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电潜泵采油的发展趋势

时间:2014-10-08 来源: 作者: TAG: 点击:
随着石油工业的发展,开采的油田种类越来越多,井下和地面环境也越来越复杂,受油价等因素影响,油田操作者要求油田操作成本不断降低,要求的电潜泵质量和适应的环境越来越严格,在近几年,电潜泵采油系统发展得非常快,下面就以下几个方面介绍其发展趋势。 (一)悬缆电潜泵 悬缆电潜泵主要用于无修井作业能力的海上小型采油平台、无人采油平台和比较偏远交通不便的陆上孤立井。其主要特点表现在检泵作业不需要修井机,通过电缆滚筒或连续油管收放机即可完成机组下放和回收,搬迁方便,作业费、搬迁费用低,一套收放系统可用于多个油田使用。悬缆电潜泵的电缆目前有两种方式,一种是电缆采用钢丝绳加强来提高其承载能力,起下泵时机组和井液产生的轴向载荷由钢丝绳承担;一种是由连续油管携送电缆和承受起下泵时的机组和井液产生的轴向载荷,电缆在油管内部,不怕挤压和腐蚀。悬缆电潜泵一般采取套管生产,即机组不再下人油管,由套管输送井液。电泵机组上接有卡瓦封隔器,正常生产时,封隔器坐封,卡瓦张开,机组、电缆、连续油管和井液载荷作用在封隔器上,同时封隔器可被作为井下安全设施使用。目前,美国 REDA和 BAKER HUGES都有生产,在现场已进行了多年试验。 (二)防砂电潜泵 部分处于防砂临界点的油井在没有防砂的情况下,随着油井生产的进行,含水上升、地层压力下降和生产压差的增大,油层胶结能力减弱,导致地层有一定的出砂。如果防砂,可能效益较差;如果不防砂,将影响电潜泵机组的寿命,经济也不合算。也有一部分并会出现防砂失败,或者由于地层砂分选度不均匀,筛管选择不合理,防住了粗砂未防住细砂。同时,随着目前稠油冷采技术的应用,油井毫无疑问会生产出砂。为了解决这样的问题,国内外几大公司都在竞相研制适合于出砂井的电潜泵。影响电潜泵寿命的砂粒主要是细砂和细粉砂,它们很容易进人泵轴承和叶导轮的缝隙,磨损轴承、叶导轮和泵轴。目前,美国REDA和BAKER HUGHES公司的进展比较快,现场应用效果较好。REDA公司生产的 ARZ、ARZ—ZS、ARZ一SS防砂电泵平均运行寿命可达600天以上,其防砂措施主要是采用耐磨轴承、轴和叶导轮以提高其表面硬度和采取压紧式叶导轮结构阻止细砂进人缝隙。ARZ耐磨轴承材料主要是氧化铝,通过烧结工艺制成,适用于普通出砂井;ARZ—ZS采用的是氧化铝和硅碳钢,适用于出砂较严重的井;ARZ—SS采用的是氧化铝和双硅碳钢,适用于出砂相当严重的井。耐磨轴和叶导轮材料主要是镍铬合金,REDA的Ni—Resist 1型采用的合金配方是:Ni15%Cu6%Cr2%Si2%,金相组织结构为奥氏体,硬度可达 120~160Br;REDA5530(Ni—Resist 4—D型),采取调质处理,合金配方是:Ni30%Cr5%St5%Mo2%,硬度高达180~220Br。另一种轴和叶导轮采用的是表面涂层结构,涂层有两种方式,一是软涂层,涂层材料是Teflon;一是硬涂层,材料是钨碳钢或铬碳钢。 (三)高温电潜泵 高温电潜泵主要是适应深井、超深井和蒸汽驱、蒸汽吞吐和火烧油层等稠油开采工艺及地热利用而发展起来的。关键材料是电机和电缆的绝缘材料、保护器的胶囊及其它密封元件,要求耐温等级高。目前,在国外(美国),适用于120℃、150℃井温的机组已成为常规机组,已投入正式批量生产。REDA公司的HOTLINE系统的电机最高耐温可达288℃(550℉),电缆最高温度可达232℃(450℉),使用寿命最高已达400天以上。 (四)高粘液电潜泵 随着稠油油田大规模的开采和聚合物驱采油的发展及大强度、高速度采油的要求,对适合高粘度井液抽排的高效率电潜泵要求日益强烈,国外几家大的电潜泵制造公司和国内的部分厂家都在进行这方面的研究。国外起步较早,国内则刚刚起步。芦台精密铸造厂在辽河油田、渤海油田得到了应用,使用效果很好,泵的机械效率和排量效率都得到了较大提高,电机功率较普通机组要小。大庆电泵公司刚进行用于抽排聚合物驱油田生产井液的电潜泵研究。REDA公司生产的稠油泵在渤海公司也应用了几台,同样排量扬程的电潜泵,所配的电机功率要比国内厂家生产的要小得多,约小10kw左右,运转状况也非常良好,寿命比较长。芦台精密铸造厂生产的大流道电潜泵有 60m3/d、100 m3/d、150 m3/d三种泵型,扬程按用户要求组装;与普通泵相比,排量同样为 100 m3/d的大流道电泵的流道高出 2.76mm,单级扬程高0.8mm。适合于高粘液的电泵主要是在叶导轮的结构和流道表面进行改进提高,叶导轮的流线形状、人口角和排口角与普通电潜泵有较大的区别,流道表面采用液体或振动抛光处理,具体结构视流体性质(主要是粘度)而采用计算机进行仿真模拟和计算设计。 (五)井下油水分离系统 随着生产和社会的需要,美国 REDA、BAKER HUGHES等一些厂家生产出了一种井下油水分离系统用于井下油水分离,将地层产出的大部分水从油水混合物中分离出来并经电泵加压回注人油层或其它污水排放层。一方面减少了油田的地面处理量,减少了地面设备和化学药剂费用;一方面减少了污水排放量,保护了环境;一方面做到了一井多用,既可作为生产井,也可作为注水井,还可作为排污井,大大节约了建井成本;同时有助于提高油田采收率,延长油田经济寿命,还可以节省能源。REDA公司开发的AQWANOT系统适用于原油重度大于 20%API、含水大于 80%的油井,可以保证地层产液的 10%~30%被举升到地面,其地面含水不超过 50%,但回注部分所含的机械杂质可能有损地层。目前有两种基本系统,一种是单泵系统,一种是双泵系统。其利用的是水力旋流器原理将油水分离,可用于5in。7 in和9in套管油井系统,采出液量分别可达150~520 bbl/d、150~2000 bbl/d和 500~6000 bbl/d,回注液分别可达 1000~4000 bbl/d、2000~10000 bbl/d 和 5000~20000bbl/d。可用于高含水油井和排水采气井。 (六)高气油比电潜泵 进人电潜泵内的游离气对电潜泵的性能和寿命影响很大,进泵游离气越多泵性能越差,严重时发生气锁,使得泵不能正常运行,出现频繁的欠载停泵而影响油井产能的正常发挥和油井产量,同时,频繁的启停会大大地缩短机组寿命。随着深井和高气油比油田的开发,这一问题日趋明显。目前,有的厂家采用双节分离器来进行气体的充分分离以达到电潜泵平稳运转的目的,但是这却浪费了天然气的举升能力。目前,美国REDA公司研制出一种叫做AGH(Advanced GasHandler)的气体处理装置,它将游离气压缩处理后与液体一起送人泵内,而不是排人油套环空。这样,一方面充分利用了气体的举升能力,减少了泵的扬程和电机功率,节省了电量和电费,同时提高了油井产量,维持电潜泵连续运行;一方面提高了油井的安全性。其原理是:通过AGH将油气水混合物均化、减小气泡尺寸、将游离气溶入油中和使气体混人液流中。人泵气液比可达 48%,处理效率达 99%,在文莱的 250口井中,使用旋转气体分离器时经常发生气锁,在使用AGH后未再发现一口井出现气锁现象。图4—5—l是电潜泵在旋转气体分离器和AGH的作用下的电流卡片。可用于高气液比油井和排液采气井。 (七)电潜泵地面控制系统 电潜泵地面控制系统是提高井下电潜泵机组运行寿命的重要设备和保证,各个生产厂家对其不断地发和完善。随着电子工业的发展和人们对电机工作特点的深人认识,目前在以下几个方面取得了重要进展和成果。 1.PWM变频器研制成功,并投入工业生产和应用 PWM变频器是一种电流型变频器,在国外得到了广泛的使用,渤海公司也使用了几台。与以前的电压型变频器相比,它具有许多优点:电流波形非常近似于正弦波形,高次谐波非常少,对电机、变压器和电缆损伤小,沿程损耗也小;可以采用高进高出的方式供电和输出方式,可以节省变压器,从而达到节约平台空间和建造费用;变频器对电机采取矢量和模糊控制,自动监测井下机组的电气性能和结构参数,根据电机的特点和运行情况确定启动参数和保护参数;可以实现电机恒转矩和平方转矩启动。 2.遥控遥测系统得到广泛应用 随着海上无人平台的采用、偏远井的开发和办公自动化程度的提高,遥控遥测技术在国外电潜泵采油系统中得到了运用,新疆塔里木油田和胜利海上和偏远井也有使用。利用该系统,油田管理者可以坐在基地办公室就可以对油井进行监测、工况分析和启泵停泵等工作,不再需要到现场操作和巡视。 3.多功能PCC得到应用 PCC是电潜泵控制系统的大脑指挥中心和控制中心,其功能的多少和可靠性是判别其优劣的标志,对机组运行寿命有很大的影响。功能越多越强大,PCC越好,机组长久运行越有保证。目前,PCC朝着模糊控制、数据储存、控制柜故障自检、数据遥传等方面发展。 4.井下机组电气性能自动监测 为了提高PCC的保护性能和可靠性,延长机组寿命,防止机组严重损坏,国内外有的生产厂家以研制出井下机组对地绝缘和直流电阻自动监测系统,并在现场得到应用。 (八)电潜泵油井测试系统 油井测试是油田操作者的眼睛,是油藏分析管理和掌握井下电泵机组运行状况的重要手段。在前几年,人们采用了PSI、PHD、ODH等电子测压测温系统和测压阀、“Y”管柱等机械测试工具和手段。随着电子和材料工业的迅猛发展,在1995年,美国和加拿大研制出了一种井下测试系统。该系统分地面和地下两部分,地下部分每口井单独使用,地面部分为公用。系统的工作原理类似于人们使用的通讯工具——手机,采用无线电波传递信号。井下部分为高温耐蚀元件,具有温度、压力、流量、密度等感应测试功能,并将测得温度、压力、流量、密度参数调制成无线电波信号,以无线电波形式传递到地面接收装置。地面部分将接收到的信号解调还原得到温度、压力、流量、密度等资料,并具有显示、储存和远传功能。 (九)防腐电潜泵 防腐电潜泵主要是适应含H2S、CO2的油井开发的。关键材料是电机、泵、分离器、保护器、电缆插头等关键部件具有抗腐蚀能力。美国几家公司生产的防腐电潜泵对H2S、CO2含量一般不很高的井使用情况较好,已投入了商业生产。