电潜泵技术新进展

电潜泵技术新进展

一、机采井数及所占比例人工提升是指钻井不能自助或自助产量不能满足生产要求的时，使用机器配置装置将井液（油、气、水）提升到地面的所有工艺过程。人工举升的主要手段包括:抽油机、电潜泵、螺杆泵、提捞、气举、水力泵等。截止到2003年底中石油的各种机采井数及所占的比例见表1。从表1可见,不论从数量上,还是从产液量上,电泵采油是仅次于有杆泵采油的第二种重要采油方式;同时也是油田能耗的重要组成部分。为了进一步提高我国电泵采油应用水平,这里重点介绍国外电泵采油新技术及其应用情况。二、电潜泵的发展方向近年来,世界电潜泵的发展出现了一些新的趋势,主要是改进各种配套部件、加工工艺,以延长泵的使用寿命,电潜泵朝着深井、高压、大排量、高寿命、耐高温、多品种方向发展。对此,电潜泵生产商研制了用于特殊情况下的特殊电潜泵及其部件,编制计算机程序进行泵的优化设计。1.油藏1.1d4300n型泵美国Schlumberger公司研制成功的高效D系列多级泵,可用于大于∅140套管的油井采油。其中的D4300N型泵在相同的排量下,有更高的效率和每级有很高的压头。它可使频率为60Hz、排量为556～860m3/d的泵的使用性能更好。L16000N泵的每级压头,比所有的排量为1750～3180m3/d的泵的单级压头都高,该泵可用于大于∅244套管的油井。1.2新型泵:5-715hc钢美国Centrilift公司研制成功了3种新型大排量多级电潜泵。它使862泵系列中又增加了两种新型号:WIJ500和WIJ700。它们的排量分别是2703m3/d和3816m3/d。另一种新型泵是∅254的WJJl200,它的最高排量可达6519m3/d。675泵系列中新增加了HC7800、HCl0000、HCl2500和HCl6000四种新型泵。它们的最高效率分别为73.5%,74.8%、77.3%和77%。1.3水平电潜泵雷达(Reda)公司现已生产可作为管线增压泵的水平电潜泵,这种泵的排量达4110t/d,排出压力高达28.2MPa。1.4动态油挤出泵系统挪威Framo公司开发了一种新型电潜泵系统。该系统与动力油管相连接,并安装运转在外径为177.8mm的生产油管内。1.5可延长电压试泵涂层的长度VaporKote公司新近推出一种硼气体扩散涂覆工艺,用于电潜泵系统的静止衬套和旋转轴承套套筒涂层以提高电潜泵的使用寿命。1.6复杂结构的电潜泵系统美国ODI公司开发了一种适合于中弯曲半径水平井的水平井段电潜泵采油系统,以及适用于PC计算机的应用程序和特殊井下泵。1.7水力学平衡设计及叶轮美国ODI公司的电潜泵在防砂设计上有独到之处。主要内容包括:导轮小斜角设计、采用了特殊的水力学平衡设计及叶轮小斜角设计等。在长期出砂和长期循环抽油的井中,ODI公司提供了一种橡胶轴承泵。这种泵使用凹槽式橡胶轴承,当砂进入轴承时,可在特殊设计的凹槽过道上被冲洗掉。1.8电潜泵-空气泵俄克拉何马克拉莫贝克休斯公司的分部Centrilift已经采用了MVP多叶轮泵。同常规电潜泵装置相比,这种泵更适用于含游离气较高的液体,防止了气锁并提高了举升能力。该泵可以单独使用,或是充当一台标准电潜泵的供给泵。在美国西部一口气油比超过16000的油井上,将该装置安装在了一台在用电潜泵上,井的液面得以降低,产油量提高了75%以上,日产原油也从2.86m3增至5.09m3。与此同时,产气量几乎增长了一倍。1.9专利法悬挂式泵级泵由Centrilift推荐的VIPER首次设计了用来生产高粘性流体的装置。其特点在于它是一种独特的专利性悬挂式泵级设计,完全不同于以往的叶轮,它改善流体的剪切力并降低了表面摩擦力。同常规电潜泵装置相比,做为这种突破性技术的结果是优化了高粘性流体井内的生产。这种设计降低了对动力的需求,并提高升举能力。2.wo教材2.1气体分离器vgsad0美国SchlumbergerREDA采油系统公司研制出第三代适用高油气比的旋流气体分离器。该种∅100的VGSAD20-60分离器效率比400系列的气体分离器高。它是为产量318～954m3/d的∅140套管的电潜泵井设计的。它采用了可自然旋流作用的特殊设计的吸入口、轴流叶轮、复合旋流发生器和出口转向器,从而可有效地用于∅140套管油井的井下气体分离。2.2agh20-60高含气井无气井为了在高含气油井中更好地应用电潜泵,Schlumberger公司研制成一种新型气体处理装置,其产品AGHD20-60已用于产量为954m3/d的∅140以上大套管高含气井的采油。采用它可极大地增大电潜泵井的允许气液比,并在游离气同井液混合时泵不会发生气锁。装有该种气体处理装置的REDA泵,已成功地用于早先只能用于气举和喷射泵生产的高含气井采油。2.3气体分离器电潜泵美国Cavins公司开发出了一种适用于高低产油井的带砂锚的Spinner井下气体分离器。它可直接接于有杆泵或螺杆泵的人口,只要再加装一个罩子就可将其用于电潜泵。它分离出的气体可返回到装置上部的套管环空,而分离出的固相则被收集在其下部的砂锚中。在多种油井条件下对其进行的矿场试验表明,它具有良好的使用效果。2.4潜泵辅助元件—一旋流分离器Centrilift公司研制了一种含气井电潜泵辅助元件—一旋流分离器,通过使含气液流“旋流”转动进行气液分离,可用于锥形泵,也可以与另一台旋流分离器串联使用以提高效率。2.5centrillh分离系统测试在得克萨斯州,BakerHughes公司进行了在日产液为1907.8～3656.6m3、入口处含油率为10%～50%的情况下单马达、双泵驱动的两级Centrillh分离系统测试。测试包括安装程序、机械和工艺设计、功能(控制/分离性能)等方面。在所有这些方面,其功能都超过了预期值。地表含水率维持在30%以上,分离水质量为残余油小于400mg/L(一般小于200mg/L)。这是首次对全封闭两级单马达系统进行测试,其结果极其令人振奋。2.6易出砂储层的利用C-FER技术股份有限公司和加拿大Calgary的泛加拿大能源有限公司,拓宽了井下油/水分离系统(DHOWS)的应用范围,包括在易出砂储层中的应用。通过对几种方案的评估,C-FER研制/试验了一种组装式的三相分离系统,即在油水分离之前,使用除砂器将乳状液中的砂除去。选择了曾测试过原始井下油水分离系统的两口井,由于处理区易堵塞,原来的试验只持续了几天。改进后的两项试验都获得了成功,分离系统持续工作了几个月。2.7砂岩覆盖井井下泥浆除砂器是一个连在电潜泵下的砂岩离心机,它可以用来清除砂岩井中地层流体中的砂岩,将砂岩留在井下使其聚集在排气管或倾倒在孔眼下的鼠洞中,在以后的修井作业中将其除去,防止其进入电潜泵以减少损害。砂岩处理包含有一个特殊的计算软件,它能逐井分析其所需的分离率、需要分离的砂岩的量,操作员可以根据以上结果决定分离砂岩的最佳方法。3.保护装置3.1线噪声瞬变模型MVC公司是一个过电压保护装置的生产商,产品电压范围在40VDC～4160VAC。MV系列(用于120～480V)提供了最高级别的保护以克服线噪声瞬变。产品已经通过UL(美国保险商实验所)实验室检验并持有ULl449第2版清单。该公司的产品实行5年的无条件担保。WS系列(用于1500～4160V)专门为中级电压的电机和泵设计。这些设备可更换模块,而且能有效延长电机、泵和控制器的寿命。3.2电潜泵也通放泵PM&D工程公司研制了一种瞬间电压过压抑制器(TVSS),称作Pro-MoDr,专门设计解决浮动式、频率固定的电潜泵。由于装在接线盒中将地—线自感系数降到最低,这种方式采用UL1449(给出的过压抑制设备),可提供完全的线—线和线—地保护。一个三线电路即表示存在一个线—地短路。通过限制电缆和电机绝缘层上的峰值电压,该系统大大降低了部分放电现象,因此提高了电潜泵绝缘材料的使用寿命。3.3防止接地故障WS系列浪涌预防装置,是专为保护中压电动机和泵设计的,目前它已在美国德克萨斯的Area-rillo的中压电网中应用。它被设计成不接地的,5年来已采用它成功地防止了接地的电动机和泵设备的电压尖峰和浪涌破坏。WS系列防护装置用于1000～4600V交流电压。其中WV系列的SPD可用于保护低压采油设备,ICP系列产品同MV和WS系列相结合可以保护电力线路和固态控制器。ICP系列采用8针安装底座,当发生故障时报警针就互相接触。它们可采用并联和串联连接。3.4室顶进入方便MSI公司研制出了一种专利型电机保护器,该装置增强了轴的稳定性和密封性,能有效阻止井液从腔室顶端进入,连接方便;ODI公司研制出了一种新型的电机密封腔,使用专利型的同心胶囊设计,一个膨胀腔就能进行三道轴密封,相当于三腔密封保护,从而使腔室少且较短,不仅有效地保护了电机,而且缩短了设备的长度,降低了成本。电动潜油泵的电缆保护工艺技术也是延长检泵周期的重要因素。3.5旋转旋转井段ODI公司开发出了一种电缆保护系统,该系统使在泵进入弯曲井段时能够旋转并将电缆线反转绕出曲面,从而避免安装电潜泵时连接马达的电缆易被“狗腿”井段损坏现象发生。4.潜油电机4.1标准电机和e系列电机WoodGroupESP开发了用于∅139.7和∅177.8套管的E4和E5系列高效电机。由于将新设计的定子和转子迭片合并到一起,这些电机比标准电机工作时的效率更高,单位长度的马力更大。E系列电机和该公司当前的生产线完全兼容,提供一个全钢的、开放式槽的定子和泪珠状转子,这种设计可提高运转速度和效率。E4系列电机在一定电压范围内功率分布在18.4～110.3kW。E5系列为25.7～231.7kW。4.2功率电潜泵电机Centrilift已经扩展了它的725电机系列(适用于∅244.5套管),包括最高1471kW,排量超过953.9m3/d。套管尺寸达到914.4mm时,该泵排量可达到25.36m3/min来举升出坑道中的水。725系列电机在井底的工作温度最高可达到254.2℃。采用这些新系统,生产商现在可以钻更深的井,在较小直径的井中使用大功率的电机可获得更高产量,甚至可在高温环境中采用。美国Centrilift公司成功开发了一种适用于直径219mm以上套管的大功率电潜泵电动机。其单机功率为746kW,二级串联为1492kW。这种大电动机可用于原油脱水和高温地热工程,用于油井可使油井产量高达9450m3/d。被真空压力饱和的环氧树脂定子可以防止装有高级轴承和机械密封的轴端偏磨。它是修井成本较高和需特殊维护的电潜泵井的最佳选择。5.控制领域5.1防止高压电涌和东南角物理压力美国D-Jax公司率先将光学技术用于停泵抽空控制,目前已投入实际应用。这一创新可消除高压电涌和雷击对泵抽空控制的影响。长期以来,油田的电力控制装置极易被直接雷击和强力供电电涌损坏,而光纤是最好的绝缘体,它可防止强力电击。该公司用光纤电缆将停泵控制的主要逻辑转换器与供电电源绝缘,来降低它对灾难性电击损坏的敏感性。5.2压力/温度监测WoodGroup电潜泵有限公司开发了一种井下传感器和地面的接口装置—SmartGuard。这种传感器非常坚固,不会造成运行部件的磨损。该传感器抗振动并且已得到了现场验证。利用应变仪技术监控压力既稳妥又准确。借助于铂电阻温度监测仪(RTD)和J型热电偶监测井眼、电动机润滑油和马达线圈的温度。技术提高了压力/温度数据的精确度/分辨率,压力精度达0.1%,井下温度精度达0.6%。经过选择记录功能,该装置可以按照程序连续提取数据。5.3挠性油管内的传感数据俄克拉何马州Reda公司已经为使用挠性油管的电潜泵开发出了新的传感技术。为进一步提高RedaCoil的效益,挠性油管内采用了电力电缆专利工艺,作为装置的一部分。该公司现在能够提供实时传感数据,就象标准电潜泵监控器那样,传感器通过电力电缆实时向地面传送数据。采集的数据有进口压力/温度、释放压力、马达线圈温度、振动和漏电数据。一旦数据传至地面,通过斯仑贝谢的InterAct方法便能以其它地面数据的形式传送到世界上任何一台PC机上。6.rademed工艺线Oklahoma市的WoodGroupESP开发了一种新设计的井下动力电缆—TradenamedPowerline。该电缆的设计可用于极端恶劣的油井环境。目前有三种可选的标准电缆:205、300和450。205工作温度范围在-5℃～96℃,额定电压为3kV、4kV或5kV。具有聚丙烯绝缘层、丁腈橡胶护套和精选的金属铠皮。三、电驱井检泵率高、难点目前国内电泵采油井数量基本稳定,原因是我国油井普遍产液量较低,电泵机组的成本较高。存在问题是:(1)由于气油比高,气体影响严重,造成电潜泵泵效低,欠载和过热等问题。(2)因结垢和修复机组的应用,电泵井检泵率较高。(3)由于泡沫