塔河油田稠油井电泵开采技术

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　　塔河油田稠油井电泵开采技术　　摘要:稠油是塔河油田油藏的最大特性,目前塔河油田的机械采油工艺以有杆泵采油工艺和电动潜油离心泵采油工艺为主,其中电泵采油工艺以其深抽、大排量、管理方便等特点成为越来越为重要的机采工艺和发展方向。　　该文从粘度对离心泵特性影响的研究开始,系统地提出了提出了稠油井电泵开采技术:一是提出了对电泵本身进行技术改造措施,二是研究并提出了相关配套工艺,三是对电泵深抽(3500m-4200m)提出了相应技术改进的研究。对于丰富和提高塔河油田的稠油开采工艺都有很重要的必要性。　　关键词:塔河油田;稠油;电泵;本身结构;配套工艺;深抽　　　　第1章稠油对潜油电泵影响　　　　1.稠油对潜油电泵影响 　　粘度的影响主要表现为:离心泵的性能下降;潜油电机启动困难;管线粘滞阻力急剧增加。潜油电泵在开机时,启动电流是额定电流值的3-7倍。由于开机时井液较正常生产过程中时的井温要低,稠油井原油粘度相对更大,机组所需要的启动转矩相对更大。在全压起动时,由于加速度的加大,很容易造成电机轴发生扭断现象。配备电机功率时,除按校正后的离心泵性能指标和油管摩阻匹配电机外,在全压起动时,要额外增加一定的电机功率余量,避免启动不起来或者轴发生扭断现象。因此受稠油粘度的影响,较常规油井,稠油井选择潜油电泵机组的主要区别在于:(1)离心泵的性能指标,包括输送稠油时的流量、需要配备的离心泵级数。(2)潜油电机功率。　　2.稠油垂直管流摩擦阻力计算　　根据流体力学知,石油以及与水形成的乳化液属于非牛顿流体,流动性表现为极差,如油脂、油漆、牙膏、泥浆等。剪应力和剪切变形速率之间不满足线性关系。所引起的粘滞阻力损失远远大于牛顿型流体。另外,从油层开始,贯穿于原油的采集过程之中。在离心泵的强烈搅拌作用下,形成Pa以上,可满足最大扬程4500米设计井深,表面粗糙度达到1.6,其泵效及精度能满足高稠油状态。　　6、叶导轮表面为高强度耐磨不沾涂层　　叶导轮表面为高强度耐磨不沾涂层,不沾涂层可进一步降低粘度大的流体附着性,高强度耐磨不沾涂层保证其使用寿命,同时对防垢、抗腐蚀有较好适应性。　　7、硬质塑性轴承和双止推垫片设计 　　　　通过在离心泵中每隔一定级数安装一副内镶硬质合金的防砂导壳与硬质合金轴套,形成高硬度、高耐磨的摩擦副结构,采用双止推垫片结构,可有效地改进泵内的径向磨损和轴向磨损。同时泵上、下接头内也安装硬质合金的耐磨轴承副,达到上、下轴头的扶正,保证潜油电泵的可靠运行;另外油气分离器内的扶正部位也都采用硬质合金材料的防砂摩擦副。　　8、采用双级沉降式保护器,保证稠油状态下的呼吸补偿　　沉降式保护器,保证稠油状态下的呼吸补偿,双级配置可有效提高使用寿命。　　　　第3章、电泵抽稠配套工艺技术　　　　1、机械超声波防垢降粘装置　　电泵井声波防垢降粘装置为机械式声波发生装置,主要由底座、叶轮、导轮、声波发生盘、轴、头部组成,底座与分离器联接,头部与泵联接,作为独立的一部分,无需改变潜油电泵机组各部分的设计。 　　流体经声波发生装置,通过叶导轮将流体加速后到达多孔声波发生盘,转子盘在分离器轴的带动下高速旋转,与定子盘产生相对运动,转子盘及定子盘上相对的每一个孔飞快地互相重合或不重合,从而在流体介质中产生脉冲振动,由此产生一定频率和强度的声波。当井液接近声波发生盘的斜孔时,其液体分子会产生周期性的相对运动,导致流体加速向声源流动,流体通过发生盘时,声波对流体中的胶质、蜡质分子进行剪切,而沿管道金属表面传播的声波引起盐垢微粒与金属表面之间发生振动破碎作用,声波在金属和流体中传播时的相速差阻碍了盐垢和蜡的形成,从而使流体在进入离心泵之前达到进行防垢降粘处理的效果。　　2、电机底端取电的电泵井下电加热装置　　降粘最好的方法是加热,目前成熟可靠的电泵井下电加热装置,在潜油电机底端从电机的星点取电,而无需单独的供电线路(从电机-大扁电缆取电),对井液进一步加温降粘。　　电泵井下电加热装置采用了电阻器加热机理,目的是配合潜油电泵开采300～2000mPa.s的低稠油,井下加热器装置与潜油电机的电源来自一条电缆。其核心部分——电热膜加热管通电发热,加热流经该装置的井液,实现井液降粘防结蜡的目的。　　井下电加热装置与专用单节电机配套,在电机底部联结加热装置,两者并联工作。电加热器电源来自电缆引线与电磁线联接处,三相线分别从定子冲片的假线孔中直接穿过直到电机底部。其核心部分—— 电热膜加热管通电发热,加热流经该装置的井液,实现井液降粘工作原理:是靠电流流过电阻后,电阻产生欧姆热加热介质,这也是目前技术较成熟、应用最广的电加热方式。对不同的油井井液粘度、温度、排量等井况,选用潜油电泵机组配套的电加热装置,有关设计计算主要是电加热器的放热、温升计算,即电加热器的功率计算。　　3、7"及以上套管可加装导流罩　　7"及以上套管可加装导流罩,导流罩的使液体必须流经电机表面,一方面把电机产生的液量带走,另一方面可对井液集中加温,同时可优化掺稀生产,设计使用高强度电泵联接,导流罩最大长度可达到600米。　　　　4、地面变频控制系统采用成熟的低压变频控制系统　　低压变频控制系统的最大特点就是成熟可靠,对电缆的拖带长度无限制,而高压或中压变频受高压电容技术不过关的影响对高次谐波的影响无法有效地消除,低压变频的高-低-高模式是升压变压器后置,而变压器本身就是最好的滤波器。国外及国内大多油田目前基本都抛弃了高压、中压变频,由于高压、中压变频结构紧凑、占地面积小,目前基本只有在海上油田使用。　　5、物理降粘:旁管掺稀、环套掺稀或油管内下空心抽油杆掺稀 　　旁管掺稀管柱工艺图如左图所示:　　潜油电泵旁管加注石脑油稀释系统是针对高黏度原油特点而研制开发的,在国外油田的稠油开采中为最主要的掺稀方式。主要包括潜油电泵机组系统、地面注入系统。其原理是利用地面离心泵将轻质油加压通过软油管注入到潜油电泵的底部的筛管内,由于压力的作用,可使轻质油与井液充分的混合,最大限度的发挥轻质油的降粘作用,改善泵的入口性能,降低井筒的井液粘度。该系统适用于原油黏度超过潜油泵入口位置井液粘度超过5000mPas的油井潜油电泵生产。目前本系统于在委内瑞拉63口油井应用效果较好,系统装置配件成熟齐全。　　因套管尺寸受限对于95/8"以下的套管采用环套掺稀方式或油管内下空心抽油杆掺稀方式以防止冷采过程中的油管堵塞,但这两种掺稀方式只能防止冷采过程中的油管堵塞问题,对稠油入泵无有效地帮助,为解决国内大量小套管的旁管掺稀,需要研制95/8"以下的套管的旁管掺稀方式。　　　　第4章电泵深抽适应性技术改进　　 　　潜油电泵深抽的目的是使电泵在高温、高压段工作,此时稠油具有良好的流动性,同时深抽可有效地放大生产压差,提高产量,目前国内电泵已经达到3800m(排量150m3/d),在排量120m3/d以下范围,最大扬程可达到4200米,深抽电泵在目前电泵系统应用技术成熟的基础上对电机的起动性能、保护器的承载能力、离心泵的强度和泵轴制动功率等方面进行了综合改进,使潜油电泵满足超深油井中运行的可靠性和稳定性。　　1、耐高温机组　　由于潜油电机安装在井下4200m,井下温度很高(超过150℃),对于电机和电缆的耐温等级要求很高,考虑到电机的温升,这就要求井下电泵机组能够承受180℃温度环境下长期运转。　　潜油电机、潜油电缆以及井下机组设备的绝缘和密封件采用耐高温材料制造。电机润滑油采用高温电机油,在180℃及以下工况下,具有良好的绝缘性和润滑性。机械转动件的配合间隙应满足180℃工况的需要。　　　　2、大扭矩潜油电机 　　由于电缆长度达到4200m以上,电阻增大,在电机启动的瞬间,电流很大,导致电缆的压降也很大,这就会造成加在电机绕组上的电压大大小于电磁绕组正常设计所需的励磁电压,从而导致电机启动困难。这种情况在电泵下深正常的油井中是不存在的,这就需要对电机的启动性能重新考虑设计,改变电机的电磁设计参数,增大电机的启动转矩。同时应采取的措施包括:采用变频控制柜改变电机启动频率;对地面控制电参数进行合理调整。　　3、高承载保护器　　对于下泵深度为4200m的电泵机组,考虑到电泵运转过程中的过载、憋泵及井口回压等因素,泵排出口极限压力为45MPa。作用在保护器止推轴承上的载荷远大于普通保护器止推轴承的承载能力。采用高承载保护器来承受高扬程离心泵所产生的高轴向载荷。　　4、加强型潜油电泵机组　　由于机组下泵深度高达4200m,考虑到憋压和井口回压,离心泵产生的最大压头为45MPa。常规潜油电泵机组连接强度、泵轴的强度和壳体耐压强度无法满足要求。因此应对泵壳体和头座单独进行设计。解决方案:1、泵轴采用高强度合金材料制造。2、考虑到泵排出口压力、电泵机组重量、尾管柱重量,机组连接采用高强度螺栓。3、采用特殊结构设计,使壳体螺纹不承受离心泵产生的高内压。4、选用耐高压泵壳。