电潜泵在海洋石油人工举升中的应用.pdf

4 6 一 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 O 1 3 年第1 6 卷 电潜泵在海洋石油人工举升中的应用 张伟娜 海洋石油工程股份 有限公司 ，天津 3 0 0 4 5 1 [ 摘 要】 电潜泵 E S P 采油工艺具有排量大、功率高、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、自动化程度高、经 济效益显著等特点，广泛应用于海洋石油开采中。本文重点介绍了电潜泵的结构原理、监测系统及其故障的解决。 [ 关键词]海洋石油；人工举升；电潜泵；i T - 艺应用 与 陆地 油 田相 比，开采 海上 石油 具 有投 资 高 、采油速度快 的特 点。受海洋气候和平 台寿命 的影响，高效开采石油是海洋石油开采的核心技 术 。在海上常规通过增压、二次和三次采油等方 法延长整个 油田的开采寿命，因此注水开采的油 田往往排 出大量 的水 ，需要采用人工举升手段 以 维持海上油井生产的经济性。 1人工举 升方法 在 油气 田开采 中，因液状石油较重，在上千 米至几千米 的井筒中造成较大 的压力 ，使地层 中 的石油无法流至地面。如果人为地将气体压入井 筒 ，使井筒 中的液体 混气后变轻 ，原油则比较容 易喷至地面 。气举采 油是依据从地面注入井 内高 压气体与油层产生流体，在井筒 中进行混合 ，气 体产生膨胀使井筒中的混合液密度降低 ，将流入 - - 嚣 一 壤 。 t l l_ h _ I 0l 蔷 巍I I 鬻 油井案鎏蔓攀辩 ． 。 - 一 I_ j 潞瞽 趣缝} - 痴 l 捧潍_舫耱卷 一 I 1 | ． | l ■_ 2 。 溅赣螨掀 -* 图1 自喷油井和需要人工举升的油井 到井 内的原油举升到地面的一种采油方式。 当地层 能量足够维持将井液举升到地 面时， 产量可通过 向井流动动态曲线 I P R和油管入 口 曲线进行估算 ，其 中必须考虑油管尺寸、井液特 性 以及温度 的影响 。这两条关系 曲线的交点决定 了预计的产量。当油管入口曲线位于I P R 之上时， 地层没有足够的能量，需要使用人工举升方法。 图2 人工举升的常用方式 五种常用 的人工举升方式为 有杆泵、螺杆 泵 、气举 、水力泵和 电潜泵 。最 常用 的人工举升 方式是使用有杆泵。有杆泵操作简单，比其他人 工举升方式成本低 ，但效率和排量都较低 ，特别 是在高气液 比通过小直径油管生产的深井 中尤其 作者简介张伟娜 1 9 8 1 --， 女，河北石家庄人， 硕士，工程 师。从事海洋石油仪表控制系统设计研 究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6 期 张伟娜 电潜泵在海洋石油人工举升中的应用 一 4 7一 如此 。另一种举 升方式 为使用螺杆泵 ，螺杆泵成 本较低 ，可靠 性高，受地层 出砂和 结垢 的影响较 小 ，且容积效 率高于有杆泵 。在有气源和压缩机 系统 的情况下 ，通常采用气举方法 ，因为该方法 灵 活性强 ，易于调节，并且 可以方便地通 过钢丝 作业更换井下 设备 。气举系统不受 出砂 的影 响， 在高气／ 油 比和大斜度井 中使用较为理想。但 随着 地层压力逐渐 降低至弃井 时的压力 ，这些优 点不 再显现 ，在油 田生产末期就需要使用其他人工举 升方法。 目前 应 用广 泛 的人 工 举升 方 式 为使 用 电潜 泵 。本文将介绍 电潜泵 的工作原理 、结构 、监测 系统及电潜泵故障原因分析。 2电潜泵采油工艺 2 ． 1工作原理 电潜泵全称 电动潜 油离 心泵，简称 电潜泵 ， 是将 电动机和多级离心泵一起下入油井液面 以下 进行抽油的举升设备 。其工作原理是地面通过变 压器、控制屏和 电缆将 电能 输送给井 下电机 ，电机带动 多级离心泵叶轮旋转 ，将 电 能转换为机械 能，将井液举 升到地面。电潜泵广泛应用 于非 自喷高产井 、高含 水井 和海上油井 。 2 ． 2电潜泵结构特点 电潜泵系统包括 电机 、 保护器、泵、吸入 口、动力 电缆 、气体处理装置和井下 传感器 。地面设备包括泵控 制设备 变频器等 、数据 传输箱和电源等。 电潜泵 f t 相感应 电机 驱动 ，⋯地 ⋯电源供 电。电 源可 以I J ，从而根据油藏 一 强跫臻琏 嚣 图3 电潜泵结构 图 条什 I，门变化对泵 的性能进行微调 。泵 内每级离心 泵 } { j 旋转 叶轮和 固定 的导壳组成 ，旋转叶轮周 围 的流体通过轴 向和径 向流动 ，形成一个螺旋形 的 上升运动进入高一级的泵级中 ，最后进入油管 。 固定的导壳结构将井下的流 体动能转化为势能一 压力。 动力 电缆将 地 面上 的 电能通 过 由铠 装 保护 且外层 绝缘的 电缆传到井下。 电缆一般 为圆形 ， 但在泵和保护器 的位置处 ，可将 电缆设计为扁平 形 。 井 下 监测 设 备包 括漏 电传 感器 、压 力传 感 器 、温度和压力感器 以及 电机和泵振动传感器 ， 信 号通过动力 电缆传递到地面 的远程控制 单元 ， 对井下压力 、温度 、振动、 电流和 电压进行连续 采样 。传感器的测量参数可设置为在给定 的阈值 打开开关 ，当测量值发生变 动时，关 闭电机 ，以 保护 电机 ，免遭破坏。 电机保护器把 电机和泵连接在一起 ，支撑 电 潜泵产生 的上冲力或下冲力，避 免井液进入 电机 并储备足够的 电机油 ，平衡 电机和 油井 的内外压 力 ，提供流体来调节机油的热膨胀或收缩。 井液 自泵 的吸入 口流入泵 中且作为井下液体 吸入的一部分。 气体 处理装 置为一种 多相 、轴 向的仪器 ，可 将井液倒流或产生离心运动把 部分 自由气体从泵 吸入 口前分离到环空中，用来处理泵中达7 5 ％的 自 由气 。当气体可排放到套管时 ，该装置应 安装在 气体分离器 的上方 ；如果产 出气必须流经泵 ，此 装置应安装在标准入 口的上面 。 3井下监测 系统 在 油井采 油时，要对 电潜泵 的设定值进行监 测和 调整 ，确保举升系统 的效率达到最高。电潜 泵 的监控系统提供有价值 的信息 ，监控 系统 可每 隔一分钟监测一次泵和井的动态 ，一天2 4 d 时连 续工作 ，根据监测到 的信息提供油藏 的动态 ，确 定提高油藏生产率的方法 。 人工智能举 升监测系统可 辅助电潜泵作业 ， 连 续获 取 泵 的吸入 口压 力和 排 出 口压 力 ，吸入 口、电机和排 出口温度 ，振动和泄漏 电流等一系 列 数据 ，通 过 保护 电气 系统 不受 超高 泵温 的影 响 ，保护泵不受 闭合 阀关 闭的影响，保护泵不受 高温入 口再循环和高产出液温度造成过热 的影 响，保护 电机不受低流量条件 、高 电机负载和冷 却不 良引起高温 的影 响等监控 电潜泵的性 能，通 过监测系统及 时发现 电潜泵运行 中的一系列 问题 并及时调整生产措施，对生产井进行主动干预。 4电潜泵的故障及解决方法 目前 ，电潜泵技术广泛应用于海洋油 田开发 中，随着应用技术 的不断成熟 ，电潜泵技术在不 断改进 ，但 以下几方面仍是影响 电潜泵效率 的主 要 问题 0 嚣 护 礁 瓣 、 舞 雹 ● ． ● 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 ] 3 ； g 第 1 6 卷 1 地 层 的高温 环境 。电潜 泵依靠产 出液 的运动给 电机散热 ，这一要求将电潜泵 的内部工 作温度 限制在2 0 0 C左右 。随着天然气处理 内部组 件材料 的发展 ，利用陶瓷 、冶金和合成橡胶等材 质可 以拓宽 电潜泵的工作温度范围。另一方面 ， 深井 中井下温度高，严重影响潜油 电机 的绝缘和 密封特性 ，最终可导致 电机失效 。高温绝缘系统 和密封技术 已使 电潜泵的耐温 能力提高 lJ 4 5 0 * F以 上 。 2 运动中的磨损程度 。电潜泵在井下作业 时，径 向轴承 的磨损将缩短 电潜泵 电机和保护器 的寿命 ，现有系统 中径向轴承增加 了在 自动润滑 衬套中运行的轴套 。 3 振动对泵使用寿命的影响。当电机轴振 动时 ，加大 了对轴周围密封垫的磨损 ，最终造成 油井中的产 出液泄漏到保护器 中。井简 中的流体 从保护器渗透过轴封 ，并渗透到 电机，污染 电机 油，改变 电机介 电、水力和润滑性质，导致 电机 失效。由于保护器顶部轴承受泵吸入 口振动及产 出液磨蚀 的影 响，在改进 中使用 了氧化锆轴承 ， 以加大抗磨性。 4 井下泥浆的影响。电潜泵运行过程中， 经 常遭遇泥浆的阻挡而停止工作 。井下泥浆 除砂 器可清除砂岩井中地层流体 中的砂岩，将砂岩 留 在井下，防止其进入电潜泵，以减少损害。 5 系统设 计和操作 失误导致 的故障 。人 工举升方案在设计阶段缺乏对油井流入特 性的模 拟 ， 电潜泵无法在优化区域 工作 ，从而造成 电潜 泵选择过大或过小 。当电潜泵选择过大时，可能 发生 电泵井抽空，导致 电潜泵 自动停机并关机 ， 致使地层流体重新流入井筒 。这～关停开机过程 的重复对 电潜泵机组造成较大的损害，最终可能 导致机 组故 障 。变速 驱动装 置通 过调节 电机 转 速 ，提供不 同泵的优化流量 ，灵活地适应 电潜泵 的耗 电及发热 ，解 决了这一 问题 。与固定速度 的 电机相 比，配备变速 驱动装置的电潜泵可提供宽 范围的泵量 ，对 电机速度和转矩进行微调 ，当井 况发生变化时，无需更换泵，进而缩短 了停机时 间降低生产成本。 5小结 在海上石 油开采 中，电潜泵 的广泛应用及其 技术 的进一步提升可优化油 田的生产管理 。应用 电潜泵 的监控技术有助 于原油开采，并在保证油 井、油藏和油 田正常生产 中起到关键作用 。随着 老油 田以及边远油 田的进一步开发， 电潜泵 的应 用将为海上油田增产发挥更大潜力 。 ◆参考文献 [ 1 ] 郑俊德，张仲宏． 国外电泵采油技术新进展[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 7 ，3 0 1 6 8 7 1 ． [ 2 】 刘竟成，李颖川，陈征等． 电潜泵 E S P 采油技术新进展， S c i e n c e ＆ T e c h n o l o g y I n f o r ma t i o n ， 2 0 0 8 ， 1 3 ， 5 5 ． [ 3 ] B r e mme r C ， H a r r i s G Ko s ma l a A， 电潜泵技术新进展，油田 新技术，2 0 0 6 ／ 2 0 0 7 冬季刊3 0 - 4 3 ． 『 4 】 R o n B a t e s ， C h a r l i e C o s a d a n d S t e v e H u d s o n ， 电潜泵监控技 术 ，油田新技术 ，2 0 0 4 年夏刊 l 6 2 5 ． 【 5 】 谢巍，李鑫，敬蜀蓉等，海上采油平台电潜泵 “ 一变多 控”系统[ J ] ． 测控自动化，2 0 0 5 ， 3 4 5 ． 4 7 ． 上接4 3 页 等参数； 5 参照钢桩上的标记确定小车的行走 距离 ， 待小车行走3 6 0 。以后需要继续行走1 0 。左右 ，以 确保切割完整。 此次切割 的压力 为5 0 0 0 p s i ，击 穿时间为 1 3 mi n ，每根钢桩的平均切割时间为3 ． 5 h 。 3总结 根据 国内外环保法规要求 ，当油 田达到经济 开采极 限时 ，必须对这些海上设施进行弃置 。截 至2 0 1 0 年 中国海 油有 1 0 个油 田达 到服役期，共有 1 1 座导管架需进行拆除 ，水下切割是拆除的关键 措施之一。 本文 以渤 中2 5 1 油 田单点钢桩切割为例 ，介 绍 了高压水研 磨料外切割方法，该方法属于冷切 割 ，使用介质为天然铜矿砂 ，具有安全环保、效 率高 、使用范围广等优点 ，是今后切割水下结构 物的主要手段之一。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m