底，大庆油田共有采油井62717口，以抽油机、螺杆泵、电潜泵和提捞为主，工艺基本成熟配套，但在低渗、低产井存在适应性差、能耗高等问题大庆外围油田共有机采井23457口，由于产量低，不适于电泵举升；由于低产井深，螺杆泵应用效果也较差。目前除部分井采用提捞采油外，基本采用抽油机举升，占油井总数的82.9%，但抽油机举升也存在一定问题根据系统效率测试结果，2012年大庆采油七厂、八厂、九厂和十厂抽油机井平均系统效率分别为为15.16%、11.89%、13.10%和6.85%，远低于老区水平消耗功率虽然只有老区的40%左右，但产量差别更大，吨液耗电约为老区的4倍单位一厂二厂三厂四厂五厂六厂七厂八厂九厂十厂产量(t/d)60.146.1557.1531.021.1654.2610.93.463.43.05消耗功率(kw)12.7410.0111.276.836.058.715.014.063.172.28吨液耗电(kwh/t)5.095.214.735.296.863.8511.0328.1622.3817.94系统效率(%)30.9532.631.3931.2324.731.8815.1611.8913.16.85系统效率低、能耗高2012年大庆油田一至十厂抽油机井系统效率测试情况统计有杆泵系统能耗结构分析通过对举升能耗构成分析，产量越低，举升井液的有效能耗所占比例越小。当产液量在4t/d时，举升井液的能耗仅占10%左右杆管偏磨井作业比例高外围油田由于泵挂深等原因，杆管偏磨问题比较严重，2004年外围油田偏磨检泵占总检泵比例为13.18%，近年来，通过加大防偏磨措施的应用力度，全油田偏磨检泵比例逐步下降。但外围油田由于定向井比例的不断增加，偏磨检泵所占比例呈上升趋势2004年和2012年偏磨检泵对比统计表年度外围油田全油田偏磨检泵井次总检泵井次偏磨检泵比例%偏磨检泵井次总检泵井次偏磨检泵比例%2004年253191913.181988897522.152012年448270616.5622911358816.86有相当部分油井位于村屯附近，抽油机井生产运行时有一定的安全隐患。为保证生产安全，每年要投入大量的人力物力进行安全措施的建设和维护，仅井场围栏和曲柄护栏维护一项单井年需投入约四千元电动潜油柱塞泵和潜油螺杆泵举升技术的研究，为解决低产井、定向井举升存在的问题，降低无效能耗，消除杆管偏磨影响，保证安全生产，满足汛期正常生产，探索了新途径

地面设备存在一定安全隐患1、潜油柱塞泵(1)系统组成及技术原理电动潜油柱塞泵采油系统主要有潜油直线电机、抽油泵、潜油电缆、地面控制系统等组成抽油泵直线电机电缆控制柜动子隔环永磁体撑杆定子NS工作原理是直线电机定子在交流电作用下产生交变磁场力，动子在电磁力的作用下在定子内做往复直线运动，通过推杆与抽油泵柱塞下部相连接，驱动其下做上、下往复运动，实现井液举升技术优势一次性投资低

取消了减速箱、皮带、杆柱等中间传动装置，潜油直线电机直接连接驱动柱塞泵，投资降低，施工简单且易于维护运行能耗低

消除了举升杆柱和冲程损失造成的无效能耗；直线电机功率因数高，可达0.9以上；起动电流只有额定电流的110%～150%，解决了为满足启动需要造成的“大马拉小车”问题彻底消除了杆管偏磨无杆举升，更加适应于定向井、水平井等特殊井眼轨迹生产井安全环保性能好地面设备简单，无传动部件，渗漏点少，安全性高，不易对环境造成破坏；易损件少，维护保养费用低；可保证低洼区油井汛期正常生产(2)关键技术①电机结构优化技术

提高定子线圈的槽满率在不增大外形尺寸的情况下，提高电机举升能力

为提高机组性能和可靠性，通过优化电机结构，来提高举升力，降低电机故障优化潜油直线电机气隙为防止定子或动子轻微变形造成电机卡死，根据电机气隙磁场的需求，将气隙由原来的0.05mm优化为0.3mm，降低了卡泵几率提高动子同轴度针对电机运行时动子磁钢及隔环时常发生转动，同轴度变差，造成定子内筒磨漏等问题，进行了键、槽配合防转动设计，有效防止了磁钢转动

电机分体密封设计将动子永磁体及定子绕组设计成分体密封，避免了动子和定子直接与井液接触造成腐蚀损坏，提高了机组运行寿命连杆磁钢强磁材料全密闭结构密封前的定子被腐蚀的动子通过对电机结构进行优化，提高了机组性能和可靠性②电机减振技术电机结构示意图动子定子改进加工工艺，减小轴向尺寸误差，从而在根本上降低了运行振动通过控制软件记录动子停止时的相序，动子再次运行时输出相应的供电相序，减小上、下死点时产生的冲击设计橡胶密封式支撑卡瓦，进一步吸收残余振动现场试验了28口井，减振效果明显密封式张力锚潜油直线电机运行时的振动，不仅影响机组和井下部件寿命，还造成电缆磨损。电机振动大的原因：一是电机加工过程中，轴向尺寸误差大，造成定子和动子不同步；二是动子运动到上死点或下死点时产生的冲击③工况诊断技术首创了电流曲线法，分析机组和泵运行状况，并建立了不同工况标准图版

供液不足时的曲线游动凡尔漏失曲线正常情况电流曲线固定凡尔漏失曲线气体影响曲线正常情况下的电流曲线图堵塞情况下的电流曲线图碰泵电流曲线图通过计算机回放或远传显示，分析电流曲线图，判断出机组及抽油泵正常、砂卡、供液不足、抽空等工况功图测试示意图泵筒柱塞推杆载荷及位移测量装置动子定子直线电机套管油管正常运行时的功图卡泵情况下的功图经过室内试验，首次测试出潜油柱塞泵功图,为机组运行的受力变化分析和故障诊断提供了新的手段与环境温度差的对比：随着井下油温与外界温差的加大，结蜡速率升高不同含水率结蜡速度比对：随着含水率的增加结蜡速率降低，且过了拐点后，结蜡速率降低幅度更大清防蜡技术大庆油田原油结蜡规律分析潜油柱塞泵采油属于无杆采油，油管内更易结蜡，极易造成蜡堵，结蜡问题是无杆采油必须解决的难题④配套技术的完善电加热杆清防蜡系统示意图电源油层绝缘连接器绝缘电热杆油管套管空心抽油杆电热杆连通器潜油柱塞泵机组扶正器潜油电缆导热油杆管连通器电加热杆清防蜡系统组成：由地面变频控制柜、井下绝缘短接、井下连通器、加热杆、扶正器、空心杆、电缆密封器组成工作原理：由加热杆和油管构成回路，在加热杆中通入变频后的交流电，将电能转变为热能，加热油管内的原油另外，针对热洗、刮蜡都无法解决的蜡堵井，应用了连续油管清蜡电缆保护措施为避免因电缆卡子松动、脱落，导致电缆被刮碰、破损，进而故障停机，研制了电缆双联保护器，即防止了电缆刮碰，还避免了电缆上下蹿动，减少了电缆故障发生电缆保护器远程无线监测技术

GSM网络计算机1计算机2计算机3控制中心油田局域网RTU2RTU3RTU1手机1手机2手机3该系统可实现生产参数的自动采集，故障自动报警，生产报表自动生成，目前已应用13口井截止2013年6月，大庆油田共有潜油柱塞泵井108口，其中直井54口、定向井47口、水平井7口。平均泵挂1220m，最深泵挂1630m，平均泵径35.5mm，平均冲次3.27min-1，平均日产液3.88t，平均泵效67.06%，平均日耗电57.5kW.h，与同排量抽油机相比节电率45.64%，2013年上半年平均检泵周期508天，比2010年延长了284天机组及泵

地面控制柜

采油井口电加热施工现场2、潜油螺杆泵

形成了由潜油电机(常规低速电机、永磁电机)及保护器、扭矩与轴向力传载系统、螺杆泵等组成的井下电机直驱螺杆泵采油系统，满足了5寸半套管、日产液20-80m3/d等条件举升要求先期现场试验了6口井，平均转速241r/min，泵效68.8％，平均免修期306天接线盒电泵井口电控柜变压器电缆推力轴承保护器锚定工具尾管潜油电机电机保护器万向节螺杆泵单流阀泄油阀油管大电缆套管(三)三元复合驱防垢举升工艺三元注入液重的碱对岩石矿物产生溶蚀，溶出的硅离子有多种存在形式，成垢机理复杂，涉及到溶解、沉积、运移、吸附，结垢时机和结垢速度难以预测硅的溶出(吸附)、运移及结垢过程硅的存在形式岩心浸泡实验

油井中垢质成分复杂，不同注入阶段垢质组成差异大，国内外尚无有效的硅酸盐垢清防垢剂三元复合驱油井不同时期垢样主要成分分析数据三元结垢阶段有机物(%)CaCO3(%)MgO(%)Al2O3(%)Fe2O3(%)SiO2(%)初期15.9055.300.840.250.5120.09中期10.5716.930.270.152.9666.96后期9.914.90.620.141.170.80二氧化硅样品SEM形貌分析图←标准←样品样品XRD衍射谱图与硅石标准谱图难题一

三元复合驱油井结垢速度快、结垢量大，现有水聚驱举升工艺技术已不适应现场需求螺杆泵转子抽油泵柱塞北一断东、南五区检泵原因统计抽油机井垢卡占检泵的58％螺杆泵井泵漏失、杆断占检泵70％15在结垢高峰期，三元复合驱机采井的检泵周期仅为几十天，结垢比例高达70%以上，导致生产时率降低，生产成本大幅上升，成为制约其工业化应用的瓶颈问题之一南五区结垢井与未结垢井检泵周期对比567天66天57天未结垢机采井结垢后螺杆泵井结垢后抽油机井

通过研发及现场试验，形成了以小过盈螺杆泵和长柱塞短泵筒抽油泵为主的物理防垢工艺，智能提捞抽油机治理频繁垢卡井见到明显效果GLB120与GLB800不同过盈扭矩曲线

过盈值每减小0.05mm，螺杆泵定、转子初始扭矩小泵降幅5.5％，大泵降幅8.7％有效降低了负载扭矩和杆断几率扭矩(N.m)扭矩(N.m)过盈值(mm)过盈值(mm)1、小过盈螺杆泵减轻了结垢对泵特性的不利影响

过盈值每减小0.05mm，定、转子接触应力下降0.13MPa定、转子结垢后，实际上相当于增加了二者之间过盈值，适当减小过盈值，能够在一定程度上减轻定、转子结垢对泵特性产生的不利影响能够有效降低二者之间接触应力，有利于延长泵的使用寿命过盈与接触应力关系曲线过盈值(mm)接触应力(MPa)常规柱塞泵的柱塞端部存在锥度，在柱塞与泵筒之间形成楔形间隙，易发生结垢或垢粒沉积，从而造成卡泵长柱塞短泵筒结构，柱塞一直伸展于短泵筒外，泵筒和柱塞间不易结垢或沉垢，具有较好的防垢卡作用

长柱塞短泵筒

常规抽油泵2、长柱塞短泵筒防垢抽油泵原理

以油管作为泵筒，地面主机将电机动力通过滚筒、钢丝绳传递给抽子，在油管内进行往复运动，实现举升优点不加