电潜螺杆泵采油系统及其现场应用

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第25卷增刊　　　　　　　　　石　油　钻　采　工　艺　　　　　　　　　Vol.25(supplement)2003年8月　　　　　　　OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYAug.2003电潜螺杆泵采油系统及其现场应用X刘　雷　刘卫红　马广明　耿会英(辽河油田公司钻采工艺研究院,辽宁盘锦　124010)摘要　电潜螺杆泵采油系统(ESPCP)是稠油冷采领域的一项新技术,它利用井下潜油电机直接驱动螺杆泵举升液体,综合了无杆采油系统、井下电机驱动和螺杆泵的优点,与有杆泵相比节能可达30%～60%,并可突破有杆泵下泵深度,可应用于稠油井、出砂井、含气井、斜井和水平井。对避免因出砂导致的泵砂卡、抽油杆断脱、卡杆等现象效果显著。同时,ESPCP不会对油层产生激动,具有防砂、降低含水的作用。关键词　辽河油田　电潜螺杆泵　稠油开采　冷采技术　　随着油田开发的逐步深入,稠油、含砂、中低产1.2　结构设计量井所占比例日益增大,传统的游梁抽油机由于油ESPCP系统由地面部分、中间部分、井下部分和稠、出砂会出现卡泵、卡杆、泵磨损、抽油杆断脱等情井下配套工具组成,见图1。总体设计是:井下潜油况,导致油井作业频繁甚至停产。寻求新的采油工电机通过1个机械减速器驱动1台螺杆泵,机械减艺已成为各油田进一步发展的必由之路。速器输出轴与螺杆泵输入轴之间靠1个联轴器联螺杆泵适合于排粘稠液体和含固相液体,并且接,采用变频软启动实现井下机组的低启动电流、高流量均匀平稳。但地面驱动螺杆泵因驱动杆易造成启动转矩。杆断、杆管磨损、卡杆等问题一直不能得到推广应用。在这种情况下,同时具有无杆采油、井下驱动和螺杆泵优点的电潜螺杆泵(ESPCP)受到普遍关注。辽河油田于1998年正式立项进行电潜螺杆泵的全面开发,完成了对电潜螺杆泵的系统组成定型和井下工具配套研究工作,并在现场应用试验中取得了较好的效果。1ESPCP系统的原理和结构设计1.1　原理电潜螺杆泵的研究借鉴了螺杆泵和电潜离心泵的技术。螺杆泵由转子(即螺杆)和定子2部分组成。随着转子在定子衬套中做行星转动,螺杆—衬图1ESPCP井下机组示意图套中靠近吸入端的第1个腔室的容积增大,在它和1.2.1　地面部分　由专用变压器和变频控制柜组吸入端的压差作用下,油液进入第1个腔室。随着成。采用高性能的专用变频器软启动,实现低启动螺杆继续转动,这个腔室开始封闭,并沿轴向向排出电流、高启动转矩,并具有空载和过载自动保护功端移动。密封腔室在排出端消失,同时在吸入端形能。供电变压器采用多抽头专用变压器。成新的密封腔室。由于密封腔室的不断形成、推移1.2.2　中间部分　由井下电缆、油管柱和电泵专用和消失,使油液通过一个个密封腔室,从吸入端推挤井口组成。到排出端,并产生排出压力。1.2.3　井下部分　从下至上依次由井下电机及其X作者简介:刘雷,1969年生。1991年毕业于华中理工大学,获中国地质大学油气田开发硕士学位,现从事油田开采工艺研究工作,工程师。电话:0427-7823222。©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 刘　雷等:电潜螺杆泵采油系统及其现场应用31保护器、减速器及其润滑箱、联轴节和螺杆泵组成。情况下的测定值。井下电机采用4极异步潜油电机。润滑保护装置可3.2　适用范围使井下机组在远高于地面温度、压力的环境下工作(1)直井、斜井不限,通井规通井顺畅;对于出砂正常。减速器采用行星齿轮式减速器。螺杆泵为单井,要求出砂为细粉砂,产液含砂量体积比5%以台螺杆泵,旋向左旋,以避免泵以上正扣油管倒扣。下,重量比15%以下。1.2.4　井下配套工具　为保证系统稳定运行,专门(2)油层有较好的供液能力,保证300m以上沉设计了平衡阀、泄油阀、减震扶正器、井下机组扶正没度。器、稠油井用电缆卡子和井下安全阀等配套工具。(3)25℃井液粘度在6000mPa·s以下。(4)油层温度小于120℃。2ESPCP系统的优点4　现场应用电潜螺杆泵采油系统是利用井下潜油电机直接驱动螺杆泵将油液带到地面。其综合了无杆采油系1999-2001年先后在辽河油田选取4口井统、井下电机驱动和螺杆泵的优点,适合于排粘稠液(HC7-21井、高2-3-011井、曙1-36-329井、曙体和含固相液体,并且流量均匀、平稳。可冷采粘度1-05-18井)进行了5井次的现场试验,加工设计几千至几万毫帕秒、含砂量达8%～10%的稠油。出5套试验样机。现场应用中实际下泵深度为1200与其它机采方式相比,它具有如下优点:～1600m;设备连续稳定运行时间为1.5～6个月。(1)适合于开采粘度高、含固相的流体。可应用试验井的基本情况为,油藏原油粘度为650～于稠油井、出砂井、斜井、水平井,并可突破有杆泵下5067mPa·s(40℃脱气)。其中ª177.8mm套管直井3泵深度;不发生气锁,适用于高含气井。口,斜井1口,井斜10°57′;水平位移117.05m。(2)抽汲连续平稳,不对油层产生压力激动。试验井的主要问题为:(1)严重出砂。导致杆断(3)无抽油杆,消除了因杆管磨损带来的损失,脱、泵砂卡。检泵周期1～2个月。严重时半个月1同时可用更小尺寸油管;节能降耗,与有杆泵相比节次。用抽油机始终无法正常生产,采用多种防砂手能30%～60%;泵下机组的发热起到泵下加热作段但效果不明显。改用地面驱动螺杆泵后虽然油井用,加热功率为4～6kW(加热段4～6m)。出砂明显减少,但由于转速受限制,产量不高。(2)(4)地面占用空间小,日常管理简单,尤其适合油稠。用抽油机抽汲困难。频繁卡泵、卡杆,油井无海上平台采油;可在控制柜上无级调节排量。法正常生产,作业频繁。在改用电潜螺杆泵后,产量较抽油机和地面驱3ESPCP系统技术指标及适用范围动螺杆都有大幅度提高,未因出砂和油稠影响生产。3.1　主要技术指标由于ESPCP抽汲平稳,对地层不产生激动,可针对油井情况,目前已开发研制出ª177.8mm以减少因此形成的水窜流通道,降低含水,同时可防套管井系列3种型号的电潜螺杆泵,其主要技术指止地层砂蠕动。如曙1-05-18井,改用ESPCP后标见表1。产油量由8m3/d上升到11.3m3/d,含水由66%下降表1ESPCP主要技术指标为40%。型　号ESPCP-55ESPCP-75ESPCP-120在试验中还发现,ESPCP由于具有超强抽稠油3-1额定理论排量/m·d283860的能力,油层供液能力太差的油井不适宜使用ES2扬程/m180015001200PCP。如在高2-3-011井、曙1-36-329井的试容积效率/%808080验中就发生了因油层供液不足引起的油井被抽干的额定功率/kW101215排量调节范围/m3·d-110～2815～3825～60情况。油管尺寸/mm7373.03～88.988.95　经济效益分析地面电力设备容量505050/kV·A与抽油机生产相比,ESPCP系统具有显著的节　　表1中地面供电参数:电压小于500V,电流小能降耗作用,经济效益可观。以试验井曙1-05-于20A;泵容积效率为泵在满扬程、工作液无气含量18为例,对该系统经济效益分析见表2。©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 32石油钻采工艺　2003年8月(第25卷)增刊表2ESPCP与抽油机费用比较(3)采用ESPCP系统,抽汲连续平稳,对油层不项　目内　容年节约费用/万元产生激动。可有效防止地层砂蠕动。并可减少形成节能效益功率因数提高10.8水窜流通道,降低含水。设备费用节省抽油机14(4)目前ESPCP连续运行时间最长为6个月,设节省抽油杆3.1备故障均出在机械传动部分,而这部分的设计制造电潜螺杆泵-38尚有很大的潜力,所以,ESPCP在寿命、可靠性等技增油效益年增油500t60检修费用节约作业费4术指标上将会有显著提高。创总经济效益53.9(5)应用ESPCP的油层要有较好的供液能力,　　以上经济效益分析是依据目前的试验样机提出原油粘度、井液含砂量、砂径需符合ESPCP的适用的,随着ESPCP技术的不断完善和进入批量生产,范围。ESPCP的的制造成本、寿命、排量、泵深等参数会进一步提高。因此,电潜螺杆采油系统的经济效益还参　考　文　献会更高。[1]李华德.现代交流电机变频调速系统.北京:石油工业出版社,1996:202～2466　结论[2]高圣平等.井下单螺杆抽油泵综述.国外石油机械,(1)选用电潜螺杆泵可以有效解决地层因油稠、1996出砂而导致的泵砂卡、检泵频繁、抽油杆断脱、卡杆[3]万仁溥,罗英俊.采油技术手册(第四分册).北京:石油等问题,具有比其他机采方式更加优越的特性和更工业出版社,1993:473～537[4]饶振纲.行星齿轮传动机构设计.北京:国防工业出版广的适用范围,是稠油冷采一项切实可行的举升工社,1994艺。[5]万仁溥.采油工程手册(上册).北京:石油工业出版社,(2)与抽油机开采方式相比,ESPCP可减少作业2000:586～603费用,降低生产成本。而且,ESPCP系统功率因数远高于抽油机系统的功率因数,具有节能降耗,效率高(收稿日期　2003203212)的特点。〔编辑　薛改珍〕在水平裸眼井段利用动力液导流法和井下混合法成功进行水射流注酸和微破裂酸处理　　无机酸和有机酸用于油气增产已有100多年的进行高强度注酸。该方法一般采用2股独立的流历史。在长裸眼水平井段,大量井壁裸露,酸液很容体,一股通过挠性管;另一股通过挠性管与生产油管易消耗在首先接触或者反应剧烈的地层,从而过早之间的环空。2股流体(如果不同)以高能状态在井地消耗或者消耗在少部分井段。此时,必须采用各下混合,形成均匀混合物。挠性管中的流体为处理种技术将酸液输送到预期的位置。利用带孔接头和液(酸液及防腐剂等化学剂)。环空内流体的组成取挠性管可成功做到这一点。在长裸眼水平井段进行决于增产措施的方式:采取水射流压裂增产措施时,有效的增产措施通常很困难,尤其是需要活性酸深环空内流体通常用于控制环空内压力辅助造缝,故入到低渗透率碳酸盐岩储层。如果活性酸导流不用液体(所采用的是含有表面活性剂和减阻剂的当,会很快消耗在非目的层,导致吸液点扩大,此时水);采取水射流注酸增产措施时,环空内流体用来几乎不可能产生有价值的溶蚀裂缝或孔洞。为解决产生优质泡沫以利于酸液的导流,使酸液合理分布,这个问题,可采用相对较好的水力射流压裂方法。故常用气体(CO2和N2)。该方法可分为2种方式:(1)利用动力液能量把液流导向特定的裂缝进入点,在预定位置产生裂缝,并使(供稿　谷　鸣)酸液进入这个裂缝面;(2)高压井下混合产生泡沫,©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net Vol.25supplementABSTRACT91aim.Sowecanmakefulluseofthesteamandimprovecharacteristicsofhightemperatureandpersistenteffectthedevelopmenteffectsinmiddle-endperiod.heatinsulationhasbeenmade,whichadaptedtosteamKeywordsviscousreservoirsteam-soakingfloodinginmiddleanddeeplayers.Ithasimprovedcor2flowcharacteristicdesignofparameterrespondingtechnologiesforsteamfloodinginviscousreservoir.OPTIMIZINGDESIGNOFSTEAMINJECTIONKeywordssteamfloodingsealingheatinsu2TUBEOFHEATINSULATIONSTYLElationpersistenteffectsteamstringbyYangShuying(DrillingandProductionTechnol2ogyResearchInstitute,LiaoheOilfieldCo.)TESTANALYSISOFGASINJECTIONSYSTEMAbstractThroughtheanalysisandthecalculationINCREASINGTHERMALEFFICIENCYofsteaminjectiontube,thearticledesignedtocompletebyXuDong(DrillingandProductionTechnologythenewsteaminjectiontubeofheatinsulationstyle.TheResearchInstitute,LiaoheOilfieldCo.)designcalculatedtheextendingdegreeofthesteamin2Abstractafterthethermallossofboiler,steam-jectiontube,optimizedthelengthoftelescopictubinginjectionpipenetandwell-borehavebeentested,andtheinstallationpositionof,andminimizedthepack2somemeasuresaresuggestedtotakentoincreasetheersealdamagescausedbyscrubbetweenpackerandcas2thermalefficiencyofgas-injectionanddecreasetheingwall.Thistechnologyimprovedtheheatinsulationthermallossinsteam-injectionsystemofviscousoileffect,lowerstheheatloss,andfinallyincreasedsteamreservoir.Themeasuresincludestechnologyofself-temperatureandqualityatthewellbottom,andgotthecontrollingtheamountofwindenteringintoboilerandpurposesofincreasingGORanddecreasingcostofpro2cleaningashbysolidcarbondioxide,onthebaseofop2duction.timizingofthermalinsulationmaterialrecombinationalu2Keywordssteaminjectiontubeofheatinsulationminiummagnesiumsilicateareusedforsteam-injectionstylepackertelescopictubingheatinsulationeffectpipenettorealizethermalinsulation.Goodheat-proofratioofheatlosspipes,heat-preservationcouplingandexpansionpipeareusedforsteaminjection.Infact,themeasuresmen2STUDYANDMANUFACTUREOFSTEAMINJEC2tionedcandecreasethelossofheateffectivelyandenergyTIONSTRINGOFPERSISTENTEFFECTHEATconsumption.Technologiesmentionedabovemayin2INSULATIONOFSTEAMFLOODINGcreasethethermalefficiencyfivepercent.byChenHongmei(DrillingandProductionTechnol2Keywordsthermalrecoverysystemmathemati2ogyResearchInstitute,LiaoheOilfieldCo.)calmodelanalysisofthermalefficiencyimprovedAbstractHeatlossofsteaminjectionstringandmeasurescausesduringsteaminjectionhavebeenanalyzedtheoret2icallyindetailsfromheatinsulationmechanismofwellFIELDPRACTICEOFTHESUBMERSIBLEboreforsteamflooding.Onthebase,studyandexplor2ELECTRICSCREWPUMPPRODUCTIONSYS2inghasbeenfocuseddeeplyonhowtoimprovepersistentTEMeffectheatinsulationofsteaminjectionstingforsteambyLiulei,LiuWeihong,MaGuangming,Gengfloodinginmiddleanddeeplayers.Atlast,weconcen2Huiying,(DrillingandProductionTechnologyResearchtratedoninsulatingstringcouplingsealingequipment,Institute,LiaoheOilfieldCo.)insulatingtelescopicstringwithpressurecompensationAbstractESPCPisanewtechnologyaboutcoolstyle,Y441intensivereleasingpackerandmultistage-productionofheavycrude,thescrewpumpisdrivenpersistentsteamfloodingsealingequipment,steaminjec2straightlytoraiseoilbythesubmersibleelectricmotoroftionstringwithhightemperatureandpersistentinsula2downhole,whichhastheadvantagesofrodlessproduc2tion.Thusthesteaminjectionstringfloodingwiththetionsystemmotor-drivingandscrewpump.Itmayalso©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 92OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYAug.2003reduceenergyconsumptionfrom30percentto60per2rotatingdownholerod-string,anti-eccentricfrictioncent,surpassthedepthofrod-pump.Itcanbeusedtoandtheirpracticaleffects.Therotatingofrod-stringheavycrudewells,sandwells,gas-bearingwells,an2canbegetbycooperatingtheanti-releasingequipmentglewellsandhorizontalwells.Ithasgreateffectsonofsuckerrodandrod-spinner.Thetechnologyalsoin2sand-blockingpump,rodbreakingandrod-blockingvolvescooperatinganti-eccentricfrictionofsuckerrodwhichareduetosandsinreservoir.Atthesametime,andanti-frictionofsuckerrodwithanti-bending.AllESPCPcannotmotivatetheoil,itcanalsopreventtoolsusedaresimple,anditisunnecessarytomodifythesand,reduceoftheamountofwater.groundanddownholeequipment.Theprincipleandthe2KeywordsLiaoheOilfieldsubmersibleelectricoryinvolvedareveritableandadaptabletothewellsthatscrewpumpheavyoilproductiontechnologyofcoolhaveapparentneutralpoint.Eachwellshouldbede2productionsignedandcalculatedinordertoachieveourexpecta2tion.Downholerod-spinnerhasmanyfunctions,whichINFLUENCEOFPUMP′SABSORBINGOILBYnotonlymaketherodsrotate,butalsobeshockabsorberDENSITYOFFIXED-VALVE′SBALLforrod.Atthesametime,itcangetthelongerstroke,byZhangWenhua,GaoLan,(DrillingandProduc2increasetheefficiencyofpump,andprolongtheperiodtionTechnologyResearchInstitute,LiaoheOilfieldofdetectingpump.Co.),ZhuJianfeiKeywordspumpingwellsuckerrodanti-AbstractTheessaytalksabouthowthedensityofeccentrictestdownholetheballinfluencethelostpressureofoilflow,theheightoftheball,thetimeoftheballresettingandparametersTECHNOLOGYOFINCREASINGPRODUCTIONofabsorbingoilpumpbyanalyzingtheoreticallyandus2ANDEFFICIENCYONMECHANICALOILRE2ingexperimentaldata.Asaresult,thehigherthedensi2COVERYWELLStyoftheballis,thehighertheresistancepressureofab2byChenDemin,liuWeihong,(DrillingandPro2sorbingoilpumpis.ThepressurealsodropsharplyatductionTechnologyResearchInstitute,LiaoheOilfieldthefixedvalve.Thefillfactorofpumpbecomesmaller,Co.)thelossofstrokeincrease.SotheessaysuggestsweAbstractTheefficiencyofpumpistheimportantshouldtryourbestnottousethehighdensityoffixed-parameterwhichindicateshowweoperateandmanagee2valvesballinnormalproduction,butweshouldmakequipment.Theauthorcreateanewtechnologythatraisefulluseofitwhenthewellshavemanysandsandstrongtheefficiencyofpumpwithlowcost,higheffectandeasycorrosivitybecauseofcorrosionandabrasiveresistanceofoperation.Withthesuckerrodstringmulti-stagein2theball,forexample:ceramicballandtungstemsteelcreasingproductionequipmentwasusedtoincreasetheball.efficiencyofpumpsubstantially.Theauthoralsointro2Keywordsfixedvalvepumpabsorbingoilducehowtolowthestroke-loss,tomakeleakinglessinfluenceandreducefriction,ect,healsoanalyzethecausesthatinfluencetheefficiencyofpump,principlesofincreasingGENERALTECHNOLOGYOFANTI-ECCEN2itandmeasurestobetaken.ThevalidityandfeasibilityTRICFRICTIONOFRODofthetechnologyareprovedintheoryandpractice.byMengXianghai,SunJun,QianXiuli,(DrillingKeywordsmechanicaloil-productioneffi2andProductionTechnologyResearchInstitute,Liaoheciencyofpumpeffectsofswabbingequipmentofin2OilfieldCo.)creasingproductionrodAbstractthetechnologyisdevelopedtosolvetheproblemofanti-eccentricfrictionandprolongingthelifeSTUDYONDYNAMICCHARACTERISTICSOFofsuckerrods.TheessayintroducesthetechnologiesofRAISINGSYSTEMOFHIGH-ANGLEWELLS©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net