石油开采潜油电泵采油课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,重庆科技学院石油工程学院制作,第,#,页,渤海石油系列培训教材多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,第,1,页,电潜泵管柱工作示意图,表述电潜泵性能的主要参数有：额定排量,Q,、额定扬程（压头）,H,、额定轴功率,P,、额定效率、额定转速,n,等参数。,电潜泵的额定排量和效率取决于泵型，额定扬程决定于泵型和级数，额定轴功率由额定排量和扬程确定，额定转速取决于电机结构。,第1页电潜泵管柱工作示意图表述电潜泵性能的主要参数有：额定排,第,2,页,潜油电泵工作原理,潜油电泵采油原理是潜油电泵机组下入油井内一定深度，在一定的沉没压力下，电动机带动离心泵高速旋转；与此同时，井内油流经过分离器分离出部分游离的气体后，进入多级离心泵，油流在多级离心泵多级增压形成足够的压头，并被举升至地面。,第2页潜油电泵工作原理潜油电泵采油原理是潜油电泵机组下入油井,第,3,页,一、潜油电泵的结构组成,潜油电泵系统由三部分组成：潜油电泵机组、地面电气设备和动力电缆。潜油电泵的全称为沉没式潜油电动离心泵，简称潜油电泵或电潜泵，英语中简称,ESP,（即,ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP,的缩写），它是一种无杆式抽油泵，主要由电动机、保护器、分离器、和离心泵四个部件组成。,第3页一、潜油电泵的结构组成 潜油电泵系统由三部分组成：潜油,第,4,页,潜油电泵组成,电潜泵井下系统主要由电机、潜油泵、保护器、分离器、测压装置（,PSI,PHD,）、动力电缆、单流阀、泄油阀、扶正器等组成。,第4页潜油电泵组成电潜泵井下系统主要由电机、潜油泵、保护器、,第,5,页,1,电机,电潜泵电机又叫潜油电机，它是电潜泵机组的原动机，一般位于最下端。它是三相鼠笼异步电机，把电能转变成机械能。,它与普通电机相比，具有以下特点：机身细长，一般直径,160mm,以下，长度,5,10m,，；转轴为空心，便于循环冷却电机；启动转矩大，,0.3s,即可达到额定转速；电机内腔充满电机油以隔绝井液和便于散热；有专门的井液与电机油的隔离密封装置,保护器。,第5页1电机电潜泵电机又叫潜油电机，它是电潜泵机组的原动机,第,6,页,电机系统组成及作用,潜油电机为立式悬挂结构，主要由定子、转子、止推轴承、扶正轴承、电机头、下接头等组成。潜油电机为密闭式，腔内充满高纯度、高介电强度的矿物油，它在电机内起润滑、绝缘和传递热量的作用。,1,）定子,定子的功能是产生旋转磁场，将电能转变成磁能，主要包括定子铁芯、黄铜夹段和定子绕组等。,第6页电机系统组成及作用潜油电机为立式悬挂结构，主要由定子、,第,7,页,潜油电机的结构图,第7页潜油电机的结构图,第,8,页,潜油电机结构示意图,1-,止推轴承,2-,轴,3-,电缆头,4-,引线,5-,定子,6-,转子,7-,扶正轴承,8-,壳体,第8页潜油电机结构示意图1-止推轴承,第,9,页,潜油电机,-,循环冷却系统,4,）循环冷却系统,潜油电机冷却系统由润滑叶轮、滤网、定子油道、油孔和空心电机轴及电机油等组成，带走电机定子和转子在交流和涡流作用下产生的热量，达到冷却电机和保护绝缘材料的作用，延长电机寿命。,第9页潜油电机-循环冷却系统 4）循环冷却系统,第,10,页,潜油电机的工作原理,潜油电机工作原理：当三相交流电通过电缆输送到电机定子绕组时，流入电机的电流在气隙内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电导体在磁场内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电导体在磁场内受磁力作用，转子就会跟着磁场旋转，如果电机轴端带有机械负载，电机就输出机械功率，从而将电能转化为机械能。,第10页潜油电机的工作原理 潜油电机工作原理：,第,11,页,2.,潜油泵,电潜泵具有以下特点：直径小，排量范围大，外径一般为,85.5,102mm,，排量范围可达,30,8000m,3,d,；级数多，长度长，扬程范围宽，扬程一般在,150,4500m,；泵吸口有气体分离，防止气蚀和提高泵效。,第11页2.潜油泵电潜泵具有以下特点：直径小，排量范围大，外,第,12,页,潜油泵 结构组成,潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成；转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧。电潜泵每级就是一个离心泵。潜油泵按叶轮是否固定分为浮动式、半浮动式和固定式三种。,第12页潜油泵 结构组成潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动两,第,13,页,潜油泵,l,）叶轮,叶轮是电潜泵的核心部分，它是将机械能转变成生产流体压能的关键部件，液体通过叶轮时，液体的压能和动能都得到增加。,第13页潜油泵l）叶轮,第,14,页,潜油泵,2,）导轮,导轮是泵的固定部分，它一方面将动能转变成压能和降低速度减小摩阻损失；一方面改变流向，将流体导人下一级叶轮人口。,第14页潜油泵2）导轮,第,15,页,3.,油气分离器,对于含气电泵井而言，井液在进入潜油泵之前，要先通过油气分离器进行气、液分离，以减少气体对潜油泵工作性能的影响。其作用：一是作为多级离心泵的吸入口通道；二是将游离气从井液中分离出来，减少气体对离心泵的影响，提高泵效，保证离心泵正常工作。,第15页3. 油气分离器 对于含气电泵井而言，,第,16,页,油气分离器的结构原理图,位于潜油泵的下端，是泵的入口，其作用是将油井生产流体中的自由气分离出来，以减少气体对泵的排量、扬程和效率等特性参数的影响，和避免气蚀发生。,按不同的工作原理，可将其分为沉降式（重力式）和旋转式（离心式）两种。,第16页油气分离器的结构原理图 位于潜油泵的下端，是泵,第,17,页,油气分离器原理,气、液混合物进入分离器后，由叶轮来提高其扬程和旋转速度，然后由倒流轮再进一步提高其旋转速度，使气、液混合物在高速旋转的条件下，质量越大，所受到的离心力也越大。这样，质量较大的液体被甩到分离腔的外缘，而气体则被外缘的液体挤向分离腔中部，两者均呈螺旋上升。从而实现气、液分离。,第17页油气分离器原理 气、液混合物进入分离器,第,18,页,4.,保护器,保护器又叫潜油电机保护器，是电潜泵所特有的。其位于电机与气体分离器之间，上端与分离器相连，下端与电机相连，起保护电机作用。,第18页4. 保护器 保护器又叫潜油电机保护器，,第,19,页,保护器结构图,各类保护器腔体内的呼吸通道都是多级迷宫式结构。,电机内腔压力与井液压力相差很小，基本处于平衡状态。起到密封作用。,第19页保护器结构图 各类保护器腔体内的呼吸通道都是多级,第,20,页,保护器的作用,保护器主要是保护潜油电机的，最终目的是阻止井液进入潜油电机，避免烧毁潜油电机。保护器在潜油电泵机组中主要有以下四个作用：,（,1,）密封潜油电机轴的动力输出端，防止井液进入潜油电机。,（,2,）保护器的充油腔体与油井相连通，从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差。当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时，润滑油可通过保护器溢出；当潜油电机因停机温度下降时，保护器可向潜,.,油电机补充润滑油。,（,3,）内设一个推力轴承，承担作用在泵轴、分离器轴和保护器轴向下的轴向力。,（,4,）连接潜油电机轴与泵轴（或分离器轴），连接潜油电机壳体（或分离器壳体）。,第20页保护器的作用 保护器主要是保护潜油电机的,第,21,页,保护器的呼吸过程,在使用时，保护器各级腔体内都注满电机油。待下入井中后，电动机、保护器的环境温度逐步升高，其内的电机油便逐步膨胀，于是保护器腔体内多余的电机油便由保护器呼吸孔溢入井筒中。,当电动机工作时，电动机和保护器的工作温度大幅度上升，于是电动机停机后，其温度逐渐下降，其内的电机油也逐渐收缩，其电机油空缺部分由保护器内的电机油回流来补充；而保护器内电机油的空缺则由井液通过呼吸孔流入填充，但由于保护器腔体的特殊构造，回流井液开始只限制在特定的腔体内。,再开机时，电动机、保护器的工作温度再次升高，这时电动机腔体因膨胀而多出的电机油又排入保护器，保护器则先将井液排出，其中也会排出少量的电机油，直到电动机、保护器工作温度趋于稳定后，保护器停止呼吸、保护器的每次呼吸与电动机、保护器开停前后的温度成正比。,第21页保护器的呼吸过程 在使用时，保护器各级,第,22,页,6.,动力电缆,动力电缆是电机与地面控制系统相联系传送电力纽带和,测压,信号的通道，工作于油套管之间。分为小扁电缆、大扁电缆和圆电缆。按温度等级可以分为,90,、,120,、,150,等,3,个等级，,第22页6. 动力电缆动力电缆是电机与地面控制系统相联系传送,第,23,页,7.,单流阀,其作用主要是：保护足够高的回压，使得泵在启动后能很快在额定点工作；防止停泵以上流体回落引起机组反转脱扣；便于生产管柱验封。一般安装在泵出口,12,跟油管处，采用标准油管扣于上下油管连接。,第23页7. 单流阀其作用主要是：保护足够高的回压，使得泵在,第,24,页,8.,泄油阀,泄油阀一般安装在单流阀以上,12,跟油管处，它是检泵作业上提管柱时油管内流体的排放口，以减轻修井机符合和防止井液污染平台甲板和环境。,第24页8. 泄油阀泄油阀一般安装在单流阀以上12跟油管处,第,25,页,9.,辅助工具,扶正器,扶正器主要用于斜井，位于电机尾部，使电机居中，使得电机外部过流均匀，散热环境好，防止电机局部高温而损坏。,第25页9.辅助工具扶正器,第,26,页,二、地面系统组成及作用,电潜泵采油系统的地面部分由配电盘、变压器、控制柜或变频器。接线盒和采油树井口组成，。,1.,变压器,有两种变压器系统，一种是一台变压器对一台电潜泵供电的单一变压器，一种是一台变压器对多台电潜泵供电的公用变压器。,第26页二、地面系统组成及作用电潜泵采油系统的地面部分由配电,第,27,页,2.,控制柜,潜油泵控制柜是一种专门用于电潜泵启停、运行参数监测和电机保护的控制设备，分手动和自动两种方式。具有短路保护、三相过载保护、单相保护、欠载停机保护延时再启动。,第27页2.控制柜潜油泵控制柜是一种专门用于电潜泵启停、运行,第,28,页,3.,变频器,变频器是电潜泵采油系统的一种新型控制设备。用于电潜泵采油系统的变频器有两种，一种是恒压源的，一种是恒流源（常称,PWM,）的。恒流源变频器输出的电流特性比恒压源好。具有以下几大特点：,输出频率可在,30,90Hz,范围内连续变化，使得电机的转速,1700,5130r,min,内变化，泵排量变化范围是额定排量的,0.6,1.8,倍，扬程范围为,0.36,3.24,倍；,可以在,8,10Hz,频率下启动电机，达到恒转矩软启动的目的，启动电流只有额定电流的,1,1.5,倍，大大减少了电机启动时的电流和机械冲击，利于延长电机寿命；,第28页3.变频器变频器是电潜泵采油系统的一种新型控制设备。,第,29,页,辅助部分,接线盒,接线盒是电潜泵井下电缆与地面电缆之间的过渡连接装置，其作用是排放通过电缆保护套渗到地面的天然气，防止天然气沿电缆进人控制柜而发生爆炸。火灾等不安全事故；另一个作用是方便地面接线工作。它必须安放在通风良好、空气干燥的环境，必须具有防滴、防渗和气体排放等功能。,。,第29页辅助部分接线盒,第,30,页,电潜泵,洗井管汇,2,洗井管汇及流程,对于电潜泵井来说，检泵作业是必然的，必须配备压井和洗井作业设备和流程，要求管线压力等级必须满足洗井压力等级的需要，视油井深度和油层压力而定。,一般油田的洗井流程和管汇是固定的，为了节约投资，部分油田采用临时洗井管线。,第30页电潜泵洗井管汇2洗井管汇及流程一般油田的洗井流程和,第,31,页,5.,电潜泵故障诊断与排除,(1),电机及保护器故障诊断与处理,电机损坏分电气损坏、电机轴断和机械磨损等情况。电气损坏故障表现十分明显，通常是控制柜过载停机，电流卡片上的电流突然上升后又突然掉下来（如图）三相对地绝缘电阻为零，直阻很不平衡，只能通过检泵作业恢复生产。,电机电气损坏电流卡片,第31页 5.电潜泵故障诊断与排除 (1)电机及保护器,第,32,页,机械磨损故障表现为控制柜显示过载停机，机组电气性能良好，电流卡片（如图）显示为电流逐渐上升，停机冷却一段时间后又能重新开机生产运行较长时间，但每次的运行时间间隔逐渐缩短，可以等待适当时机进行检泵作业。电机机械磨损实际上是轴承磨损，与泵、保护器的轴承磨损一致，很难区分开来。,发生电机轴断故障时，通常表现为井口无产液，无油压，运行电流低于电机空载电流，电流卡片不光滑，控制柜显示欠载停机，机组电气性能检测时一切正常。,电机磨损电流卡片,第32页 机械磨损故障表现为控制柜显示过载停机,第,33,页,(2),电缆故障诊断与排除,当电缆发生故障时，一般表现为地面控制柜过载停机，有时配电盘也跳闸，电流卡片上的电流曲线突然上升，与电机电气损坏相似，进行机组电气性能检测时，三相对地绝缘电阻为零，电阻平衡。电缆损坏常有两种情况：一种是在井口或油管挂处损坏，表现为直阻不超过,l,，一种是远离井口，直阻为,2,3,（视井深而定），具体损坏处可以根据每米电缆的阻值进行测算得出。对于在井口损坏情况，可以采取重新接缆来解决；如果在采油树帽以下到几根油管处，可以采取上提油管重新接缆来处理；如果损坏深度较深，则必须检泵作业。,第33页(2)电缆故障诊断与排除当电缆发生故障时，一般表现为,第,34,页,(3),电泵故障诊断与处理,在油田现场实际生产中，电泵故障主要是叶轮磨损、断轴、窜轴、轴承磨损等现象。,泵叶轮磨损时表现为产量和油压逐渐降低，运行电流逐渐变小，电流卡片比较光滑（如图），也可能出现欠载停机，进行正挤憋压时压力很快升高。发生这种故障时可以继续生产以等待作业换泵。这种故障发生在机组连续运行时间很长、油井轻微出砂或井液有腐蚀情况。,泵轴断出现的几率很小，往往是由于油特别稠或油井出砂严重。,电泵叶轮磨损电流卡片,第34页(3)电泵故障诊断与处理在油田现场实际生产中，电泵故,第,35,页,对于新防砂完井后就下电泵生产的井，可能是由于完井作业后充填砂为冲洗干净所致，可以采取以下措施解决：上调过载设定值，停机进行反冲洗，调大油嘴。对于电泵试油勘探井，一方面可能是由于油井出砂引起，需要采取洗井和防砂处理后才能重新进行电潜泵试油；一方面可能是由于钻,/,完井的泥浆为冲洗干净，井液密度过大引起过载停机（如图），这时，可采取洗井措施后就可解决。,井液含有泥浆的电流卡片,第35页对于新防砂完井后就下电泵生产的井，可能是由于完井作业,第,36,页,(4),井液引起的故障与排除,井液引起的故障可能发生在井液含有砂泥等机械杂质井、电泵试油勘探井、新防砂完井下电泵生产的井中，表现是运行电流高，有波动（如图），当超过过载设定值时发生过载停机故障，油嘴还有堵塞的可能。,井液含有砂泥等机械杂质的电流卡片,第36页(4)井液引起的故障与排除井液引起的故障可能发生在井,第,37,页,(5),管气引起的故障诊断与排除,油井供液不足时，引起油井液面很低接近泵吸人口，套管环空内的气体进人电泵内导致欠载停泵（如图）。处理办法有几种：将套压控制在很低水平，并调低欠载设定值。采用间歇生产，在等待液面恢复后再开泵生产，可以采取人工方式，也可以实行控制柜自动启泵方式。在调低欠载设定值的同时，缩小油嘴。如果泵挂较浅，可以通过作业加深泵挂深度。检泵作业更换与油井相匹配的小泵。对油层进行酸化、压裂、有机解堵等增产措施。有的井还可以打开未开采层位生产，以补充液源。,油井供液不足的电流卡片,油井供液不足间抽时的电流卡片,第37页(5)管气引起的故障诊断与排除油井供液不足时，引起油,第,38,页,(6),管柱漏失判断与处理,当管柱发生漏失时，会出现油压下降，产量下降，对于新检泵作业的井产量达不到检泵作业前的产量，进行憋泵和正挤憋压试验时，油压起不来。,对于带有泄油阀管柱的井，往往是泄油销被砸断或冲蚀引起。发生这种情况时，只有检泵作业才能恢复生产。,对于“,Y”,管柱和带测压阀的井，可能是它们的堵塞器密封失效引起，可以通过更换堵塞器盘根来恢复生产。,(7),机组匹配不合理引起的故障判断与处理,如果电泵机组匹配不合理，也可能引起故障，一种是“大马拉小车”，一种是“小马拉大车”。“大马拉小车”时，一般不会引起事故，但当电机余量太大时，可能发生欠载。“小马拉大车”时，一般会出现运行电流高于额定电流，严重时会出现启动困难和机组烧毁现象。当出现这些情况时，只能等待适当时机进行检泵作业以更换合适的电泵机组。,第38页 (6)管柱漏失判断与处理,第,39,页,P,2,P,Wf,假设流压：,P2,P,wf,90,80,70,60 ,油流因沿程阻力,而消耗能量,油层,套管,油管,P,1,P,2,，即,P,WS,P,wf,（生产时）,式中：,P,ws,-,地层静压,P,wf,-,地层流压,炮眼,油井生产时地层能量损失,J,q,P,ws,p,wf,动液面,电泵机组总成,静液面,地层压力在流入井筒的过程中不断消耗能量，到达井筒时变为流压,P,wf,动力电缆,第39页 P2PWf假设流压： P2 Pwf ,第,40,页,保护器的作用,保护器主要是保护潜油电机的，最终目的是阻止井液进入潜油电机，避免烧毁潜油电机。保护器在潜油电泵机组中主要有以下四个作用：,（,1,）密封潜油电机轴的动力输出端，防止井液进入潜油电机。,（,2,）保护器的充油腔体与油井相连通，从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差。当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时，润滑油可通过保护器溢出；当潜油电机因停机温度下降时，保护器可向潜,.,油电机补充润滑油。,（,3,）内设一个推力轴承，承担作用在泵轴、分离器轴和保护器轴向下的轴向力。,（,4,）连接潜油电机轴与泵轴（或分离器轴），连接潜油电机壳体（或分离器壳体）。,第40页保护器的作用 保护器主要是保护潜油电机的,第,41,页,二、地面系统组成及作用,电潜泵采油系统的地面部分由配电盘、变压器、控制柜或变频器。接线盒和采油树井口组成，。,1.,变压器,有两种变压器系统，一种是一台变压器对一台电潜泵供电的单一变压器，一种是一台变压器对多台电潜泵供电的公用变压器。,第41页二、地面系统组成及作用电潜泵采油系统的地面部分由配电,第,42,页,电潜泵,洗井管汇,2,洗井管汇及流程,对于电潜泵井来说，检泵作业是必然的，必须配备压井和洗井作业设备和流程，要求管线压力等级必须满足洗井压力等级的需要，视油井深度和油层压力而定。,一般油田的洗井流程和管汇是固定的，为了节约投资，部分油田采用临时洗井管线。,第42页电潜泵洗井管汇2洗井管汇及流程一般油田的洗井流程和,第,43,页,(2),电缆故障诊断与排除,当电缆发生故障时，一般表现为地面控制柜过载停机，有时配电盘也跳闸，电流卡片上的电流曲线突然上升，与电机电气损坏相似，进行机组电气性能检测时，三相对地绝缘电阻为零，电阻平衡。电缆损坏常有两种情况：一种是在井口或油管挂处损坏，表现为直阻不超过,l,，一种是远离井口，直阻为,2,3,（视井深而定），具体损坏处可以根据每米电缆的阻值进行测算得出。对于在井口损坏情况，可以采取重新接缆来解决；如果在采油树帽以下到几根油管处，可以采取上提油管重新接缆来处理；如果损坏深度较深，则必须检泵作业。,第43页(2)电缆故障诊断与排除当电缆发生故障时，一般表现为,第,44,页,(3),电泵故障诊断与处理,在油田现场实际生产中，电泵故障主要是叶轮磨损、断轴、窜轴、轴承磨损等现象。,泵叶轮磨损时表现为产量和油压逐渐降低，运行电流逐渐变小，电流卡片比较光滑（如图），也可能出现欠载停机，进行正挤憋压时压力很快升高。发生这种故障时可以继续生产以等待作业换泵。这种故障发生在机组连续运行时间很长、油井轻微出砂或井液有腐蚀情况。,泵轴断出现的几率很小，往往是由于油特别稠或油井出砂严重。,电泵叶轮磨损电流卡片,第44页(3)电泵故障诊断与处理在油田现场实际生产中，电泵故,第,45,页,(4),井液引起的故障与排除,井液引起的故障可能发生在井液含有砂泥等机械杂质井、电泵试油勘探井、新防砂完井下电泵生产的井中，表现是运行电流高，有波动（如图），当超过过载设定值时发生过载停机故障，油嘴还有堵塞的可能。,井液含有砂泥等机械杂质的电流卡片,第45页(4)井液引起的故障与排除井液引起的故障可能发生在井,