磁懸浮電泵在墾東12區(qū)塊大位移定向井中的應(yīng)用

畢玉斌

摘 要新灘油田位于黃河入海的灘涂地帶及水深0-10m的淺海水域,北、東、南三面環(huán)海,西臨孤東、紅柳油田,屬典型的灘海油田。墾東12區(qū)塊位于新灘油田東部,受地面條件的限制,區(qū)塊開發(fā)采用建海公路+人工島+大位移定向井、水平井的采油方式。由于油井造斜點(diǎn)100-200m嗎,管、桿偏磨嚴(yán)重影響了常規(guī)抽油泵,為此引進(jìn)了磁懸浮電泵進(jìn)行采油方式優(yōu)化。

關(guān)鍵詞大位移定向井;磁懸浮泵;現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施;效果分析

中圖分類號(hào)TE933文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)112-0051-01

1磁懸浮電泵的基本特點(diǎn)

1.1磁懸浮電泵的工作原理

磁懸浮電泵系統(tǒng)是一種機(jī)電一體的新的舉升方式,由直線電機(jī)、抽油泵和地面智能控制柜三部分組成。直線電機(jī)與抽油泵連接后,由普通平式油管下到設(shè)計(jì)泵深,地面電源通過(guò)智能控制柜將交流電經(jīng)變頻后用潛油電纜輸送到井下直線電機(jī)(主要由永磁動(dòng)子、定子繞組和機(jī)殼三部分組成),當(dāng)電流進(jìn)入定子繞組,產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)變頻方式實(shí)現(xiàn)磁極的交變,和永磁動(dòng)子上固定磁場(chǎng)的相互作用,實(shí)現(xiàn)永磁動(dòng)子的運(yùn)動(dòng),從而使懸浮的永磁動(dòng)子帶動(dòng)柱塞限位往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

1.2磁懸浮電泵的控制系統(tǒng)

智能控制裝置由程序控制設(shè)定沖次,采用變頻形式進(jìn)行調(diào)速,在最大排量?jī)?nèi)隨意在線調(diào)節(jié)產(chǎn)量?？刂破髯鳛榇艖腋‰姳玫闹匾M成部分,其主要功能是給直線電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電源、運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與指示、運(yùn)行過(guò)程控制和為系統(tǒng)提供安全保護(hù)等。在系統(tǒng)運(yùn)行中如果發(fā)生負(fù)載短路、動(dòng)子推力不足、動(dòng)子和柱塞阻塞、井口結(jié)冰或油管結(jié)蠟、控制箱內(nèi)溫度過(guò)高及電網(wǎng)停電等故障時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行,并由“報(bào)警指示”燈用不同的閃爍信號(hào)給出指示。

2磁懸浮電泵的優(yōu)點(diǎn)

2.1無(wú)桿采油防偏磨

常規(guī)抽油機(jī)的抽油桿在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中很難始終保持與油管平行,經(jīng)常有因偏磨而拉斷,甚至有將泵筒磨漏的情況發(fā)生;而磁懸浮電泵利用交變磁場(chǎng)和永磁動(dòng)子產(chǎn)生舉升推力為基本原理,解決了斜井、叢式井、水平井的開采難題,因取消了抽油桿從而徹底解決了斜井采油中管桿偏磨引起的抽油桿斷、脫和油管漏等問(wèn)題難題,降低了砂卡、氣鎖故障,延長(zhǎng)了油井檢泵周期, 節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用和更換抽油桿和油管的費(fèi)用。

2.2節(jié)電降耗

有桿抽油系統(tǒng)的動(dòng)力裝置體積大、成本高,其主要功率消耗在千米以上的抽油桿上,直接用于提液的功率很小,使得無(wú)效功率很大;數(shù)控往復(fù)式潛油電泵的電機(jī)直接與泵在井下連接,去掉了抽油機(jī)平衡塊和抽油桿的無(wú)功損耗,因此舉升能耗低、損耗小,去掉了抽油桿的沖程損失,泵效可達(dá)90%以上。

2.3生產(chǎn)制度調(diào)整智能化

地面智能控制裝置由程序控制設(shè)定沖次,采用變頻形式進(jìn)行調(diào)速,在最大排量?jī)?nèi)隨意在線調(diào)節(jié)產(chǎn)量。其沖次調(diào)節(jié)范圍為0.1-9.9,調(diào)整幅度更精密、更精確,配合抽空保護(hù)裝置,可實(shí)現(xiàn)“零液面”采油,滿足間歇生產(chǎn)需要。它還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制集中管理。

3墾東12區(qū)塊基本情況

3.1區(qū)塊地質(zhì)概況

新灘油田構(gòu)造上位于渤海灣盆地-濟(jì)陽(yáng)坳陷-沾化凹陷東南部的肯東凸起,四周為凹陷所包圍,生油條件好。其東為萊洲灣凹陷,南為青東凹陷,西為富林洼陷,北面為樁東凹陷。墾東12區(qū)塊位于新灘油田東部的海陸過(guò)渡帶,本區(qū)構(gòu)造形態(tài)較為簡(jiǎn)單,繼承了前第三系潛山頂面南高北低的趨勢(shì),整體呈現(xiàn)南高北低的格局。受墾東12斷層控制墾東12塊為一反向屋脊式構(gòu)造,地層向北逐漸向樁東凹陷傾伏,地層較平緩,地層傾角3～6°左右。墾東12區(qū)塊上報(bào)含油面積7.7Km2,石油地質(zhì)儲(chǔ)量1759×104t。設(shè)計(jì)0#、1#、2#、3#、4#、121#海油陸采平臺(tái)6座,油水井126口。

3.2區(qū)塊開發(fā)概況

截至目前,KD12區(qū)塊共投產(chǎn)海油陸采平臺(tái)5座,油井總井94口,開井84口。其中0#、3#、121#島均采用磁懸浮電泵采油方式,油井累計(jì)43口,現(xiàn)開井38口,其中水平井2口,直井1口,定向井40口;1#、2#島采用高原皮帶機(jī)+連續(xù)桿+偏置泵常規(guī)采油方式,油井總井51口,開井46口,水平井1口,直井1口,定向井39口。

0#、3#、121#、1#、2#島井底平均水平位移分別為709.65m、865.58m、655.98m、781.21m、537.22m,XTKD12-X85達(dá)到1602.96m;各島最大井斜平均值依次為48.48°、55.89°、48.47°、50.12°、42.55°,斜井中XTKD12-X60最大井斜達(dá)到77.39°,而水平井XTKD12-P2最大井斜達(dá)到95.61°。

1#、2#號(hào)島于2006年12月2日第一口油井投產(chǎn),截止到現(xiàn)在約兩年半的時(shí)間里共作業(yè)43井次,其中因連續(xù)桿斷作業(yè)14次,因連續(xù)桿嚴(yán)重偏磨作業(yè)2次,因活塞嚴(yán)重偏磨作業(yè)3次,即因抽油桿問(wèn)題共作業(yè)19井次,占到了總作業(yè)次數(shù)的44.2%。值得注意的是1#、2#號(hào)島使用的是旋轉(zhuǎn)井口,這已經(jīng)使抽油桿因偏磨造成的作業(yè)次數(shù)降到了最低。

3.3磁懸浮泵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用舉例

3.3.1直井

XTKD12-53井,2009年2月3日開井,生產(chǎn)層位Ng21+223,射孔厚度7.3米,參數(shù)∮44×890×1.23×5,目前日液8.7噸,日油3.6噸,綜合含水58.5%,動(dòng)液面673米,累計(jì)生產(chǎn)74天,累積產(chǎn)油214噸,累積產(chǎn)水375噸,自使用磁懸浮泵開井至現(xiàn)在生產(chǎn)正常。

3.3.2水平井

XTKD12-P2井,2009年3月8日開井,井底水平位移1325.08m,最大井斜95.61°,生產(chǎn)層位Ng32,射孔厚度120米,參數(shù)∮44×1210×1.23×7,目前日液15.7噸,日油14.9噸,綜合含水5.3%,動(dòng)液面258米,累計(jì)生產(chǎn)46天,累積產(chǎn)油489噸,累積產(chǎn)水172噸,生產(chǎn)正常。

3.3.3斜井

KD12-X100井,2008年5月8日開井,井底水平位移105.95m,最大井斜33.07°,生產(chǎn)層位Ng61,射孔厚度5.7米,原油動(dòng)力粘度為1181mPa.s,參數(shù)∮44×1041.33×1.23×6,目前日液10.0噸,日油3.78噸,綜合含水62.2%,動(dòng)液面845.7米,累計(jì)生產(chǎn)397天,累積產(chǎn)油2357.6噸,累積產(chǎn)水1422.4噸,日耗電100度左右。該井于2009年5月23日至29日作業(yè)一次。

KD12-X101井,2008年5月8日開井,井底水平位移1206.0m,最大井斜63.86°,生產(chǎn)層位Ng61,射孔厚度3.7米,原油動(dòng)力粘度為1766mPa.s,參數(shù)∮44×1053×1.23×6,目前日液8.5噸,日油8.12噸,綜合含水4.5%,動(dòng)液面933.9米,累計(jì)生產(chǎn)397天,累積產(chǎn)油3883.8噸,累積產(chǎn)水172.8噸,日耗電100度左右。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用存在問(wèn)題

故障一:“超負(fù)荷”是由于新開井原油粘度比較大,直線電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中克服重力、摩擦力做功多,載荷大,電流較高,其電流保護(hù)程序所設(shè)保護(hù)值相對(duì)較小,造成電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由于電流大使得電流保護(hù)程序介入,顯示“超負(fù)荷”并停井,對(duì)此類問(wèn)題一般可采用下列解決方法:對(duì)直線電機(jī)控制柜進(jìn)行重啟動(dòng)。一般重啟動(dòng)之后電機(jī)會(huì)正常工作,若原油粘度確實(shí)較大,就需要采用調(diào)大電流保護(hù)值。此方法將電流保護(hù)值調(diào)節(jié)到工作電流峰值之上,從而正常生產(chǎn)。

故障二:“自降沖次”此故障原因?yàn)橹本€電機(jī)工作載荷大,但還未

到“超負(fù)荷”的程度,電流保護(hù)程序介入,自動(dòng)降低沖次,以保護(hù)電機(jī)。出現(xiàn)此故障一般可照常生產(chǎn),待工況穩(wěn)定后將沖次上調(diào)。

故障三:“堵塞”,此故障為由于原油粘度大,使得直線電機(jī)工作載荷過(guò)大,遠(yuǎn)超“超負(fù)荷”,解決此問(wèn)題可嘗試調(diào)大保護(hù)電流后,重啟電機(jī)控制柜,若不能正常生產(chǎn)則需洗井。

故障四:“主板短路”此故障為由于主板電路之間存在物理連接造成的短路。解決方法為更換主板。

故障五:“控制柜保險(xiǎn)燒”造成此故障的原因?yàn)殡娖髟p壞造成瞬間短路將保險(xiǎn)燒斷,或者由于過(guò)載使得峰值電流過(guò)大,保護(hù)電流值設(shè)得過(guò)大起不到保護(hù)的作用,將保險(xiǎn)燒斷。解決方法應(yīng)檢查控制柜元件是否有損壞件,若沒有則更換完保險(xiǎn)后試開井觀察電流峰值,若過(guò)大,則需洗井。

故障六:“控制柜壓敏電阻,電容燒”造成此故障原因?yàn)檫B接控制柜的峰值電壓過(guò)高,或電阻失效造成壓敏元件燒壞,此故障已兩次造成甲線跳停。解決此問(wèn)題應(yīng)盡量確保元件質(zhì)量過(guò)硬并穩(wěn)定電壓。

故障七:“整流橋燒”造成此故障的原因主要為元件本身質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題,其次就是峰值電壓過(guò)高造成,解決此問(wèn)題應(yīng)盡量確保元件質(zhì)量過(guò)硬和穩(wěn)定電壓。

故障八:“開關(guān)管燒”造成此故障主要原因?yàn)樵旧碣|(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題或峰值電壓過(guò)高,解決此問(wèn)題應(yīng)盡量確保元件質(zhì)量過(guò)硬和穩(wěn)定電壓。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障點(diǎn)和故障類型分析,故障主要集中在控制柜的電路部分,這與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣有關(guān),主要是由于環(huán)境濕度大,控制柜內(nèi)無(wú)干燥措施,電子元件質(zhì)量差,易發(fā)生電路故障,電路構(gòu)造復(fù)雜,故障點(diǎn)多,建議增加控制柜的干燥措施,提高電子元件的質(zhì)量,簡(jiǎn)化控制電路,減少故障點(diǎn),或者將控制柜改為室內(nèi)環(huán)境。對(duì)于原油粘度較高的井,長(zhǎng)時(shí)間停井或剛作業(yè)完后容易發(fā)生超負(fù)荷的情況,建議以后在這種情況下可以先洗井再開井,或者提高電路保護(hù)定值已適應(yīng)這種情況。因直線電機(jī)這種開采方式?jīng)]有進(jìn)行過(guò)如此大規(guī)模的集中應(yīng)用,有許多故障需要和廠家結(jié)合,提出改進(jìn)措施,逐步降低故障率。

作者簡(jiǎn)介:

畢玉斌,男,工程師,石油大學(xué)石油開發(fā)采油工程專業(yè),現(xiàn)從事油田油藏工程工作。