投撈電纜式潛油螺桿泵技術研究及現(xiàn)場試驗

周 勇，薛 瑾，張 綱，姚滿倉，阮龍飛，王扶輝，周 凱

(1中國石油新疆油田公司工程技術研究院2中國石油新疆油田公司準東采油廠)

新疆油田吉7井區(qū)梧桐溝組油藏埋深1 500～1 700 m，50℃原油黏度平均為2 362 mPa·s，屬中深層稠油油藏。該區(qū)地處農(nóng)田、草場區(qū)域內(nèi)，征地費用較高，受周圍居民及牲畜出沒影響，日常生產(chǎn)管理難度大。為節(jié)約開發(fā)費用，降低管理難度，采用了油井集中生產(chǎn)的平臺定向井開發(fā)模式。前期采用游梁式有桿泵生產(chǎn)，由于定向井身斜度大、狗腿井段多造成管桿偏磨、斷脫問題突出，檢泵周期較短;另外，由于原油黏度較高，進泵阻力大導致產(chǎn)液量過低，平均泵效僅有24．6%，平均系統(tǒng)效率僅為12．3%，油田的開發(fā)效益偏低。

為解決游梁式有桿泵在該區(qū)生產(chǎn)中的問題，2015年引進試驗了5套常規(guī)電動潛油螺桿泵，在3口定向井和2口直井中進行了應用，取得了良好的生產(chǎn)效果。但是，常規(guī)電動潛油螺桿泵技術中動力電纜采用在油管外用電纜保護器捆綁的方式入井［1］，在起下管柱過程中也暴露出了動力電纜容易與套管內(nèi)壁發(fā)生碰撞或擠壓導致?lián)p壞的問題，影響了技術的推廣應用。為此，對常規(guī)電動潛油螺桿泵進行了重大改進，研究出投撈電纜式潛油螺桿泵并進行了現(xiàn)場試驗，實現(xiàn)了電纜從油管中下入和起出，解決了常規(guī)電動潛油螺桿泵動力電纜起下過程中的問題。

一、投撈電纜式潛油螺桿泵舉升技術及特點

1．系統(tǒng)組成及工作原理

投撈電纜式潛油螺桿泵舉升系統(tǒng)主要由智能控制柜、井口電纜密封器、動力電纜、電纜插接組件、潛油電機機組(潛油電機、減速器、保護器、聯(lián)軸器)、連接桿、潛油螺桿泵、進液篩管等幾部分組成，見圖1所示。地面控制柜通電后，電流通過動力電纜傳送到井下潛油電機，潛油電機輸出軸根據(jù)地面控制指令進行旋轉運動，它輸出的大扭矩通過減速器減速后再由聯(lián)軸器和連接桿后傳遞給螺桿泵轉子，帶動轉子旋轉，井下原油通過潛油電機和外襯管之間的通道進入油管，將井下原油連續(xù)舉升至地面。

2．電纜投撈工藝及配套工具

常規(guī)電動潛油螺桿泵在下泵和起泵作業(yè)時，都是使用電纜保護器將動力電纜固定在油管外壁上，動力電纜、潛油電機機組和螺桿泵隨油管一起下入和起出。投撈電纜式潛油螺桿泵下泵時，首先將潛油電機機組和潛油螺桿泵隨著油管下入井內(nèi)，然后再使用電纜絞車將動力電纜從油管中下入，動力電纜下部通過潛油電機上部的導流槽后，與井下的潛油電機相連接;起泵與下泵作業(yè)程序相反，先將動力電纜從井底提出，然后再將潛油電機機組和潛油螺桿泵隨油管一同提出。

圖1投撈電纜式潛油螺桿泵舉升管柱

研制的特殊F46鋼絲鎧裝潛油動力電纜，外徑27 mm、耐電壓4 kV、可承重15 t、耐溫205℃、耐壓20 MPa。插接組件位于潛油電機的上部，由插頭和插座及特種密封組成，插頭安裝在有一定重量的插頭護罩內(nèi)，上端與動力電纜相連接。插座安裝在插座保護體內(nèi)，整個保護體內(nèi)有特種密封，保證插頭與插座的緊密接觸的同時起到與井液完全隔離的作用，保證充分絕緣。

為了滿足正常起下動力電纜作業(yè)的要求，設計了電纜絞車，提升負荷達到120 kN，剎車制動80 kN，電機功率22 kW，采用變頻方式控制起、下速度，滿足了電纜投撈的作業(yè)要求，可以節(jié)約作業(yè)時間30%以上。

3．技術特點

(1)實現(xiàn)了動力電纜在油管內(nèi)的單獨起下，具有特殊的保護功能，節(jié)約了管外捆綁電纜方式需要的電纜保護器，同時避免了繁瑣的拆裝工作，降低了成本，減少了作業(yè)時間。

(2)無桿采油技術，徹底避免了有桿泵技術管桿偏磨、斷脫問題［2］。

(3)結構優(yōu)化，舉升設備性能更可靠。改變了常規(guī)電動潛油螺桿泵的主體結構，潛油電機機組從上端驅動螺桿泵進行生產(chǎn)，井下流體經(jīng)潛油電機外側進入上部油管，可以將電機在工作工程中產(chǎn)生的熱量充分帶走，延長了電機的使用壽命。

(4)采用反旋轉專用螺桿泵，不需下入井下錨定裝置，有效避免后期排采過程中出砂卡管無法上提管柱的風險。

4．適用工況

套管≥?139.7 mm;運行溫度≤120℃;排量范圍1～60 m3/d;揚程≤2 000 m;含砂≤5%;50℃地面脫氣原油黏度≤5 000 mPa·s;氣液比幾乎不受限制;適用于直井、定向井、水平井［3］。

二、現(xiàn)場應用及效果分析

2017年7月至11月，現(xiàn)場共實施5口井，其中3口定向井，2口直井，均為?178 mm套管，平均泵掛深度1 370．2 m，至目前生產(chǎn)正常。潛油電機型號為QY114－11kW，額定電壓380 V，額定功率11 kW，額定電流35 A，額定轉速500 r/min，轉速調(diào)節(jié)范圍為50～500 r/min。潛油螺桿泵型號為QYLB40－42，理論揚程2 000 m，排量可在1～60 m3/d范圍內(nèi)實現(xiàn)精細調(diào)節(jié)。

1．檢泵作業(yè)對比

與常規(guī)潛油螺桿泵技術相比，可投撈電纜技術改變了動力電纜的入井方式，實現(xiàn)了動力電纜的連續(xù)起下，避免了繁瑣的拆裝電纜保護器工作，徹底解決了起下管柱過程中動力電纜與套管內(nèi)壁剮蹭、磕碰造成的問題。以現(xiàn)場泵掛1 500 m的油井為例，可節(jié)約修井作業(yè)時間12～18 h，增加了油井的有效生產(chǎn)時率。

2．生產(chǎn)效果指標對比

從表1可以看出，投撈電纜式潛油螺桿泵平均泵效為67．7%，常規(guī)潛油螺桿泵平均泵效為68.2%，遠高于游梁式有桿泵24．6%的平均泵效，對于稠油開采具有良好的適應性。目前，5口投撈電纜式潛油螺桿泵井的平均沉沒度為980 m，有上調(diào)生產(chǎn)參數(shù)提高產(chǎn)量的潛力。

3．節(jié)能效果

2017年7月12日至13日，對2口游梁式有桿泵井、2口常規(guī)電動潛油螺桿泵井和2口投撈電纜式潛油螺桿泵井進行了測試，結果見表2。

表1不同舉升方式應用效果統(tǒng)計表

表2不同舉升方式測試結果對比表

從表2可以看出，投撈電纜式潛油螺桿泵和常規(guī)電動潛油螺桿泵的產(chǎn)液單耗均在17 kWh/t左右，遠低于游梁式有桿泵的23．81 kWh/t，與之相比產(chǎn)液單耗下降了約30%，節(jié)能效果顯著。

三、結論及建議

(1)成功進行了5口井的現(xiàn)場試驗，與常規(guī)潛油螺桿泵技術相比，特殊的動力電纜投撈技術實現(xiàn)了起下過程中對動力電纜的保護，也提高了檢泵作業(yè)效率。

(2)與游梁式有桿泵相比，徹底避免了管桿偏磨、斷脫問題的發(fā)生［4］。

(3)節(jié)能效果顯著。與游梁式有桿泵相比，產(chǎn)液單耗降低30%以上。

(4)參數(shù)調(diào)節(jié)簡單，易于實現(xiàn)舉升系統(tǒng)的優(yōu)化運行，有助于提高開采效益［5］。

(5)擴大現(xiàn)場應用數(shù)量，以形成規(guī)模效益。