冷德富

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江大慶163113)

聚驅(qū)寬流道潛油電泵的研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

冷德富

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江大慶163113)

在薩北油田潛油電泵是水驅(qū)階段機(jī)械采油的重要工具,隨著電泵井含聚濃度上升,生產(chǎn)情況也發(fā)生了變化,出現(xiàn)機(jī)組產(chǎn)液量和排量效率下降、滑脫系數(shù)增大等現(xiàn)象。為此,在深入認(rèn)識(shí)聚驅(qū)采出液和寬流道潛油電泵工藝技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,發(fā)展和完善了潛油電泵采油工藝技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,寬流道潛油電泵能滿足聚合物驅(qū)階段采出液的抽吸要求。

潛油電泵;排量效率;滑脫系數(shù);寬流道潛油電泵

電動(dòng)潛油離心泵簡(jiǎn)稱電潛泵或電泵,是將電動(dòng)機(jī)和多級(jí)離心泵一起下入油井液面以下進(jìn)行抽油的舉升設(shè)備[1]。聚合物驅(qū)電泵井應(yīng)用情況表明,隨著聚合物注入體積的增加,產(chǎn)液指數(shù)下降,油井采出液性質(zhì)與水驅(qū)相比有較大差異,電泵排量效率隨采出液中含聚合物濃度增加而降低,功耗增大。因此,我們對(duì)電泵井見聚濃度與排量效率的關(guān)系進(jìn)行了分析,制定相應(yīng)的措施,以減少產(chǎn)量損失[2]。

1 潛油電泵應(yīng)用存在問題及原因分析

薩北油田聚驅(qū)采出井占總井?dāng)?shù)的16.5%,因此,電泵采油在聚驅(qū)采油工藝中具有重要的地位。隨著見聚濃度的上升,潛油電泵應(yīng)用存在一些問題,對(duì)這些問題進(jìn)行分析認(rèn)為,主要包括以下幾個(gè)方面。

(1)生產(chǎn)情況發(fā)生變化。隨采出液中聚合物濃度的上升,機(jī)組產(chǎn)液量和排量效率呈下降趨勢(shì)。主要由于注入井在注入過(guò)程中,增加了注入水的粘度,使油層對(duì)聚合物吸附捕集而引起滲透率下降,導(dǎo)致壓力傳導(dǎo)能力變差,電泵井產(chǎn)液能力下降。

(2)滑脫系數(shù)增大,導(dǎo)致排量效率下降。由于聚丙烯酞胺分子的螺旋結(jié)構(gòu),聚合物在流動(dòng)可具有部分彈性,其彈性變形符合虎克定律,呈線性粘彈性行為。由于聚合物這種彈性性能,在流動(dòng)過(guò)程中具有一定的滑脫效應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致電泵排量效率下降。

(3)井液粘度增加,導(dǎo)致排量效率下降。首先,聚驅(qū)電泵井由于井液物性的變化,粘度增加,分離出的氣體運(yùn)動(dòng)阻力增加,粘度達(dá)到一定值后,氣體或泡沫將不上浮,造成油氣分離器內(nèi)氣液比過(guò)高,機(jī)組不能工作于排量—揚(yáng)程曲線上,造成排量效率下降的局面。其次,抽轉(zhuǎn)或電泵井換大泵生產(chǎn)后,改善了采出井沉沒度較高的生產(chǎn)狀況,但是仍然有部分電泵井沉沒度值較高,而且在聚驅(qū)見聚濃度高的電泵井上尤其明顯[3]。

(4)見聚濃度上升導(dǎo)致葉輪腐蝕,漏失率增加。隨著電泵井見聚濃度升高,電泵井的部件腐蝕加劇,導(dǎo)致電泵井漏失。聚合物對(duì)電泵井的葉輪有較強(qiáng)的腐蝕作用,見聚濃度不同,對(duì)電泵井葉輪的腐蝕程度也不同,從而導(dǎo)致電泵井不同程度地存在漏失。

針對(duì)上述存在的問題,對(duì)電泵井的檢泵周期縮短、排量效率下降和能耗較大的問題進(jìn)行分析,并開展了聚驅(qū)寬流道潛油電泵的技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2 寬流道電泵的結(jié)構(gòu)與技術(shù)原理

2.1 寬流道電泵的結(jié)構(gòu)組成

聚驅(qū)寬流道潛油電泵有七個(gè)部分組成:潛油電機(jī)、保護(hù)器、分離器、潛油泵、潛油電纜、控制柜和變壓器。與其配套使用的還有小扁電纜護(hù)罩、電纜卡子、單流閥、泄油閥等。

2.2 寬流道電泵的技術(shù)原理

潛油泵實(shí)際使用中的排量降低,是因?yàn)榫酆衔锔淖兞司阂后w的性質(zhì),在同樣的幾何尺寸和工況條件下,聚合物液體與普通井液相比,單位時(shí)間的過(guò)流量減少,所以與普通潛油電泵相比,葉導(dǎo)輪幾何尺寸要求改變?cè)O(shè)計(jì),設(shè)計(jì)寬流道結(jié)構(gòu)的葉導(dǎo)輪。該套100m3/d機(jī)組的流道與普通200m3/d機(jī)組相似,很大程度上提高了過(guò)流能力,主要技術(shù)包括以下幾點(diǎn)。

(1)拓寬流道的葉導(dǎo)輪。普通葉導(dǎo)輪的通流面積是針對(duì)清水性質(zhì)、粘度較低的液體而開發(fā)設(shè)計(jì)的,過(guò)流面積小,達(dá)到設(shè)計(jì)需要的流量時(shí),軸面流速較大[4]。對(duì)于含有聚合物井液的這樣非牛頓液體,由于與流道邊界阻滯作用大、液體之間的牽扯作用強(qiáng)、速度梯度變化會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)摩擦應(yīng)力,并且長(zhǎng)分子鏈也不利于液體在泵內(nèi)流動(dòng),所以葉導(dǎo)輪在相同轉(zhuǎn)速下軸流速降低,葉導(dǎo)輪抽吸量降低使聚合物葉導(dǎo)輪達(dá)到相同的流量,需對(duì)聚合物葉輪進(jìn)行大流道的設(shè)計(jì),與普通的葉導(dǎo)輪相比,其流道面積平均增加50%左右。聚合物葉導(dǎo)輪不僅增加了流道面積,也增加了有功功率,降低了無(wú)功功率,提高了泵效,同時(shí)也拓寬了葉導(dǎo)輪的高效區(qū)。

(2)葉導(dǎo)輪表面采用涂層處理技術(shù)。在設(shè)計(jì)新型的大流道葉導(dǎo)輪基礎(chǔ)上,對(duì)葉導(dǎo)輪表面進(jìn)行了表面涂層處理,以降低摩擦、減少流道邊界阻滯力,同時(shí)減少了在聚合物井液中葉導(dǎo)輪的結(jié)垢,并且表面涂層具有橫向的紋理結(jié)構(gòu),可以增加對(duì)液體的推動(dòng)作用。

(3)提高了對(duì)液體的吸入能力。潛油電泵的吸入能力是由泵的吸入口壓力和吸入口的過(guò)流能力決定的。在聚合物吸入口的設(shè)計(jì)中,著重改善吸入口的過(guò)流能力。首先在保證吸入口強(qiáng)度的情況下增加吸入口的過(guò)流面積,其同等型號(hào)的吸入口相比,過(guò)流面積增加了2 119.5mm2,達(dá)到了4 000mm2。其次是改變了吸入口的流動(dòng)方向,使液流流向與軸向夾角由通常的69.6°降低為的45°,減少吸入液體與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的沖擊損失,同時(shí)減少了液體流動(dòng)轉(zhuǎn)角,使的聚合物液體的吸入過(guò)程阻力損失降低。那么在同樣的吸入口壓力下,聚合物泵與普通泵相比,吸入部分的過(guò)流能力獲得了增加。

(4)增強(qiáng)聚合物泵軸的承載功率。與水驅(qū)相比,抽吸含聚合物的高含水井液,在同樣的揚(yáng)程和流量下,潛油泵消耗的軸功率增強(qiáng),普通潛油電泵排量為50～425m3/d,泵的軸徑為φ17.4mm,而聚合物泵從排量250m3/d開始,泵的軸徑設(shè)計(jì)為φ22.2mm,承載的軸功率增加了30%,保證了實(shí)際使用的需要。

3 室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)

室內(nèi)試驗(yàn)表明:寬流道抽聚電泵比較適合抽汲含聚粘稠液體,在抽汲含聚液體時(shí),單級(jí)揚(yáng)程增加0.2m,排量效率提高5.1個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí),對(duì)薩北油田聚驅(qū)10口井排量效率隨含聚濃度變化的情況進(jìn)行了試驗(yàn)和分析,結(jié)果表明,當(dāng)含聚濃度小于300 mg/L時(shí),平均排量效率為89.9%;當(dāng)含聚濃度在300～500mg/L時(shí),平均排量效率62.1%;當(dāng)含聚濃度大于500mg/L時(shí),平均排量效率60.1%。

由分析結(jié)果可以看出:采出液含聚濃度超過(guò)300mg/L時(shí),對(duì)電泵井排量效率影響很大,隨著含聚濃度升高,排量效率呈下降趨勢(shì)。因此,對(duì)于檢、換泵的電泵井,當(dāng)采出液含聚濃度高于300mg/L時(shí),均下入大流道抽聚電泵,以減小混合粘度對(duì)機(jī)組的影響,提高排液能力,從而提高了泵的排量效率。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

聚驅(qū)井共應(yīng)用寬流道電泵23口井,對(duì)比10口井換泵前后生產(chǎn)情況可以看出,排量效率由93.1%提高到101.08%,提高了8.7個(gè)百分點(diǎn)。以3-D4-P56井為例。該井原來(lái)下普通電泵,檢泵下寬流道電泵后,初期排量效率由85.8%提高到97.3%,提高了11.5個(gè)百分點(diǎn);液面由516m下降到602 m。目前排量效率為92.9%,與措施前相比仍提高了7.1個(gè)百分點(diǎn);液面已降至682m(表1)。

通過(guò)寬流道電泵應(yīng)用情況,我們分析出排量效率增加值隨產(chǎn)出液聚合物濃度變化關(guān)系。寬流道電泵與普通機(jī)組相比,隨著聚合物濃度的增加,寬流道電泵排量效率明顯高于普通電泵排量效率,且聚合物濃度達(dá)到300mg/L,排量效率增加幅度開始增大,聚合物濃度達(dá)到800mg/L以后,排量效率增加值呈下降趨勢(shì)。

4 取得的認(rèn)識(shí)

(1)寬流道電泵具有了適應(yīng)聚驅(qū)高粘度液體的潛油電泵葉導(dǎo)輪,減少了滑脫損失,提高了離心泵的攜液能力。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中,取得了顯著效果,排量效率較普通離心泵提高9個(gè)百分點(diǎn)以上。

(2)聚驅(qū)寬流道電泵能夠在一定程度上延長(zhǎng)電泵井的檢泵周期、提高排量效率和降低能耗。

(3)在聚驅(qū)生產(chǎn)階段,寬流道電泵是改善電泵機(jī)組工作條件的有效方法之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。

(4)隨著聚合物濃度的增加,寬流道電泵排量效率明顯高于普通電泵排量效率,且聚合物濃度達(dá)到300mg/L,排量效率增加幅度開始增大,聚合物濃度達(dá)到800mg/L以后,排量效率增加值呈下降趨勢(shì)。

表1 應(yīng)用寬流道電泵井生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)

[1]梅思杰,邵永實(shí),劉軍,等.潛油電泵技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:93-134

[2]趙春民,工則賓.潛油電泵系統(tǒng)的能耗分析[J].油田地面工程,2005,24(4):33-34

[3]石在紅,李波,崔斌,等.電潛泵井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析[J].石油學(xué)報(bào),2003,24(1):100-104

[4]張玉斌,于海春.潛油電泵機(jī)組可靠性研究[J].石油學(xué)報(bào),2003,24(4):103-107

編輯:李金華

TE833

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1673-8217(2010)01-0110-03

2009-07-29

冷德富,1979年生,2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油氣田開發(fā)工程專業(yè),現(xiàn)從事聚驅(qū)機(jī)采井動(dòng)態(tài)分析工作。