潜油直线电机柱塞泵泵举升工艺技术

潜油直线电机柱塞泵泵举升工艺技术摘要: 国内外主要的机械采油方式（ 达80%以上） 是有杆抽油系统, 且以游梁式居多, 随着油田开发进入中后期, 在深井举升系统中, 抽油杆的偏磨、断脱等事故明显增加, 能耗 大、效率低的矛盾日益突出。介绍了一种高效、节能的举升技术-直线潜油电泵举升技术, 这 是一种无杆采油技术, 实现了直接传动, 具有能耗低、泵效高, 以及较强的防卡、防气能力, 且自动化程度高的特点。详细介绍了该技术的主要性能参数和特点, 并与电潜离心泵、电潜 螺杆泵等配套举升技术的主要技术指标和适应性进行了对比, 分析了其适用条件。该技术在 胜利油田垦东12区块进行了规模化试验, 结果表明, 相同条件下泵效提高20%以上, 单井耗 电量下降幅度达40%, 取得了明显的节能效果。目前, 世界各国的油田80%以上都采用有杆抽油系统, 且以游梁式居多, 该举升方式将 电能转换为旋转运动, 减速后再经四连杆机构转换为柱塞泵的直线往复运动。该举升方式由 于能量转换损失、冲程损失、运动转换损失相互叠加, 系统效率低；而且在油井产出液含水 不断上升的条件下，杆、管的偏磨不仅造成能量的损失，而且杆、管损坏会造成抽油系统的 瘫痪。为此，提出了直线潜油电泵举升工艺技术。该技术将电能直接转换为直线往复运动, 简 化了转换过程。与游梁式抽油系统相比该技术为无杆抽油系统，彻底解决了杆、管的偏磨问 题，其能量传递效率约提高23%, 室内测试节能可达54% 。抽汲参数可实现无级调整，为实 现自动控制及远程监控提供了条件, 是一种很有发展前景的新型举升技术。1 直线潜油电泵举升技术及其特点 直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场, 将电能直接转化为直线运动, 而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机的结构可以看作为将一台旋转电机沿径向 剖开, 并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中, 定子相当于直线电机的初级, 转子相当 于直线电机的次级, 当初级通入电流后, 在初、次级之间的气隙中产生行波磁场, 在行波磁 场与次级永磁体的作用下产生驱动力, 从而实现运动部件的直线运动。直线潜油电泵举升技术主要包括直线潜油电机、井下泵和地面控制系统三大部分。直线 潜油电机由普通平式油管下到设计泵深, 地面电源通过智能控制柜将交流电变频后用潜油 电缆输送到井下直线电机。当电流进入定子绕组, 产生的磁场通过变频方式实现磁极的交变, 和永磁动子上固定磁场的相互作用实现永磁动子的运动, 从而使悬浮的永磁动子带动柱塞 限位往复运动。1.1 技术特点1) 动力装置直接与泵在井下连接, 取消了从电机到泵之间的一切中间环节, 实现了零 传动或直接传动。因此与同等产液量抽油机相比, 耗电量大幅降低, 满足供液条件下泵效可 达90%以上。2) 实现无杆采油。与游梁式抽油机相比, 节省了大量投资、减少了起下作业的时间和 成本; 同时彻底消除了杆管摩擦及油管偏磨问题, 检泵周期也将延长; 在配套强闭式凡尔 球座后, 可实现水平井水平段采油。3) 直线电机的运动刚性大, 可实现零防冲距生产， 杜绝气体影响, 泵效高, 能耗低。4) 生产制度调整智能化。可根据地层的供液能力和生产需要调节泵的冲程和冲次, 使 泵排量与地层的供液能力更加匹配, 更适合稠油开采和抽空控制随机调整运行速度的要求； 同时可实现智能化控制和远程监控, 便于集中管理。5) 配套采油泵采用倒装方式, 上行时活塞上行, 顶开固定凡尔, 下行时, 活塞靠自身 重量下行, 撞击承接筒。电机运行时产生的热量能够加热稀释周围原油, 起到降低原油黏度 提高供液能力的作用。6) 直线电机内部金属部件完全与井液隔离, 解决了因腐蚀造成的使用寿命短的问题。1.2 基本性能参数系统最高耐温180 V ;电动机的定子采用充封闭式结构，耐压30 MPa;电动机定子绕 组的绝缘等级为H级；冲程为123 m;冲次为0 10次可调;最大举升力4 000 kN;柱塞单次 运行时间为134 s，通过设置冲次间隔时间设定冲次。1.3 适用条件小排量深抽井、间歇生产井， 排量# 45 m3 / d， 泵挂# 2 000 m (垂深) ; 大斜度井、 水平井、偏磨严重井；50 V地面脱气原油黏度# 3 000 mPa弓s的稠油井；采出液含砂0. 5%。对于地层疏松、易出砂的井投产前需采用先期防砂; 油气比几乎不受限制。占用空间小、 日常管理简单， 适用于海上采油平台和滩海陆岸人工岛。1.4 与电潜离心泵、电潜螺杆泵技术的对比直线潜油电泵与电潜离心泵、电潜螺杆泵的技术参数对比见表1。衷1三种呈升工艺主要技术指标对比配套JK划适甩曹陵mPa bifi应袖气比电札J i排*/m - iP 1扬程/m离吐泵JOO氐5供50- 157jo- 4oa2 000址动附轴级杆泵5 000J1- GOJO- 3002 000直些涓汕电耒3UOU不悭限电26- SO1卜40葛由表1 可知:1) 使用相同的电机, 在相同扬程和排量下, 直线潜油电泵的能耗比电动潜油离心泵、 电动潜油螺杆泵低得多;2) 直线潜油电泵的系统效率比较高;3) 直线潜油电泵适用于低产液量油井, 几乎不受原油含气量的影响;4) 直线潜油电泵可通过在各冲次设置间隙时间来调整冲次, 实现对产液量的控制。2 现场应用直线潜油电泵举升技术主要在胜利油田垦东12区块0# 、3# 人工岛进行了应用, 另外, 在稀油低液量生产井上也有应用。以下就该技术在垦东12 区块0# 、3# 人工岛的应用情况 进行详细介绍和分析。2.1 工艺难点新滩油田垦东12 区块属于滩海油田, 受地面条件的限制, 采用海油陆采的开发方式。 开发中, 应用直线潜油电泵举升技术, 遇到井身结构、造斜点浅、井斜角大、原油黏度高 地层疏松易出砂等难点问题。1) 油层埋藏浅, 含油层系为明化镇组和馆陶组, 因此造斜点浅、井斜角大。造斜点一 般在井深80 300 m, 20 口定向井中井斜角大于50%的有16口, 其中50% 60%的井8 口, 60% 70%的井6 口, 大于70%的井3 口。2) 原油黏度高。地面原油密度平均为0973 6kg/ L, 50 V时地面原油黏度平均为2 136mPa弓s,属于普通稠油。随着含水的上升，原油可能发生反相乳化，反相乳化后黏度成倍 增加, 在这种情况下, 井筒中的流动摩阻大大增加, 加大了举升难度。3) 地层疏松, 易出砂, 供液能力差, 单井产液量12 15 t / d。2.2 适应性分析目前, 国内外大斜度井举升工艺技术主要有：皮带机+ 连续机+ 偏置泵 、水力喷射泵、 连续杆+ 螺杆泵 、电动潜油离心泵、电动潜油螺杆泵和直线潜油电泵6 种举升技术。由 于垦东12 块0# 、3# 人工岛供液能力差, 可以首先排除电动潜油离心泵。考虑到 皮带机 + 连续杆+ 偏置泵 和电动潜油螺杆泵一次性投入大, 而免修期效短也予以排除。 连续杆 + 螺杆泵 、水力喷射泵与直线潜油电泵相比, 系统效率低, 能耗高。因此垦东12 块 0# 、 3# 人工岛选用了直线潜油电泵举升技术。2.3 应用效果垦东12 块0# 、3# 人工岛39 口油井应用直线潜油电泵举升技术投产一次成功, 为了更 好地评价该技术的应用效果, 与垦东12 块1# 、2# 人工岛采用的连续杆+ 皮带机+ 偏置式 液力反馈斜井泵 举升技术的46 口油井进行了对比, 结果见表2两阳举升方式败果对比卒升方武井/口泵樹m冲日产祓日产油H泵敦，吨岗繼而46MB706 00a g14 56 851 954 5534口缁钟油电泵391 O3J44L 23s iH 46 521 札1从表2 可以看出: 直线潜油电泵举升技术完全满足目前的生产需要; 在动液面较深的 情况下, 直线潜油泵举升技术的泵效仍高于斜井泵。现场实测资料还显示, 直线潜油电泵举 升技术能耗较有杆泵大大降低，每吨液举升100 m耗电由212 kW弓h降至177 kW弓h,单 井耗电量下降幅度达40%, 节能效果明显。3 结论1) 直线潜油电泵举升技术属无杆采油举升技术。由于去掉了抽油杆, 可彻底解决杆、 管摩擦及油管的偏磨问题, 使检泵周期明显延长; 同时节省了大量投资, 缩短了起下作业 时间, 降低了成本。2) 直线电机将电能直接转换成举升原油的动力, 中间转换环节少, 实现零传动或直接 传动, 因而具有较低能耗和较高的系统效率。在满足供液条件下, 泵效可达90% 以上。3) 可满足普通稠油、高油气比油井及供液不足油井开采的要求; 同时还可满足水平井、 斜井等复杂井身结构井的生产要求。4) 自动化程度高, 冲程、冲次可无级调整, 具备智能化控制和远程监控的有利条件。由于占用空间小、日常管理简单, 无论是海上采油平台还是滩海陆岸人工岛都有广阔的应用前景。