同井注采倒置電泵機(jī)組開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

朱楠楠

摘 要：目前在油田注水領(lǐng)域，利用潛油電泵進(jìn)行油田增壓注水技術(shù)，可以有多種多樣，但綜合起來可分為兩大類，即地面方式，地下方式，地下方式可分為口袋井式或倒置式兩種方式。這些增壓注水方式國內(nèi)外陸地油田都有應(yīng)用，但針對海上油田，由于平臺空間及投資的限制，地面方式及口袋井方式都不適于海上生產(chǎn)平臺使用。而地下倒置式潛油電泵增壓注水恰好滿足海上油田注水的要求。通過對陸地注水工藝的重新設(shè)計(jì)使得它既可進(jìn)行同井的采、注，又可便于其他井下采油工藝的實(shí)施。該研究成果實(shí)踐成功后可填補(bǔ)國內(nèi)海上油田井下倒置式潛油電泵增壓注水的空白。

關(guān)鍵詞：同井;潛油電泵;注采;倒置

1.研究目標(biāo)

1）采出泵采用桿式地面螺桿泵驅(qū)動。 水力旋流器為如注入泵和采出泵組之間，為靜止連接。

2）水力旋流器下端連接電泵系統(tǒng)，電泵電機(jī)采用系列潛油電機(jī)、上下為保護(hù)器。

3）在電機(jī)及電機(jī)保護(hù)器外部設(shè)置回注水導(dǎo)流外殼。

4）注入泵為多級離心泵，泵工況為倒置狀態(tài)，且為逆時針旋轉(zhuǎn)。在泵出口需設(shè)置單向閥，防止停機(jī)作業(yè)時注水層高壓水回灌。

5） 傳感器導(dǎo)壓管及信號線的井下對接密封裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，對現(xiàn)場下井時間節(jié)省40%

6）保護(hù)器優(yōu)化設(shè)計(jì)：解決設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中電機(jī)液溫度升高液體不能壓縮所產(chǎn)生的內(nèi)外腔壓力不平衡等原因。

7）適應(yīng)大液量、高揚(yáng)程的需要：40-300m3/d排量，注入揚(yáng)程15-40MPa;

2.項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

1）新型同井注采裝置通過吸入機(jī)構(gòu)和防砂管裝置濾網(wǎng)過濾掉井液中直徑較大的砂粒，起到了降砂防砂的作用;井液在磁化防垢器中得到全部磁化，使易結(jié)垢的礦物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變，達(dá)到防垢的目的。

2）采用超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金用于摩擦副材料，降低摩擦副的摩擦系數(shù)，提高抗沙能力和延長壽命。

3）研制圓環(huán)式扶正器，提高葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，減少了葉輪和導(dǎo)殼之間軸向和徑向的磨損，達(dá)到提高泵效和延長壽命的目的。

4）實(shí)現(xiàn)同一口井注、采模式，可有效解決海上平臺其他井下采油工藝實(shí)施困難的問題。

5）該研究成果實(shí)踐成功后可填補(bǔ)國內(nèi)海上油田井下倒置式潛油電泵增壓注水的空白。

3.研究方法和工藝技術(shù)路線

1）技術(shù)原理

該倒置式潛油電泵機(jī)組的油田在于能夠?qū)崿F(xiàn)同井水采、注，以及方便采取其他作業(yè)工藝措施。為了解決全開閥運(yùn)行，我們進(jìn)行了一系列的方案確定，根據(jù)離心泵的特性泵在大流量運(yùn)行中易產(chǎn)生震動，葉導(dǎo)輪本身的軸向力較大，葉輪上蓋很容易磨損，如果流量偏小葉輪向下的軸向力較大葉輪下蓋容易損壞。在研發(fā)中也試圖用減壓孔來調(diào)整也沒有達(dá)到理想狀態(tài)。經(jīng)過反復(fù)研究我們準(zhǔn)備利用壓緊泵和調(diào)整變頻的方式來解決離心泵偏離工況運(yùn)行的難題。利用高精度關(guān)鍵部件更好的實(shí)現(xiàn)全壓緊泵的結(jié)構(gòu)可靠性。實(shí)現(xiàn)無控制閥門正常運(yùn)行的優(yōu)勢。

2）倒置式潛油電泵機(jī)組的技術(shù)原理為：

①將倒置式潛油電泵機(jī)組按連接順序下井，機(jī)組的大體安放位置應(yīng)在水源以下和注水層以上，并保證泵吸入口的足夠水壓頭供液。

②地面由動力電纜傳遞給倒置潛油電機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)潛油電泵倒置注水，采用上節(jié)電機(jī)正常的工作條件，把電機(jī)的尾部作為傳遞動力源的結(jié)構(gòu)。下面配置一臺特殊設(shè)計(jì)的保護(hù)器來解決泵軸向力的問題。同時采取非標(biāo)準(zhǔn)配置實(shí)現(xiàn)外部設(shè)置導(dǎo)流外殼。引接電纜引出方式?？紤]到當(dāng)機(jī)組停機(jī)時溫度降低電機(jī)內(nèi)油品體積縮小，電機(jī)上部可能會出現(xiàn)缺油現(xiàn)象，為此專門設(shè)計(jì)了上部保護(hù)器解決油品補(bǔ)充問題。

③水源由泵上部的吸入口被倒置注水泵吸入泵內(nèi)，經(jīng)逐級增壓后由倒置泵下部的排出口排到封隔器以下的油管中，再注入水層。

④井下壓力傳感器

作為保證機(jī)組正常運(yùn)行的信息傳輸部件井下壓力傳感器起著關(guān)鍵作用。難點(diǎn)在于下井作業(yè)時信號線容易受到損傷，為此我們將電機(jī)封星點(diǎn)作為信號線引入點(diǎn)。通過動力電纜傳輸至地面，使信號線長度大幅縮短，安全性得到提高。

⑤導(dǎo)流外殼

主要考慮過流面積是否適用，導(dǎo)流外殼內(nèi)孔與電機(jī)保護(hù)器外壁的環(huán)形空間的過流面積為1200平方毫米。葉輪進(jìn)液口的過流面積為600平方毫米。250方/天的泵過流面積符合使用要求。

⑥下保護(hù)器

全壓緊泵最大的缺點(diǎn)是軸向力很大。比如：130-250方/1000米泵型，實(shí)際軸向力為1.2噸，如果克服此軸向力采用通用止推軸承是不能滿足的（普通止推軸承承載力為0.46噸）為了解決這個問題我們設(shè)計(jì)為高止推軸承，承載力為2噸，這樣可以更好的解決泵軸向力問題。

3）工藝路線

4）工作系統(tǒng)

采用水利旋流器進(jìn)行油水分離，分離后的水通過導(dǎo)流外殼接頭進(jìn)入導(dǎo)流外殼環(huán)形空間，經(jīng)過上保護(hù)器——電機(jī)——下保護(hù)器——進(jìn)液段等部分進(jìn)入離心泵，通過離心泵作功升壓將井液注入注水層。密封采用封隔器，井下壓力流量數(shù)據(jù)采用井下傳感器傳輸?shù)降孛妗?/p>

5）主要性能指標(biāo)如下：

①潛油電泵注水量：30-1000m3/d

②增注壓力：5-28MPa

③電機(jī)功率：5-110KW

④檢泵周期：>180天

同井注采是一種非常先進(jìn)的理念，是石油行業(yè)的一次技術(shù)革命。主要特點(diǎn)有節(jié)能環(huán)保，避免地面的二次污染，簡化地面工藝流程，適用范圍廣等。目前國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)都作為課題進(jìn)行研究，都沒有太可靠的技術(shù)手段進(jìn)行推廣，可見其具有極大的難度。

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