電潛泵采油的發(fā)展趨勢(shì)探討

林曉

摘要：近幾年，隨著科技突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)，電潛泵舉升技術(shù)也有了明顯提高，這項(xiàng)技術(shù)主要是運(yùn)用于油田開(kāi)采中，尤其是遇到高含水期時(shí)，幾乎都是靠電潛泵才能完成生產(chǎn)。由此可知，這項(xiàng)技術(shù)在原油生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。文章通過(guò)重點(diǎn)圍繞懸纜電潛泵、防砂電潛泵等九類(lèi)電潛泵逐一加以介紹分析，講述了電潛泵采油的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：原油生產(chǎn)；電潛泵技術(shù)；油田開(kāi)采；懸纜電潛泵；防砂電潛泵 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TE35 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0219-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.109

石油工業(yè)一直以來(lái)都是我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中不可或缺的存在，隨著石油被廣泛應(yīng)用到我們?nèi)粘５纳詈凸ぷ髦校沟迷偷氖褂昧恳苍谂c日俱增，這就要求石油企業(yè)必須開(kāi)采更多的石油來(lái)供應(yīng)社會(huì)的需求，然而在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)遇到各種不同的復(fù)雜環(huán)境和困難，受油價(jià)等外部環(huán)境影響，就必須降低開(kāi)采成本，因此對(duì)生產(chǎn)原油的電潛泵技術(shù)以及它所要適應(yīng)的開(kāi)采環(huán)境有著特別嚴(yán)格的要求。近幾年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)被不斷更新、突破，對(duì)石油工業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。

1 懸纜電潛泵

懸纜電潛泵用于有修井作業(yè)能力的海上小型采油平臺(tái)、無(wú)人采油平臺(tái)和較偏遠(yuǎn)的陸上孤立井。優(yōu)勢(shì)在于檢泵作業(yè)不需要修井機(jī)，通過(guò)電纜滾筒或連續(xù)油管收放機(jī)即可完成機(jī)組下放和回收，操作簡(jiǎn)單、成本低。它使用的電纜一種是通過(guò)利用增加鋼絲繩的承載能力，起下泵時(shí)機(jī)組和井液產(chǎn)生的軸向載荷由鋼絲繩承擔(dān)；另一種是由連續(xù)油管攜送電纜和承受起下泵時(shí)的機(jī)組和井液產(chǎn)生的軸向載荷，電纜在油管的內(nèi)部，所以并不怕擠壓和腐蝕。懸纜電潛泵一般采取套管生產(chǎn)，就是指機(jī)組不再下油管，而是由套管輸送井液。電泵機(jī)組上接有卡瓦封隔器，當(dāng)在正常生產(chǎn)時(shí)，封隔器坐封，卡瓦張開(kāi)，機(jī)組、電纜、連續(xù)油管和井液載荷作用在封隔器上，同時(shí)封隔器可被作為井下安全設(shè)施使用。目前，美國(guó)REDA和BAKERHUGES都有生產(chǎn)，并且在現(xiàn)場(chǎng)已進(jìn)行了多年試驗(yàn)。

2 防砂電潛泵

隨著目前稠油冷采技術(shù)的應(yīng)用廣泛，在生產(chǎn)時(shí)油井毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)生產(chǎn)出砂。為了解決這樣的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外幾大公司都在競(jìng)相研制適合于出砂井的電潛泵。影響電潛泵壽命的砂粒主要是細(xì)砂和細(xì)粉砂，它們會(huì)很容易進(jìn)入到泵軸承和葉導(dǎo)輪的縫隙，磨損軸承、葉導(dǎo)輪和泵軸。目前，美國(guó)REDA和BAKERHUGHES公司的研究進(jìn)展比較快，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果也相對(duì)較好。REDA公司生產(chǎn)的ARZ、ARZ-ZS防砂電泵平均運(yùn)行壽命可達(dá)600天以上，其防砂措施主要是采用耐磨軸承、軸和葉導(dǎo)輪以提高其表面硬度和采取壓緊式葉導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)阻止細(xì)砂進(jìn)入縫隙。ARZ耐磨軸承材料主要是氧化鋁，通過(guò)燒結(jié)工藝制成，適用于普通出砂井；ARZ-ZS采用的是氧化鋁和硅碳鋼，適用于出砂較嚴(yán)重的井。耐磨軸和葉導(dǎo)輪材料主要是鎳鉻合金，REDA的Ni-Resist1型采用的合金配方是：Ni15%Cu6%Cr2%Si2%，金相組織結(jié)構(gòu)為奧氏體，硬度可達(dá)120～160Br；REDA5530（Ni-Resist4-D型），采取調(diào)質(zhì)處理，合金配方是Ni30%Cr5%St5%Mo2%，硬度高達(dá)180～220Br。另一種軸和葉導(dǎo)輪采用的是表面涂層結(jié)構(gòu)，涂層有兩種方式：一種是軟涂層，涂層材料是Teflon；另一種是硬涂層，材料是鎢碳鋼或鉻碳鋼。

3 高溫電潛泵

高溫電潛泵用于深井、超深井及蒸汽驅(qū)、蒸汽吞吐和火燒油層等方面，對(duì)電機(jī)、電纜絕緣材料、保護(hù)器膠囊和其他密封元件材料的耐高溫有著嚴(yán)格規(guī)定。到目前為止，在國(guó)外（美國(guó)），適用于120℃、150℃井溫的機(jī)組已成為常規(guī)機(jī)組，已投入正式批量生產(chǎn)。REDA公司的HOTLINE系統(tǒng)的電機(jī)最高耐溫可達(dá)288℃（550℉），電纜最高溫度可達(dá)232℃（450℉），使用壽命最高已達(dá)400天以上。

4 高粘度電潛泵

隨著稠油油田大規(guī)模開(kāi)采和聚合物驅(qū)采油的發(fā)展要求，對(duì)適合其油井的高效率電潛泵要求日益強(qiáng)烈，國(guó)內(nèi)外的多家企業(yè)對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。國(guó)外起步較早，國(guó)內(nèi)則剛剛起步。蘆臺(tái)精密鑄造廠在遼河油田、渤海油田得到了應(yīng)用，使用效果很好，泵的機(jī)械效率和排量效率都得到了較大提高，電機(jī)功率較普通機(jī)組要小。大慶電泵公司剛進(jìn)行用于抽排聚合物驅(qū)油田生產(chǎn)井液的電潛泵研究。REDA公司生產(chǎn)的稠油泵在渤海公司也應(yīng)用了幾臺(tái)同樣排量揚(yáng)程的電潛泵，所配的電機(jī)功率要比國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的要小得多，約小10kW左右，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況也非常良好，壽命比較長(zhǎng)。適合于高粘液的電泵主要是在葉導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)和流道表面進(jìn)行改進(jìn)提高，葉導(dǎo)輪的流線(xiàn)形狀、入口角和排口角與普通電潛泵有較大的區(qū)別，流道表面采用液體或振動(dòng)拋光處理，具體結(jié)構(gòu)視流體性質(zhì)（主要是粘度）而采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬和計(jì)算設(shè)計(jì)。

5 井下油水分離系統(tǒng)

美國(guó)多家企業(yè)研究出一套井下油水分離系統(tǒng)，這項(xiàng)系統(tǒng)的作用簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將井下的油水分離，再通過(guò)電泵加壓返回到其他排污層。它的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在提高了開(kāi)采率，延長(zhǎng)了油田的使用時(shí)間；其次節(jié)省了油田地面處理量、地面設(shè)備及化學(xué)藥劑費(fèi)用，有助于成本的壓縮，同時(shí)也由于這套油水分離系統(tǒng)，使得污水排放減少了，利于環(huán)境的保護(hù)。REDA公司開(kāi)發(fā)的AQWANOT系統(tǒng)適用于原油重度大于20%API、含水大于80%的油井，可以保證地層產(chǎn)液的10%～30%被舉升到地面，其地面含水不超過(guò)50%，但回注部分所含的機(jī)械雜質(zhì)可能有損地層。目前有兩種基本系統(tǒng)：一種是單泵系統(tǒng)；另一種是雙泵系統(tǒng)。其利用的是水力旋流器原理將油水分離，可用于521in、7in和9in套管油井系統(tǒng)，采出液量分別可達(dá)150～520bbl/d、150～2000bbl/d和500～6000bbl/d，回注液分別可達(dá)1000～4000bbl/d、2000～10000bbl/d和5000～20000bbl/d，可用于高含水油井和排水采氣井。

6 高氣油比電潛泵

進(jìn)入電潛泵內(nèi)的游離氣對(duì)電潛泵的性能和壽命影響很大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生氣鎖，頻繁的啟停也會(huì)縮短機(jī)組壽命。隨著深井和高氣油比油田的開(kāi)發(fā)，這一問(wèn)題日趨明顯。目前，有的廠家采用雙節(jié)分離器來(lái)進(jìn)行氣體的充分分離以達(dá)到電潛泵平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，但是這卻浪費(fèi)了天然氣的舉升能力。美國(guó)REDA公司研制出一種叫做AGH（Advanced Gas Handler）的氣體處理裝置，此裝置的優(yōu)勢(shì)在于，它可以把壓縮處理完的游離氣和液體同時(shí)輸送到泵內(nèi)，并通過(guò)氣體的舉升能力，減少了泵的揚(yáng)程和電機(jī)功率，間接地節(jié)約了用電量，使得原油產(chǎn)量也大大提高。其原理是：通過(guò)AGH將油氣水混合物均化，減小氣泡尺寸，將游離氣溶入油中和使氣體混入液流中。

7 電潛泵地面控制系統(tǒng)

為了保證油井的正常運(yùn)作，就需要先維護(hù)好電潛泵機(jī)組的正常運(yùn)行，而電潛泵地面控制系統(tǒng)就是電潛泵機(jī)組正常運(yùn)行的重要“防護(hù)傘”。由于近幾年電子工業(yè)發(fā)展迅速，使得人們對(duì)電機(jī)工作特點(diǎn)也有了更深入的了解，它的進(jìn)步表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

7.1 PWM變頻器生產(chǎn)和應(yīng)用

PWM變頻器是一種電流型變頻器，在國(guó)外得到了廣泛的使用，渤海公司也使用了幾臺(tái)。與以前的電壓型變頻器相比，它具有許多優(yōu)點(diǎn)：電流波形非常近似于正弦波形，高次諧波非常少，對(duì)電機(jī)、變壓器和電纜損傷小，沿程損耗也??；可以采用高進(jìn)高出的方式供電和輸出方式，可以節(jié)省變壓器，從而達(dá)到節(jié)約平臺(tái)空間和建造費(fèi)用；變頻器對(duì)電機(jī)采取矢量和模糊控制，自動(dòng)監(jiān)測(cè)井下機(jī)組的電氣性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)電機(jī)的特點(diǎn)和運(yùn)行情況確定啟動(dòng)參數(shù)和保護(hù)參數(shù)；可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩和平方轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)。

7.2 遙控遙測(cè)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用

隨著海上無(wú)人平臺(tái)的采用、偏遠(yuǎn)井的開(kāi)發(fā)和辦公自動(dòng)化程度的提高，遙控遙測(cè)技術(shù)在國(guó)外電潛泵采油系統(tǒng)中得到了運(yùn)用，新疆塔里木油田和勝利海上和偏遠(yuǎn)井也有使用。這項(xiàng)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，油田負(fù)責(zé)人不必親自到操作的地方監(jiān)督管理，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)就可直接在辦公室中對(duì)油井進(jìn)行監(jiān)測(cè)、工況分析和啟泵停泵等工作，節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。

7.3 多功能PCC得到應(yīng)用

PCC是電潛泵控制系統(tǒng)的大腦指揮中心和控制中心，其功能的多少和可靠性是判別其優(yōu)劣的標(biāo)志，對(duì)機(jī)組運(yùn)行壽命有很大的影響。功能越多越強(qiáng)大，PCC越好，機(jī)組長(zhǎng)久運(yùn)行越有保證。目前，PCC朝著模糊控制、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、控制柜故障自檢、數(shù)據(jù)遙傳等方面發(fā)展。

8 電潛泵油并測(cè)試系統(tǒng)

油井測(cè)試在油田工作中占據(jù)重要地位，它是油田工作者分析油藏以及了解井下電泵工作情況的重要方式。在以前，操作員主要是用PSI、PHD、ODH等電子設(shè)備檢測(cè)溫度和壓力，“Y”管柱等機(jī)械測(cè)試工具和手段。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子和材料工業(yè)也取得了巨大進(jìn)步，1995年美國(guó)和加拿大就研發(fā)出了井下測(cè)試系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的出現(xiàn)大大方便了井下檢測(cè)工作。這個(gè)系統(tǒng)分為兩部分：一部分是地上，這部分是公用的；另一部分是地下，這部分是每口井單獨(dú)使用的。這個(gè)系統(tǒng)主要是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波來(lái)傳遞信號(hào)，它的工作原理與我們所用的手機(jī)有些相似。另外，井下部分所采用的都是耐高溫耐腐蝕的材料，并且具有多種感應(yīng)測(cè)試功能，包括對(duì)溫度、壓力、流量以及密度等的測(cè)試，在測(cè)得數(shù)據(jù)后，將這些信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波的形式發(fā)送至地面裝置，而后地面工作人員將所接收到的無(wú)線(xiàn)電波信號(hào)進(jìn)行還原，從而得知井下所測(cè)得的數(shù)據(jù)。

9 防腐電潛泵

防腐電潛泵是一種具有耐腐蝕能力的系統(tǒng)設(shè)備，它是由電機(jī)、泵、分離器、保護(hù)器、電纜插頭等組成，這項(xiàng)設(shè)備主要是應(yīng)用于含H2S、CO2的油田開(kāi)采工作；目前，由美國(guó)多家企業(yè)合力制造的防腐電潛泵僅限于在H2S、CO2含量值不是很高的油井使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅思杰，邵永實(shí)，劉軍，等.潛油電泵技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004.

[2] 朱軍，徐廣天，劉和，等.無(wú)桿泵采油技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[3] 劉偉，雷萬(wàn)能，黃瑞祥，等.電潛泵井非故障檢泵的原因及對(duì)策[J].中國(guó)西部科技，2008，7（13）.

[4] 常峰.超深井復(fù)合舉升工藝技術(shù)研究[D].中國(guó)石油大學(xué)，2009.

[5] 李申.有桿泵抽油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué)，2005.

（責(zé)任編輯：周 瓊）