胡相嵩，鄒俊松，紀(jì)艷娟，董 燕

（1.江蘇石油勘探局礦業(yè)開發(fā)總公司，江蘇揚(yáng)州 225009；2.湖北長(zhǎng)江大學(xué)，湖北武漢 430100；3.江蘇油田工程院，江蘇揚(yáng)州 225009；4.江蘇新源礦業(yè)有限責(zé)任公司，江蘇淮安 223001）

JS油田存在部分地勢(shì)低洼、儲(chǔ)量規(guī)模小、區(qū)塊零散的油區(qū)，注采井網(wǎng)不完善或有采無注，長(zhǎng)期降壓開采使地層能量得不到有效補(bǔ)充，采用常規(guī)注水工藝地面流程鋪設(shè)不便，投資巨大，給油田開發(fā)帶來了較大難度。劉衛(wèi)紅、李鷹峰等人曾提出用電泵機(jī)組作為注水設(shè)備實(shí)現(xiàn)區(qū)塊注水的方案。根據(jù)注、采水層的上下對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)有的同井采水注水工藝分為“采下注上”和“采上注下”兩種。采水層位于注水層上部情況時(shí)使用“采上注下”工藝，采水層位于注水層下部時(shí)采用“采下注上”工藝。根據(jù)JS油田目標(biāo)注水層位置，開展了采下注上工藝研究與試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)零散區(qū)塊同井采水注水功能。

1 采下注上注水工藝原理

圖1 潛油電泵采下注上工藝原理

采下注上工藝在采出層位于注水層下部情況下使用。其原理是將采出層的水經(jīng)井下電泵增壓后注入到位于采出層的上部注水層中，其管柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：（1）電機(jī)為下端輸出扭矩；（2）電機(jī)上端為正常保護(hù)器，下端為倒置式保護(hù)器；（3）泵為浮動(dòng)泵，由下端的小直徑保護(hù)器承擔(dān)軸向力；（4）井液通過導(dǎo)流罩繞過小直徑保護(hù)器進(jìn)入泵中；（5）使用封隔器對(duì)采水層與注水層進(jìn)行隔離。

2 倒置電泵機(jī)組設(shè)計(jì)

采下注上注水工藝用潛油電泵機(jī)組與常規(guī)采油用潛油電泵機(jī)組不一樣，電泵機(jī)組部分部件需要倒置使用，且有不同程度的改變，有的甚至需要重新設(shè)計(jì)。

2.1 倒置潛油電機(jī)的設(shè)計(jì)

倒置潛油電機(jī)是以正常采油電潛泵上下電機(jī)中的上節(jié)電機(jī)為設(shè)計(jì)原型，對(duì)電機(jī)下端進(jìn)行局部修改和設(shè)計(jì)：（1）下端采用簡(jiǎn)易花鍵連接，使電機(jī)可以滿足運(yùn)轉(zhuǎn)要求，取消下接頭；（2）修改中間接頭設(shè)計(jì)，使接頭既能起到扶正作用又能夠與下端的保護(hù)器連接，在接頭上有注油閥；（3）與常規(guī)潛油電泵電機(jī)上端輸出扭矩不同，倒置電機(jī)下端輸出扭矩帶動(dòng)泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 倒置保護(hù)器的設(shè)計(jì)

為了保證井下電泵啟動(dòng)后的出口壓力在上保護(hù)器的平衡作用尚未起作用時(shí)不壓開倒置沉淀式保護(hù)器的機(jī)械密封，從而保證井液不進(jìn)入保護(hù)器；重新設(shè)計(jì)了倒置保護(hù)器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：（1）保護(hù)器有四個(gè)腔：兩個(gè)膠囊腔、一個(gè)沉淀腔、一個(gè)止推軸承腔，實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝式三級(jí)機(jī)械密封；（2）將倒置保護(hù)器的下兩腔設(shè)計(jì)為膠囊式結(jié)構(gòu)，即為機(jī)械密封、膠囊等形成兩個(gè)隔斷的密封腔體，下膠囊內(nèi)腔與上膠囊外腔連通，將井液與電機(jī)油完全隔絕，同時(shí)在上膠囊腔下端接頭上安裝膠囊內(nèi)腔與外腔的單流閥，以保證上膠囊內(nèi)腔壓力的釋放；在下接頭上增加單流閥連接下級(jí)膠囊外腔與井液，當(dāng)高壓井液作用于倒置保護(hù)器下端時(shí)，由于單流閥的開啟壓力小于機(jī)械密封，單流閥開啟，井液進(jìn)入下膠囊外腔，擠壓膠囊，增加膠囊內(nèi)腔壓力，減小最下級(jí)機(jī)械密封兩端的壓力差，起到緩沖高壓的作用；（3）為了增加倒置保護(hù)器的儲(chǔ)油量，確保倒置保護(hù)器功能的實(shí)現(xiàn)，在兩級(jí)膠囊腔上再加一級(jí)沉淀腔，使倒置保護(hù)器自身擁有對(duì)高壓井液的緩沖作用；并且井液即使進(jìn)入倒置保護(hù)器，因?yàn)閮杉?jí)膠囊的隔斷作用，井液也無法與電機(jī)內(nèi)的電機(jī)油接觸，保護(hù)了電機(jī)內(nèi)電機(jī)油的清潔。

2.3 倒置潛油泵的設(shè)計(jì)

針對(duì)水井注入時(shí)含有一定機(jī)雜的注入條件,設(shè)計(jì)了浮動(dòng)式倒置電泵。這種電泵采用完全浮動(dòng)式葉輪，即葉輪與導(dǎo)殼之間及葉輪與葉輪之間均有一定的竄動(dòng)間隙，葉輪在工作中處于浮動(dòng)狀態(tài)，在含有一定機(jī)雜環(huán)境中工作時(shí)不易磨損，延長(zhǎng)泵的使用壽命。

2.4 機(jī)組小直徑保護(hù)器的設(shè)計(jì)

為了平衡注水時(shí)泵所產(chǎn)生的向下軸向力，并且要滿足采下注上加導(dǎo)流罩工藝要求，機(jī)組小直徑保護(hù)器外徑設(shè)計(jì)為φ86，采用電泵用的平面軸承承受軸向力，承受壓力19 MPa。

2.5 高壓電纜密封井口的研制

在井口懸掛器設(shè)計(jì)電纜密封機(jī)構(gòu)，將懸掛器分為兩部分，設(shè)計(jì)凹型多重鉛芯電纜密封組及三芯分壓密封方式，解決了注水壓力在25 MPa 時(shí)多次壓力波動(dòng)下的過電纜井口密封問題。

3 排量控制

為了更好的控制潛油電泵的揚(yáng)程和排量，地面控制系統(tǒng)采用中壓智能軟啟動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能控制，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，具有軟啟及各項(xiàng)保護(hù)功能。根據(jù)離心泵特性曲線反映的離心泵排量與揚(yáng)程、泵效和軸功率之間的關(guān)系，在變頻情況下，離心泵表現(xiàn)如下特性。

圖2 離心泵特性曲線

利用離心泵的固有特性可靈活控制采注過程。在采注初期，采注層壓力差別不大，需要從采液層向注液層注液，利用離心泵排量大的特點(diǎn)進(jìn)行快速注水，并可以通過變頻器變頻調(diào)整注液量，此時(shí)離心泵主要工作在B區(qū)。當(dāng)注液壓力達(dá)到一定值時(shí)，注液層形成一定套壓并達(dá)到注液要求，此時(shí)需維持穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，泵注液量大幅度下降，該階段屬于正常采注期。由于正常采注期的排液量很小，離心泵實(shí)際工作在特性曲線的A區(qū)，并可通過變頻可提高揚(yáng)程，增壓效果明顯。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

由防垢裝置+單流閥+橋塞+倒置電泵機(jī)組組成的采下注上的同井采注工藝管柱于2010年5月14日在S42-4 井使用，潛油電泵機(jī)組采用中壓大功率變頻器控制，實(shí)際泵深1770 m，電機(jī)運(yùn)行頻率42 Hz，電壓1050 V，電流21 A，初期注水壓力5.5 MPa，日注水量30 m3。運(yùn)行321天，井口懸掛器密封無滲漏，機(jī)組及井口設(shè)備運(yùn)行良好，各項(xiàng)參數(shù)基本穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

潛油電泵采下注上注水工藝相比常規(guī)注水工藝技術(shù)投資少，基建和運(yùn)行費(fèi)用降低，地面流程簡(jiǎn)單，管理方便。

采出液直接注入地層中，減少地面水處理設(shè)備的擴(kuò)建、運(yùn)行費(fèi)用（地面增壓、化學(xué)處理），降低采出液對(duì)環(huán)境的污染。相對(duì)常規(guī)注水井，潛油電泵機(jī)組設(shè)備費(fèi)用較高，井下設(shè)備可靠性和使用壽命直接決定投資費(fèi)用和投資效果。

［1］劉衛(wèi)紅，李鷹鋒，等.同井采注電泵機(jī)組倒置泵的研究［J］.石油機(jī)械，2010，38（6）：76-77.

［2］李貴川，楊進(jìn)，等.海上油田同井采注一體化技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.斷塊油氣田,2012，5（3）：386-388.