陳 銳 韓岐清 鄭小雄 韓 濤

中國(guó)石油大港油田公司采油工藝研究院,天津 300280

0 前言

受油稠、井眼軌跡復(fù)雜等因素交織影響,常規(guī)有桿泵舉升工藝在稠油井生產(chǎn)過(guò)程中桿管偏磨等問(wèn)題突出,油井難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效生產(chǎn)。電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝系統(tǒng)效率高，生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)便捷，維護(hù)管理方便,已在各油田稠油油井中得到推廣應(yīng)用。韓勝華等人[1-9]研究形成的電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝基本解決了稠油油井桿管偏磨等問(wèn)題,但因其對(duì)適應(yīng)的舉升揚(yáng)程及原油黏度還存在技術(shù)局限性,目前還無(wú)法滿(mǎn)足泵掛較深的特稠油井生產(chǎn)需要。

基于前人研究形成的電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝技術(shù),通過(guò)優(yōu)化配套潛油電機(jī)及螺桿泵等關(guān)鍵設(shè)備,同時(shí)以油井實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù),優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子負(fù)載扭矩及系統(tǒng)效率等關(guān)鍵工藝參數(shù),有效提高了電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝的適應(yīng)性,滿(mǎn)足了特稠油井的生產(chǎn)需要。

1 工藝原理

電動(dòng)潛油螺桿泵機(jī)組將電機(jī)、減速器、撓性軸、螺桿泵及電纜下入井內(nèi),螺桿泵與油管及地面管線連接。地面電源通過(guò)變壓器、控制柜及接線盒連接后,經(jīng)電纜將電能送至井下電機(jī),電機(jī)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)撓性軸驅(qū)動(dòng)螺桿泵,達(dá)到井液舉升目的[10-13],工藝配套見(jiàn)圖1。

2 技術(shù)研究思路

為最大程度提高工藝適應(yīng)性,根據(jù)螺桿泵技術(shù)特性和適應(yīng)能力,結(jié)合目標(biāo)井油藏、流體及井況特征,優(yōu)選電機(jī)和螺桿泵規(guī)格型號(hào),同時(shí)在優(yōu)選定子橡膠材料及規(guī)格參數(shù)的基礎(chǔ)上,優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝參數(shù),并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析評(píng)價(jià)工藝的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)有效性,形成適應(yīng)不同井況的工藝配套技術(shù)系列,技術(shù)思路見(jiàn)圖2。

圖2 技術(shù)思路

2.1 關(guān)鍵配套技術(shù)

2.1.1 低轉(zhuǎn)速大扭矩永磁同步電機(jī)

傳統(tǒng)電機(jī)額定功率高,油井在低液量生產(chǎn)過(guò)程中電動(dòng)潛油螺桿泵機(jī)組溫度高,易出現(xiàn)電機(jī)燒等問(wèn)題,系統(tǒng)運(yùn)行可靠性得不到有效保證,通過(guò)優(yōu)化配套低轉(zhuǎn)速(250 r/min)、大扭矩(912 N·m)永磁同步電機(jī),不僅有效解決了機(jī)組溫度高的問(wèn)題,且大幅度提高了電機(jī)功率利用率,降低了運(yùn)行能耗(電機(jī)功率11 kW),同時(shí)不再配套減速裝置,有效降低了運(yùn)行故障率。

2.1.2 高性能螺桿泵

為提高螺桿泵技術(shù)性能,結(jié)合目標(biāo)井地層流體物性特征,優(yōu)選定子橡膠材質(zhì)及轉(zhuǎn)子表面處理方式,以滿(mǎn)足油井生產(chǎn)需要。同時(shí)結(jié)合產(chǎn)液量要求,優(yōu)選螺桿泵規(guī)格型號(hào),并優(yōu)化設(shè)計(jì)定、轉(zhuǎn)子外徑及長(zhǎng)度等規(guī)格參數(shù),從而提高螺桿泵技術(shù)性能,優(yōu)化后的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1螺桿泵主要性能指標(biāo)

額定轉(zhuǎn)速/(r·min-1)排量/(m3·d-1)揚(yáng)程/m含氣率/(%)H2S含量/(%)含砂量/(%)2502～200≤2 6003035

2.2 技術(shù)適應(yīng)條件

優(yōu)化配套的電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝技術(shù)在適應(yīng)原油黏度、排量范圍及最大揚(yáng)程等方面具有更好的技術(shù)優(yōu)勢(shì),具體技術(shù)適應(yīng)條件見(jiàn)表2。

表2技術(shù)適應(yīng)條件對(duì)比表

配套技術(shù)原油黏度/(mPa·s)日產(chǎn)液/(m3·d-1)最大揚(yáng)程/m原油溫度/℃含砂量/(%)H2S含量/(%) 井斜角/(°)全角變化率/(°)·(30 m)-1優(yōu)化前5 00015～2001 800120210903優(yōu)化后12 0002～2002 600120530905

3 工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

依據(jù)油井儲(chǔ)層物性、流體物性及管柱設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),對(duì)油井產(chǎn)液量及動(dòng)液面進(jìn)行分析預(yù)測(cè),再結(jié)合確定的泵掛深度、螺桿泵及配套電機(jī)的規(guī)格型號(hào)及定轉(zhuǎn)子規(guī)格參數(shù),對(duì)比分析螺桿泵特性曲線[14-16],根據(jù)動(dòng)液面及產(chǎn)量合理調(diào)整螺桿泵轉(zhuǎn)速,在保證油井產(chǎn)能的前提下最大限度地將工作點(diǎn)調(diào)整到系統(tǒng)效率最高點(diǎn)附近,工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖3。

圖3 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

3.2 關(guān)鍵工藝參數(shù)

3.2.1 轉(zhuǎn)子負(fù)載扭矩

螺桿泵轉(zhuǎn)子扭矩可用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算分析[17-20]:

(1)

3.2.2 系統(tǒng)效率

螺桿泵的系統(tǒng)效率為有功功率與轉(zhuǎn)子輸入功率之比,計(jì)算公式為:

(2)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

圖4 螺桿泵工作特性曲線模擬分析

5 結(jié)論

1)優(yōu)化配套形成的電動(dòng)潛油螺桿泵舉升工藝技術(shù)適應(yīng)性得到了明顯提高,能適應(yīng)原油黏度大于10 000 mPa·s特稠油油井的生產(chǎn)需要。

2)工藝生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理,將導(dǎo)致螺桿泵實(shí)際運(yùn)行工況與最佳效率點(diǎn)存在偏差,降低油井排量效率。