潛油電泵基本介紹

我國自1981年引進潛油電泵技術(shù)以來已有30多年的歷史，潛油電泵作為重要的機械采油設備在油田得到了廣泛應用。潛油電泵已發(fā)展為不再以單一的設備存在，而是以一整套系統(tǒng)存在。

1、潛油電泵系統(tǒng)硬件包括：

井下溫壓測控裝置、潛油電機、保護器、分離器/吸入口、潛油離心泵、單流閥與泄油閥組合、潛油電纜、控制柜/變頻器、接線盒、變壓器等構(gòu)成。

2、潛油電泵系統(tǒng)的軟件包括：

潛油電泵應用前井況分析程序、潛油電泵選泵優(yōu)化程序、潛油電泵監(jiān)控程序、潛油電泵運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計程序、潛油電泵系統(tǒng)故障分析程序等。

潛油電泵系統(tǒng)的作用是實現(xiàn)高揚程、大排量的流體舉升。

潛油電泵由三部分組成: 井下部分, 地面部分和聯(lián)系井下、地面的中間部分。井下部分是潛油電泵的主要機組, 它由多級離心泵、保護器和潛油電動機三個部分組成, 起著抽油的主要作用。其布置方法一般是多級離心泵在上面, 保護器在中間, 潛油電動機在下面, 三者的軸用花鍵聯(lián)結(jié), 三者的外殼用法蘭聯(lián)結(jié)。有些潛油電動機下部還裝有井底壓力探測器, 測定井底壓力和液面升降情況, 將信號傳送給地面控制儀表。地面部分是由控制屏、變壓器及輔助設備( 電纜滾筒、導向輪、井口支座和掛墊等) 組成。控制屏可用手動或自動開關(guān)來控制潛油電泵工作, 同時保護潛油電機, 防止電機—電纜系統(tǒng)短路和電機過載。變壓器用以將電網(wǎng)電壓( 380 V) 提高到保證電機工作所需要的計算電壓( 考慮到電纜中的電壓降)。輔助設備包括潛油電泵運輸、安裝及操作用的輔助工具和設備。

中間部分由特殊結(jié)構(gòu)的電纜和油管組成。將電流從地面部分傳送給井下部分, 采用特殊結(jié)構(gòu)的電纜。電纜具有圓電纜和扁電纜兩種形式。在油井中, 圓電纜和油管外表面固定在一起, 而扁電纜則和泵、保護器外殼固定在一起。采用扁電纜可使機組外部尺寸減小。將油流從井下提升到地面, 采用普通油管。利用鋼帶將電纜固定在油管、泵和保護器上。

潛油電泵優(yōu)點

1）大排量采液是這種采油方法的主要優(yōu)點。但是，潛油電泵也經(jīng)常應用于產(chǎn)液量比較低的油井。

2）這種泵能夠把油井中位于上部水層的水轉(zhuǎn)注到下部的注水層中。

3）操作簡單，管理方便，在市區(qū)應用有得于美化環(huán)境、減少噪音。

4）能夠較好地運用于斜井、水平井以及海上采油。

5）容易處理腐蝕和結(jié)蠟。

6）容易安裝井下壓力及溫度等測試裝置，并通過電纜將測試信號傳遞到地面，進行測量讀數(shù)。

7）為適應油井產(chǎn)量遞減或發(fā)生變化，可采用變頻裝置調(diào)節(jié)電源頻率來實現(xiàn)，但投入費用較高。

8）免修期較長，油井生產(chǎn)時效相對比較高。

潛油電泵缺點

1）潛油電泵下入深度受電機額定功率的限制，套管尺寸和井底高溫時潛油電泵的下入深度受到限制。大型高功率設備沒有足夠的環(huán)形突然空間冷卻電機，會縮短電機的使用壽命。

2）由于多級大功率潛油功率比較昂貴，使得初期投資比較高，特別是電纜的費用較高。如果需要搞腐蝕或耐高溫，則費用會更高。

3）由于整套裝置都安裝在井下，一旦出現(xiàn)故障，需要起出全部管柱進行修理，導致作業(yè)費用增加和停產(chǎn)時間過長。

4）井下高溫容易使電纜出現(xiàn)故障，高溫、腐蝕和磨損可能造成電機損害。高氣油比會使升舉故障降低，而且會因氣鎖使泵發(fā)生故障。

5）動力源僅適應采用電源。

為了合理地選擇潛油電泵, 使其運行最可靠及最經(jīng)濟, 一般應遵循下列原則:

(1 ) 泵的額定排量與油井產(chǎn)能相匹配, 額定揚程必須等于油井的總動壓頭;

(2 ) 保證潛油電泵在最佳排量范圍內(nèi)工作, 使泵效盡可能達到最高;

(3 ) 潛油電機的輸出功率必須滿足泵舉升液體所需要的功率;

(4 ) 在保證套管尺寸要求的情況下, 電纜、控制屏和變壓器容量選擇要稍大一些。

影響潛油電泵工作特性的因素很多, 但總的來說可以歸納為三大類: 第一類是供給電力的動力源; 第二類是被舉升液體的性質(zhì); 第三類是雜質(zhì)、砂、蠟等因素的影響。這些因素的影響將會導致以下后果: 第一是抽油效果變差; 第二是運轉(zhuǎn)壽命減短; 第三是機組損壞率增高。

含氣液體對潛油電泵工作特性的影響

根據(jù)注水油田高含水期開發(fā)階段的特點, 油田逐步轉(zhuǎn)抽是保持油田穩(wěn)產(chǎn)的主要措施之一。在油田逐步轉(zhuǎn)抽過程中, 井底流壓將大幅度下降。這樣在油井生產(chǎn)過程中, 流壓一般都在飽和壓力以下, 流飽壓差負值很大, 原油在井底甚至在油層內(nèi)部就開始大量脫氣, 使井液中含有大量的游離氣體, 從而進入多級離心泵的氣體體積也大大增加。潛油電泵是一種多級離心泵, 在運轉(zhuǎn)過程中, 如果井液中含有大量的游離氣體, 將嚴重影響潛油電泵的工作特性———揚程、排量及效率將會下降。若游離氣體過多, 葉輪流道的大部分空間被氣體占據(jù), 將使離心泵停止排液,

關(guān)于游離氣體對離心泵工作特性的影響, 國內(nèi)還沒有進行很多的研究和試驗。從現(xiàn)場實際使用情況來看, 氣量過大, 電泵工作不穩(wěn)定, 排量下降, 地面所記錄的電流波動比較大, 機組欠載嚴重, 使?jié)撚碗姳貌荒苷９ぷ?。國外在這方面已做了大量的試驗和研究。前蘇聯(lián)所做的試驗表明: 160 m³/ d 電泵在氣液比為4%時, 泵就不能正常工作, 700 m³/ d 電泵在氣液比為10%時將不能正常工作。

美國用水—空氣和柴油—二氧化碳所做的試驗結(jié)果得出以下結(jié)論:

(1 ) 當泵吸入口游離氣體超過某一臨界值, 且排量又低于某一點時, 泵的揚程將會出現(xiàn)嚴重波動。

(2 ) 在泵吸入口壓力較低的情況下, 當排量超過某一點時, 由于氣穴, 零揚程排量和揚程曲線將逐漸下降; 而當泵吸入口壓力增加, 氣體體積縮小時, 曲線又向上接近純液體的曲線, 但要比純液體曲線較低。

(3 ) 在試驗中某一點, 混合葉輪的特性比徑向葉輪的特性好。但當游離氣體積超過某一臨界值時, 混合葉輪的特性同樣也會出現(xiàn)波動。

(4 ) 試驗的結(jié)果表明了計算泵吸入口含氣量的必要性,通過計算可以為泵和分離器的合理選擇提供必要的參數(shù), 以便使電泵在最佳工況下工作。

被舉升液體粘度的影響

大多數(shù)潛油電泵是根據(jù)用標準狀態(tài)下的水所做的泵特性曲線進行選擇的, 并未考慮井液和水粘度不同對特性曲線的影響。由于潛油電泵最初是應用在水井或系統(tǒng)相似的高含水油井中, 所以這樣的選擇還是比較恰當?shù)摹?特別是低含水井井液粘度對泵工作特性的影響越來越受到世界各油田的重視, 人們發(fā)現(xiàn), 當泵在粘度比較大的原油中工作時, 其工作特性比所期望的工作特性要差得多。

供電系統(tǒng)不完善的影響

維護供電系統(tǒng)的完善性, 并且對供電系統(tǒng)的不完善性采取必要的措施, 人為消除這種不完善性對潛油電泵系統(tǒng)的影響, 將是延長機組運轉(zhuǎn)壽命、提高其經(jīng)濟效益的關(guān)鍵之一。

供電系統(tǒng)的不完善性主要表現(xiàn)為: 三相電壓的不平衡、不規(guī)則的電壓值、瞬間電壓波動及供電系統(tǒng)的頻繁中斷等。這些都將嚴重影響潛油電機的工作特性, 并使其運轉(zhuǎn)壽命縮短。

1、在一般情況下, 防止和消除氣體影響的措施有以下幾種:

(1 ) 安裝油氣分離器及套管放氣閥。潛油電泵油氣分離器共分兩種, 即沉降式分離器和旋轉(zhuǎn)式分離器。通過分離器的作用,將氣體從井液中分離出來, 進入油套環(huán)形空間, 再經(jīng)套管放氣閥放氣進入輸油干線, 從而使進入多級離心泵的氣體減少。如果含氣量較小, 泵吸入口氣液比在10% 以內(nèi), 則選用沉降式分離器, 它能分離出總氣量的37%左右。如果氣量較大, 泵吸入口氣液比在10%～30% ,則選用旋轉(zhuǎn)式分離器, 其分離效率可達90%以上。

(2 ) 加大泵掛深度。加大泵掛深度可增加泵吸入口壓力, 使原油在泵吸入口脫氣量減少, 這樣就可消除一部分氣體對泵工作特性的影響。對于套管尺寸大于177.8 mm 的油井可給吸入口以下部分加上一個罩子, 以解決電機的散熱問題, 把機組下到油層中部以下, 將能取得更好的效果。

(3 ) 采用組合泵(錐形泵)。利用混合葉輪進行分級選泵, 泵底部使用大排量的葉輪,頂部選用排量較小的葉輪。這樣泵底部的葉輪的作用和壓縮機相似, 通過底部葉輪的作用,將游離氣體壓縮成溶解狀態(tài)。在這種情況下, 當液體離開葉輪進入油管后, 將膨脹產(chǎn)生一個舉升作用, 這樣將減少氣體的影響。

2、實際上, 泵機組在井中運行時散發(fā)出的熱量將提高井液的溫度, 從而可以降低粘度對泵工作特性的影響。另外在油田生產(chǎn)時, 可以給井液中加入破乳劑進行破乳以消除粘度的影響, 這些問題應該在選泵時給予考慮。實際的油田生產(chǎn)資料和理論計算結(jié)果的對比, 將對特殊井和實際的粘度問題得出比較好的校正, 從而減少粘度對泵工作特性的影響。

早的潛油電泵用于抽地層中和礦井里的水，由前蘇聯(lián)艾魯托諾夫(A. S Arut unoff)發(fā)明，1923年美國第1臺潛油電泵在洛杉礬問世，1926年美國開始在魯賽爾(Russell) 油田采用電泵抽油，美國潛油電泵的研究、制造和使用歷史較長，無論是在制造工藝，還是在應用技術(shù)方面都居世界領(lǐng)先地位。據(jù)1984年資料統(tǒng)計，美國潛油電泵井達到13 000口，檢泵周期達到400～800 d，規(guī)模較大的公司主要有Reda、Centrilift 、ODI 等。目前世界上應用潛油電泵最多的是前蘇聯(lián)，潛油電泵井近 40 000 口，產(chǎn)量占其原油總產(chǎn)量的 50 %，平均檢泵周期大于 500 d，A1metycvsk電泵制造廠成為當時世界上最大的潛油電泵制造廠。

我國是從1964年開始進行潛油電泵的研制和抽油試驗，1981年在油田大規(guī)模使用潛油電泵，1996年潛油電泵井近3700口，其中大慶油田1700口、勝利油田1285口。近年來，潛油電泵在大慶、勝利、遼河、中原以及我國西部油田得到普遍應用，數(shù)量規(guī)模較大。尤其是潛油電泵的制造、應用技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了天津潛油電泵公司、勝利油田無桿采油泵公司、沈陽電機廠、重慶虎溪電機廠、大慶油田電潛泵公司、大港油田中成機械制造公司等眾多潛油電泵及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造廠。

內(nèi)容介紹

潛油電泵技術(shù)是根據(jù)二十多年來我國應用潛油電泵所取得的成果和經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)外應用潛油電泵的新理論、新發(fā)展編寫的，著重于基礎(chǔ)理論和新技術(shù)發(fā)展方向?！稘撚碗姳眉夹g(shù)(上下)》(編者梅思杰、邵永實、劉軍、師世剛)主要敘述潛油電泵的結(jié)構(gòu)特點、基本參數(shù)及制造檢修工藝流程等。共包括基礎(chǔ)知識、潛油電泵機組、潛油泵、油氣分離器、保護器、潛油電機、潛油電泵專用變壓器、潛油電泵專用控制柜、潛油電纜和防砂、防垢、防腐蝕潛油電泵機組等十章內(nèi)容。

《潛油電泵技術(shù)(上下)》主要面向油田從事潛油電泵設計制造、檢修，采油工作的管理和初、中級技術(shù)人員，也可作為大專院校在校學生和職業(yè)培訓的教學參考書。

潛油電泵井工作制度有兩種: 一種是間歇生產(chǎn), 另一種是連續(xù)生產(chǎn)。

1. 間歇生產(chǎn)

當所使用的潛油電泵排量比較大, 而油井產(chǎn)量相對于潛油電泵的排量又比較小時, 油井可采用間歇生產(chǎn)工作制度。即經(jīng)過一定的時間間隔后, 把泵停下來, 以便油井內(nèi)聚集足夠的液體, 恢復一定的液面高度后, 再重新啟動使泵繼續(xù)工作。

目前潛油電泵機組中所使用的控制屏, 為油井提供了自動間歇生產(chǎn)的條件。當井液供不應求時, 運行電流低于所調(diào)整的欠載電流, 機組自動停機, 經(jīng)過一段時間, 井中液面恢復到一定的高度后, 機組自動啟動, 繼續(xù)生產(chǎn)。間歇工作的停泵時間間隔可根據(jù)油井的實際生產(chǎn)情況通過調(diào)整欠載延時時間( 0～1 200 min) 來確定。

為了保證泵在特性曲線( 壓頭與排量關(guān)系曲線) 最佳排量范圍內(nèi)工作, 達到連續(xù)生產(chǎn)的目的, 有時還可以從油套環(huán)形空間輸入一部分液體, 以便增加被舉升液體, 保持電泵在高效點工作。

2. 連續(xù)生產(chǎn)

當油井的產(chǎn)量在所選擇的電泵最佳排量范圍內(nèi)時, 電泵連續(xù)運轉(zhuǎn), 將能獲得良好的工作狀況, 并能防止早期磨損, 減少機組停機次數(shù), 有利于延長機組運轉(zhuǎn)壽命。在潛油電泵運轉(zhuǎn)過程中, 一般要求運轉(zhuǎn)電流波動范圍不超過額定電流的±5%。

有時因開發(fā)方案需要, 要求穩(wěn)定在某一產(chǎn)量下生產(chǎn)。另外, 為了保護地層, 防止大量出砂及地層塌陷, 要求控制在一定的生產(chǎn)壓差下生產(chǎn), 就需要采用油嘴來進行控制, 達到所需要的生產(chǎn)壓差的目的。

電泵最有利的工作方式, 必須進行定量研究, 以便獲得油井生產(chǎn)指示曲線。通常把下面原理作為研究的基礎(chǔ):

(1 ) 當關(guān)上油井出口閘門時, 離心泵所產(chǎn)生的壓頭, 總是等于從井中液面舉升到井口的液柱高度, 再加上裝在閘門前壓力表所記錄的壓力;

(2 ) 離心泵在規(guī)定轉(zhuǎn)速和采出液體性質(zhì)不改變的情況下, 總是產(chǎn)生相同的壓頭。