黃曉東, 姚滿倉, 雷德榮, 李 新, 張 輝, 陳瑞祥, 孟 胡

(中國石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院)

目前，電動潛油往復(fù)泵舉升技術(shù)在國內(nèi)大慶、遼河、勝利等油田均有應(yīng)用[1]。與傳統(tǒng)的游梁式有桿泵相比，具有能耗較低、不存在管桿偏磨及斷脫、操作管理方便等優(yōu)勢，具有良好應(yīng)用前景?，F(xiàn)場應(yīng)用造成的電動潛油往復(fù)泵檢泵的主要原因是抽油泵故障，作業(yè)時需提出井下直線電機、抽油泵、動力電纜和油管，作業(yè)過程復(fù)雜，提下過程中動力電纜容易和套管內(nèi)壁剮蹭被損壞[2-3]。

為了解決這些問題，新疆油田公司工程技術(shù)研究院于2013年成功研制了投撈式電動潛油往復(fù)泵，實現(xiàn)了不動管柱檢泵作業(yè)的功能，進行了7井次的現(xiàn)場試驗，均取得了成功。

一、投撈式電動潛油往復(fù)泵舉升技術(shù)及其特點

1. 系統(tǒng)組成

投撈式電動潛油往復(fù)泵舉升系統(tǒng)主要包括智能電控柜、永磁直線電機、投撈式抽油泵、動力電纜和井口電纜密封器等組成,見圖1。

直線電機定子、進液篩管、抽油泵外管、抽油泵外工作筒、油管與井口從下至上依次相連；投撈式抽油泵從油管中下入井內(nèi)并固定于外工作筒內(nèi)，電機動子與柱塞完成對接后，電機動子推動與其相連的抽油泵柱塞做上下往復(fù)運動，將地下原油舉升至地面。

圖1 投撈式電動潛油往復(fù)泵舉升管柱

動力電纜下端與直線電機相連，上部穿越井口后接至地面智能電控柜，通過智能控制柜調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)。同時，智能控制柜還具有井下故障診斷的功能。

1.1 智能電控柜

智能控制柜具有以下幾個功能：

(1)在線調(diào)整沖次。調(diào)整范圍為0.1～8次/min，最小調(diào)節(jié)范圍為0.1次/min。

(2)在線調(diào)整電機上、下行力。

(3)自動保護功能。遇到控制柜高溫或電流超過設(shè)定保護值等異常情況，控制系統(tǒng)會啟動停機保護功能。

(4)自啟功能。意外停電時電機停止運行，送電后自動啟動。

1.2 直線電機

直線電機由定子和動子兩部分組成，通過改變電源的頻率和方向，使定子產(chǎn)生周期交變的行波磁場，與動子的固定磁場相互作用，實現(xiàn)動子的往復(fù)直線運動，帶動柱塞泵實現(xiàn)舉升。正常工作時電機動子行程為1.23 m，手動運行時最大行程可以達到1.3 m，超行程距離為0.07 m。目前，新疆油田應(yīng)用的直線電機的舉升力有25 kN和35 kN兩種。

1.3 投撈式抽油泵

投撈式抽油泵是實現(xiàn)不動管柱檢泵作業(yè)的關(guān)鍵，與普通抽油泵不同，它的固定凡爾位于泵筒上部，游動凡爾位于柱塞內(nèi)部。泵下端設(shè)計了與直線電機動子對接和脫開的裝置，上端設(shè)計有與油管密封的裝置和提撈裝置。目前，已設(shè)計加工了?32 mm、?38 mm和?44 mm抽油泵，初步形成了抽油泵的系列化。

2. 技術(shù)特點

(1)抽油過程中由直線電機直接驅(qū)動抽油泵運動，無中間傳遞環(huán)節(jié)。因此，相同泵掛深度條件下與抽油機井相比，耗電量大幅度降低。

(2)實現(xiàn)了無桿采油。整個舉升系統(tǒng)沒有抽油桿，徹底解決了桿管偏磨問題，有助于延長檢泵周期。同時，消除了舉升抽油桿所需的能量，降低了能耗。

(3)泵效高，適用于高氣液比油井。舉升系統(tǒng)沒有抽油桿，消除了抽油機井因抽油桿伸縮造成的沖程損失問題，泵的余隙容積小，對高氣液比油井適應(yīng)性好，泵效高。

(4)配套采用可提撈的抽油泵，提高了檢泵作業(yè)效率。在檢泵時只需下入打撈工具提出井下抽油泵，而無需提出井下永磁直線電機、油管、動力電纜等工具，大大提高了檢泵作業(yè)效率；也避免了動力電纜提下過程中易損壞的問題。

3. 性能參數(shù)

電機耐溫：150℃；電機耐壓：35 MPa；舉升力：25 kN、35 kN；沖程：1.23 m；沖次：0.1～8次/min內(nèi)可調(diào)，最小調(diào)節(jié)范圍0.1次/min；理論排量：0.1～21.5 m3/d。

4. 適用條件

大斜度井、水平井、頻繁檢泵的油井、偏磨及斷脫嚴重的油井；排量≤20 m3/d；泵掛≤3 500 m；50℃地面脫氣原油黏度≤3 000 mPa·s的稠油生產(chǎn)井；氣液比幾乎不受限制。

5. 主要施工工藝過程

現(xiàn)場下泵工藝主要包括：

(1)清理油管內(nèi)部，避免污物沉積于電機動子上部。

(2)下入直線電機、進液篩管、抽油泵外管和油管至井口懸掛器，動力電纜隨油管一同下入，安裝井口。

(3)從油管中下入抽油泵后注入清水憋壓座封抽油泵。

(4)啟動電機，完成井下對接；計量出液情況，合格后投產(chǎn)。

提撈工藝主要包括：

(1)啟動電機，將直線電機動子脫開。

(2)將打撈器與抽油桿相連后從油管下入井內(nèi)，完成打撈器和抽油泵的對接。

(3)上提抽油桿，即可提出抽油泵，進行地面檢修。

二、現(xiàn)場試驗及效果分析

截至2017年5月，新疆油田共有7口井應(yīng)用投撈式電動潛油往復(fù)泵進行了試驗，主要應(yīng)用于產(chǎn)量較低的稠油井和結(jié)蠟嚴重的稀油井。

1. 73526井試驗情況

2013年6月，投撈式電動潛油往復(fù)泵首次應(yīng)用于新疆油田73526井進行現(xiàn)場試驗。該井設(shè)計采用?44 mm抽油泵，泵掛深度1 200 m。施工期間進行了抽油泵投放、提撈、井下脫接等現(xiàn)場試驗。具體情況過程如下：

(1)將直線電機、抽油泵外工作筒、油管依次下入井內(nèi)，動力電纜隨管柱下入并安裝電纜保護器。

(2)安裝井口電纜密封裝置。

(3)將抽油泵從油管中下入井內(nèi)。

(4)用泵車從油管中打壓10 MPa，穩(wěn)壓5 min。

(5)將智能控制柜中電機運行頻率調(diào)整至8 Hz，按下“手動啟動”按鈕,完成抽油泵柱塞和電機動子的對接。

(6)按下智能控制柜中“自動運行”按鈕，觀察井口出液正常；按下智能控制柜中“停止運行”按鈕并斷電。

(7)將抽油桿下端連接打撈器下入井內(nèi)至修井機載荷為0 kN；緩慢上提抽油桿，最終將抽油桿撈出。

按照設(shè)計的施工工藝進行了2次完整試驗。2次試驗均可穩(wěn)壓在10 MPa，5 min后壓降均小于0.3 MPa；2次均成功提出的抽油泵，檢查后未發(fā)現(xiàn)抽油泵密封圈及其他零件被損壞的問題；經(jīng)過現(xiàn)場觀察及實際計量，2次試抽均成功。

從2013年6月投產(chǎn)至2014年8月停抽，檢泵周期達到了405 d，平均日產(chǎn)液量6.23 m3，平均泵效56.8%。

2014年8月，由于井下與直線電機引出線相連的小扁電纜被擊穿導(dǎo)致油井停抽，隨后進行了檢泵作業(yè)。本次作業(yè)打撈器與抽油泵打撈頭成功對接，但由于油管結(jié)蠟導(dǎo)致在上提過程中抽油泵被卡在油管中間，打撈器上邊安全接頭的剪釘被剪斷未能成功提出抽油泵。

經(jīng)分析認為，電纜選型錯誤是造成本次故障的原因。另外，發(fā)現(xiàn)了提出的電纜有打扭的現(xiàn)象發(fā)生。

73526井的試驗表明，應(yīng)嚴格小扁電纜的選型，保證小扁電纜的耐溫級別與直線電機相匹配；同時，對于結(jié)蠟的油井，應(yīng)做好日常清防蠟措施，避免油管內(nèi)壁結(jié)蠟造成抽油泵不能提出的問題發(fā)生；另外，應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求進行施工，避免在下入電纜過程中發(fā)生打扭現(xiàn)象。

本次作業(yè)重新進行了抽油泵下放、抽油泵密封、井下對接及試抽等現(xiàn)場試驗，均取得成功，再次驗證了該技術(shù)的可靠性。

至2017年5月10日，免修期達到了980 d，平均日產(chǎn)液7.76 m3，平均泵效72.1%，試驗效果良好。

2. 其它井試驗情況

在73526井試驗成功的基礎(chǔ)上，2015年在LU7197井和LU1112井進行了試驗。這兩口井位于同一區(qū)塊，試驗初期曾發(fā)生油管結(jié)蠟堵塞造成直線電機過載停機的問題。針對油井結(jié)蠟嚴重的問題，現(xiàn)場采用機械清蠟的方式每3 d清一次蠟，保證了設(shè)備的正常運行，試驗效果良好。

Ma2303、Ma2342井是稀油井，該區(qū)塊油井產(chǎn)量低，液面下降快。分別于2016年7月12日、2016年12月5日轉(zhuǎn)抽，均采用?32 mm抽油泵，下泵深度分別達到3 488.3 m、3 430.29 m，與區(qū)塊之前平均泵掛2 500 m相比，大大加深了泵掛。至2017年4月底運行順利，平均產(chǎn)量7.55 m3/d，平均泵效85.9%。

J8030、J9030井是稠油井，分別于2016年8月30日、2016年10月20日轉(zhuǎn)抽至目前均運行正常。

3. 經(jīng)濟效益評價

投撈式電動潛油往復(fù)泵舉升技術(shù)保留了常規(guī)技術(shù)徹底避免管桿偏磨、耗電量少和舉升效率高的優(yōu)點。與抽油機井相比，其經(jīng)濟效益由節(jié)省的檢泵作業(yè)費用和節(jié)電量兩部分組成。表1以73526井為例計算經(jīng)濟效益。

表1 單次檢泵作業(yè)節(jié)省費用表(與抽油機井相比)

注：檢泵周期按1年計算；標次為新疆油田現(xiàn)場作業(yè)工作量的量化指標，無量綱。

節(jié)省用電費用=(13 042.9～16 303.68)元/年，以上兩項合計，投撈式電動潛油往復(fù)泵比游梁式有桿泵生產(chǎn)井節(jié)省費用3.11～3.44萬元/年。若應(yīng)用于深井抽油，則經(jīng)濟效益更加明顯。

三、結(jié)論及建議

(1)成功研制了一種投撈式電動潛油往復(fù)泵，設(shè)計了相關(guān)施工工藝，成功應(yīng)用于現(xiàn)場7井次，達到了不動管柱進行檢泵作業(yè)的目的，可避免常規(guī)技術(shù)提下電纜過程中可能造成電纜損壞情況的發(fā)生，降低了檢泵作業(yè)成本，減輕現(xiàn)場施工人員的勞動強度，減少了檢泵作業(yè)時間。

(2)該技術(shù)保留了常規(guī)電動潛油往復(fù)泵避免管桿偏磨、耗電量少和舉升效率高的優(yōu)點。

(3)先進的智能控制系統(tǒng)，可方便地調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)，易于根據(jù)油井供液狀況實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。

(4)加強現(xiàn)場施工過程監(jiān)督，避免電纜打扭問題發(fā)生；對于結(jié)蠟的油井，應(yīng)做好清防蠟措施。

(5)繼續(xù)擴大現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)量，形成規(guī)模效益。

[1]王祥立，司高鋒.直線電動機驅(qū)動的大排量潛油抽油泵及其應(yīng)用[J].石油機械，2012，40(1)：78-80.

[2]鄭剛，王尚為，姚洋，等.井下直線電機無桿采油及配套技術(shù)在長慶超低滲透油藏的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報，2013,35(1)：158-160.

[3]王順華，趙洪濤，尚慶軍，等.直線潛油電泵舉升工藝技術(shù)及應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2010,38(3)：95-97.