同井采注电泵机组中倒置泵的研究

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1、同井采注电泵机组中倒置泵的研究　　石油机械应用技术同井采注电泵机组中倒置泵的研究刘卫红1李鹰峰2刘现江1石懋1刘净1范俊华1（1.中原油田采油工程技术研究院2.中原油田钻井工程技术研究院）入量较大，为此，提出把常规电潜泵改装成同采注电泵机组作为注水设备的方案，把同中水源层的水注入到目的层中。针对不同的水，提出了采下注上和采上注下的注水分案，将泵放置在最下方，成为倒置泵，并对倒置泵存在的问题提出了解决方案。现场试验结果表明，倒置泵试验扬程2880m实际排量30.82m，实际泵效3448%，具有显著的经济效益和社会效益。　　随着中原油田采油进入中后期，油层储量逐渐减少，部分区块逐渐转为

2、注水开发，为此，需要越来越多的增注设备。一般的增注方法是建立管网，把管网里的水经地面泵注到井底。但这种方法需要前期的大量投入，因此笔者提出把常规电潜泵改装成同井采注电泵机组作为注水设备的方案，把同井中水源层的水注入到目的层中，这样便减少了管网的前期投入。电潜泵机组排量范围大、扬程高，因此这种方案具有节约成本、操作方便、效果显著等优点。　　1常规电潜泵机组常规电潜泵机组由潜油电动机、保护器、分离器、电潜泵组成，结构如所示。　　常规电潜泵机组卜油管；2―电潜泵电缆3―电潜泵；4一分离器；5―保护器；6―潜油电动机。　　潜油电动机是电潜泵机组的动力源，为二级三相鼠笼式异步电动机。潜油电动

3、机的电力由电潜泵电缆把电力从地面传送到潜油电动机。该电动机在50H的频率下工作时转速为2是保护潜油电动机的，阻止井液进入潜油电动机，避免烧毁潜油电动机。在含气井中，需要使用分离器以进行气液分离，减少气体对电潜泵工作性能的影响。电潜泵是电潜泵机组中的工作机，井下液体被电潜泵抽汲到地面1卜21.2同井采注电泵机组同井采注电泵机组是在常规电潜泵的基础上设计开发的一种新型增压注水设备。针对不同的水井，增压注水方案有2种，见第1种是水源层在下、注水层在上的水井，需要采下注上的同井采注电泵机组；第2种是水源层在上、注水层在下的水井，需要采上注下的同井采注电泵机组。从图可以清楚地看到，不管哪种方

4、案，把泵放置在最下方，成为倒置泵是最合理也是最实用的设计。这种设计避免了电缆过封隔器，提高了整体设计方案的成功率。　　3倒置泵存在的问题及解决方案3.1倒置泵的连接问题常规泵的上部与油管对接，下部与分离器对接，而倒置泵的上部与下保护器对接，下部与油管对接。因此，倒置泵的连接需要重新进行设计。　　针对倒置泵壳体的上部连接问题，笔者对泵头进行了设计，采用与下保护器对接合适的法兰面，8个Ml的螺栓（材料为1C18N9T）紧固。材料1D18N9T的抗拉强度为550MPa这8个螺栓最大能承受3201N的载荷，满足强度要求141，并解决了吊卡起吊的问题，便于倒置安装以及倒置泵泵轴扶正的问题，限

5、制了倒置泵泵轴在径向的摇摆。泵头结构如所示。　　泵头结构图针对轴的上部连接问题，在壳体连接尺寸已经确定的情况下，对轴的连接进行计算，考虑到轴窜量，确定出与下保护器连接合适的轴头尺寸。当下保护器和倒置泵泵轴之间的间隙达到最小时，不会顶轴；同时，当下保护器和倒置泵泵轴之间同时达到最大间隙，轴上的花键仍能保持安全连接，不会发生脱轴现象。　　倒置泵的下部与油管对接，针对笔者提出的2种注水方案，分别设计成吸入口和排出口，见吸入口和排出口3.2倒置泵的止推力承载问题由于倒置泵在最下部，针对2种方案，倒置泵的下部都是油管，倒置泵泵轴依赖卡簧进行轴向定位，一旦卡簧在运转中失效，倒置泵泵轴将失去轴向

6、限制，最终导致倒置泵泵轴脱落，电动机的动力无法传送到倒置泵，倒置泵停止运转，整个同井采注机组将停止工作。对于采下注上的同井采注电泵机组，在把井液向上泵的同时，井液对倒置泵的叶导轮及轴产生向下的反推力，止推力承载的问题将更加严峻，因此急需解决泵的止推力承载问题。　　笔者在倒置泵底部设计了一个承载短节来解决倒置泵的止推力承载问题。当倒置泵运行的时候，倒置泵泵轴在反作用力的作用下，向下推动，承载短节动块随之向下，与静块接触，静块固定在轴承密封座上，从而制止轴向下运动，起到对轴止推的作用。承载短节相当于在泵底部装了一个小的保护器，其结构及外部构件如所示。承载短节起到承载泵止推力的作用，其外

7、部结构包括上部接头，导流罩和下部接头。上部接头与泵相接，导流罩内部过液，下部接头起到吸入口的作用。　　―下部接头；2―承载短节；3―导流罩；4―上部接头。　　由于导流罩和承载短节之间的环形空间要过一定流速的地层水，势必要对环形空间造成冲蚀，笔者对环形空间的冲蚀安全性进行了论证。环形空间的径向面积为2249￥在90温度下，通过计算环形空间允许的最大排量为1500m/d―般的增压注水排量为50m以下，因此在冲蚀方面环形空间是安全的。　　通过增加承载短节，有效地解决了倒置泵