稠油中膠質(zhì)瀝青及其形成摩擦阻力對電潛泵運(yùn)轉(zhuǎn)的影響

王 佶

（渤海石油裝備〈天津〉中成機(jī)械制造有限公司，中國 天津300280）

0 引言

我國面臨著石油資源短缺的困境，為緩解這一現(xiàn)狀，需積極研發(fā)新技術(shù)，提高原油的開采率。稠油是原油的一種，含有大量膠質(zhì)瀝青，黏度強(qiáng)、密度大、流動性差，開采十分困難。隨著溫度增加，稠油的黏性會有所下降，然而在使用電潛泵抽油時(shí)，油流自下而上流動溫度逐漸降低，使得摩擦阻力增加，極易出現(xiàn)堵井現(xiàn)象。加上電潛泵井排量大，如果油層溫度過低，易增加電機(jī)負(fù)荷，致使電泵機(jī)組不能正常運(yùn)行，從而影響到開采作業(yè)。因此，需對電潛泵加以改進(jìn)，保證稠油井的穩(wěn)定生產(chǎn)。

1 案例分析

稠油是相對稀油而言的，多指地面密度在0.943以上，或地下粘度至少為50cP的原油。某石油公司主要經(jīng)營石油開采、運(yùn)輸加工業(yè)務(wù)，2010年計(jì)劃在A、B兩油田進(jìn)行開采。A、B油田均屬于稠油井，膠質(zhì)瀝青含量多，形成較大的摩擦阻力，加上油流流動性差，原油很難從井底流向井口?？紤]到高溫可改變稠油粘度，該公司采用了加熱油管、過泵加熱等多種方法，利用整筒泵和螺桿泵等設(shè)備開展作業(yè)，但由于原油粘度過大，導(dǎo)致泵桿多次斷脫，阻礙了正常生產(chǎn)。技術(shù)人員對油田狀況做了仔細(xì)勘察，發(fā)現(xiàn)原油埋深在3500m以下，滲透率低，井筒容易散熱，以至于地溫梯度較低，溫度場不穩(wěn)定。在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，決定開展抗稠油電潛泵的先導(dǎo)性試驗(yàn)，原油產(chǎn)量逐漸恢復(fù)。

2 油田特征及抗稠油電潛泵技術(shù)

2.1 油田特征

A、B油田屬于地層不整合碳酸鹽巖溶縫洞圈閉類型，儲層具有明顯的非均質(zhì)性，裂縫較多，整體互通。在充填作用下，局部存在有油氣的封閉儲集體系，且油氣多儲藏于巖溶縫洞中?；谶@種地質(zhì)構(gòu)造，油井中以稠油為主，膠質(zhì)瀝青含量較高，粘度大、凝固點(diǎn)低，對溫度較敏感。如S16號油井為例，溫度為50℃時(shí)，原油粘度為21650mPa·s；溫度為60℃時(shí)，原油粘度降至12800mPa·s；在70℃和80℃的溫度下，原油粘度繼續(xù)降低，分別為5600mPa·s、2430mPa·s。

2.2 抗稠油電潛泵技術(shù)

是將抗稠油工藝和潛油離心泵相結(jié)合，形成的一種新技術(shù)。電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后高速旋轉(zhuǎn)（約為2900r/min）；在其動力驅(qū)動下，離心泵開始做功，將井液逐漸舉升至地面。與以往的開采方法相比，該技術(shù)的效率有所提高，但同時(shí)也受到稠油的很大影響。

2.3 電潛泵受到的影響

使用電潛泵抽油時(shí)，由于原油粘度大，在井底電潛泵、油管流動、生產(chǎn)處理等各個(gè)環(huán)節(jié)都有大量的膠質(zhì)瀝青，相應(yīng)的摩擦阻力也較大，很有可能會影響到電潛泵的正常運(yùn)行。

首先，當(dāng)電動機(jī)表面粘附有膠質(zhì)瀝青時(shí)，散熱性能下降，如果在長期作業(yè)中不能順利散熱，必將引起電動機(jī)溫度不斷上升，從而出現(xiàn)各種故障，甚至燒毀。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子之間的熱穩(wěn)定較平衡，若熱傳遞受阻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子膨脹過快，與定子內(nèi)膨脹的環(huán)氧樹脂相摩擦而出現(xiàn)異常。

其次，在使用電潛泵舉升井液的過程中，離心泵是不可或缺的部件，與泵的整體性能密切相關(guān)。隨著膠質(zhì)瀝青沉積，加上原油流動時(shí)摩擦力增加，使得泵內(nèi)軸向荷載及徑向阻力都隨之增大。而轉(zhuǎn)速與泵排量多為線性關(guān)系，平方與揚(yáng)程成正比，立方與功率成正比。所以一旦電動機(jī)的輸出功率達(dá)不到泵實(shí)際所需的功率，極易出現(xiàn)斷軸、卡死、停機(jī)等情況。

此外，密封件也是較為重要的部件，負(fù)責(zé)驅(qū)動軸和吸入軸之間的密封。原油中含有的瀝青在密封面內(nèi)與內(nèi)部零部件之間的沉積容易引起絕緣油的膨脹，以至于油井流體和電動機(jī)潤滑油摻雜在一起。此時(shí)如果原油粘度較大，瀝青將卸壓孔堵住，必將導(dǎo)致內(nèi)部壓力失衡，密封件也不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。電動機(jī)內(nèi)部易出現(xiàn)真空現(xiàn)象，甚至整個(gè)接頭都會漏失，最終電動機(jī)被燒毀。

3 關(guān)于抗稠油電潛泵工藝的改進(jìn)

3.1 缺陷及技術(shù)改良的必要性

從以上分析中可知，抗稠油電潛泵工藝技術(shù)的開采效率雖有所提高，但A、B油田的原油埋深較深、粘度大，在電潛泵作業(yè)時(shí)以產(chǎn)生不利影響，經(jīng)常會損壞電動機(jī)和其他部件。不但阻礙了正常作業(yè)的開展，還增加了維修成本。從2011年到2012年，公司的原油總產(chǎn)量并沒有明顯提高，難以滿足越來越多的市場需求，而機(jī)械設(shè)備維修費(fèi)用大幅增長，公司很難獲利。鑒于此，公司決定對原來的技術(shù)進(jìn)行改良，進(jìn)一步提高開采效率，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 電動機(jī)的改進(jìn)

在A、B油田開采過程中，電潛泵的泵掛深度多在1500m——2400m左右，溫度也保持在65℃—72℃。考慮到在膠質(zhì)瀝青的沉積下，電動機(jī)易因散熱而被燒壞，所以設(shè)計(jì)使用180℃耐高溫電動機(jī)，且具有良好的散熱性。即便散熱條件較差，也能夠及時(shí)散熱穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。而電動機(jī)作業(yè)時(shí)釋放的溫度還能夠降低原有的粘度，以便原油順利流通。

3.3 平衡器的改進(jìn)

此次改進(jìn)采用沉降式和膠囊式相結(jié)合而成的復(fù)合式平衡裝置，包括膠囊、兩個(gè)沉淀腔、上、中、下放油氣孔各兩個(gè)，以及止推腔幾部分。另外還安裝有三級機(jī)械密封，在抽油時(shí)能起到保護(hù)的作用。先將電泵機(jī)組沉入井底，越來越高的溫度會引起電動機(jī)油的膨脹，使部分油進(jìn)入收縮的膠囊；然后啟動電動機(jī)，隨著溫度上升，電動機(jī)油繼續(xù)進(jìn)入膠囊。直至達(dá)到一定溫度，電動機(jī)不再膨脹，保護(hù)膠囊的容積完全容納了由常溫到井底溫度再到電動機(jī)工作溫度時(shí)膨脹的電動機(jī)油；機(jī)組停止工作后，溫度會逐漸降至井底溫度，同時(shí)膠囊開始收縮，井液從上接頭的連通孔進(jìn)入膠囊與保護(hù)器殼體之間的環(huán)形空間；密封件兩面的壓力平衡，可能會沿離心方向泄漏。

3.4 離心泵的改進(jìn)

葉導(dǎo)輪寬流道設(shè)計(jì)及優(yōu)化泵型：由于粘度的影響會使泵的效率降低是離心泵的固有特性，作為彌補(bǔ)，寬流道設(shè)計(jì)是較好的選擇。以R9、H27兩種泵性能比較，都為額定排量100m3/d，前者流道寬度7mm，后者流道寬度4mm，前者是后者的1.7倍，相應(yīng)的過流面積增加了4.3倍。

葉導(dǎo)輪水利角度的變化：將葉導(dǎo)輪進(jìn)口及出口角度由32℃提高到38℃，可在相同排量的條件下，降低單級葉導(dǎo)輪功率消耗，客觀上表現(xiàn)為摩擦阻力的減小。比較TL-100和TLL-100兩種葉導(dǎo)輪，額定排量均為100m3/d，前者額定揚(yáng)程6.4m，單級功率消耗0.1297KW，后者額定揚(yáng)程6m，單級功率消耗0.1364KW，單級功率消耗后者是前者的1.2倍。

葉導(dǎo)輪表面耐磨涂層工藝處理：普通葉導(dǎo)輪為鎳鑄鐵精密鑄造件，粗糙度肉眼可見，經(jīng)表面耐磨涂層工藝處理,粗糙度會有所改善，除了防止泵內(nèi)膠質(zhì)瀝青的沉積，還能減少泵內(nèi)部件與液體的摩擦阻力，同時(shí)也提高了部件的耐磨和耐腐蝕能力。經(jīng)室內(nèi)常溫試驗(yàn)，泵性能各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)標(biāo)。與普通離心泵相比，其抗稠油的能力提高了倍。

4 結(jié)束語

作為原油中的重要組成部分，稠油是人來利用的主要資源。但其有著特殊的物理特性，開采難度較大，電潛泵是一種有效的方法，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)量，應(yīng)對其技術(shù)做進(jìn)一步探究。

［1］張海霖，吳玉青，劉海靜，王宏杰，周海.抗稠油電潛泵工藝技術(shù)與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2004,24（12）：109-110.

［2］潘億勇.海上稠油油田電潛泵工作的影響因素分析及改進(jìn)措施[D].油氣儲運(yùn)工程，2003.