聚驅(qū)寬流道潛油電泵的研究與現(xiàn)場試驗

冷德富

(中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江大慶163113)

聚驅(qū)寬流道潛油電泵的研究與現(xiàn)場試驗

冷德富

(中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江大慶163113)

在薩北油田潛油電泵是水驅(qū)階段機(jī)械采油的重要工具,隨著電泵井含聚濃度上升,生產(chǎn)情況也發(fā)生了變化,出現(xiàn)機(jī)組產(chǎn)液量和排量效率下降、滑脫系數(shù)增大等現(xiàn)象。為此,在深入認(rèn)識聚驅(qū)采出液和寬流道潛油電泵工藝技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,發(fā)展和完善了潛油電泵采油工藝技術(shù),現(xiàn)場應(yīng)用表明,寬流道潛油電泵能滿足聚合物驅(qū)階段采出液的抽吸要求。

潛油電泵;排量效率;滑脫系數(shù);寬流道潛油電泵

電動潛油離心泵簡稱電潛泵或電泵,是將電動機(jī)和多級離心泵一起下入油井液面以下進(jìn)行抽油的舉升設(shè)備[1]。聚合物驅(qū)電泵井應(yīng)用情況表明,隨著聚合物注入體積的增加,產(chǎn)液指數(shù)下降,油井采出液性質(zhì)與水驅(qū)相比有較大差異,電泵排量效率隨采出液中含聚合物濃度增加而降低,功耗增大。因此,我們對電泵井見聚濃度與排量效率的關(guān)系進(jìn)行了分析,制定相應(yīng)的措施,以減少產(chǎn)量損失[2]。

1 潛油電泵應(yīng)用存在問題及原因分析

薩北油田聚驅(qū)采出井占總井?dāng)?shù)的16.5%,因此,電泵采油在聚驅(qū)采油工藝中具有重要的地位。隨著見聚濃度的上升,潛油電泵應(yīng)用存在一些問題,對這些問題進(jìn)行分析認(rèn)為,主要包括以下幾個方面。

(1)生產(chǎn)情況發(fā)生變化。隨采出液中聚合物濃度的上升,機(jī)組產(chǎn)液量和排量效率呈下降趨勢。主要由于注入井在注入過程中,增加了注入水的粘度,使油層對聚合物吸附捕集而引起滲透率下降,導(dǎo)致壓力傳導(dǎo)能力變差,電泵井產(chǎn)液能力下降。

(2)滑脫系數(shù)增大,導(dǎo)致排量效率下降。由于聚丙烯酞胺分子的螺旋結(jié)構(gòu),聚合物在流動可具有部分彈性,其彈性變形符合虎克定律,呈線性粘彈性行為。由于聚合物這種彈性性能,在流動過程中具有一定的滑脫效應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致電泵排量效率下降。

(3)井液粘度增加,導(dǎo)致排量效率下降。首先,聚驅(qū)電泵井由于井液物性的變化,粘度增加,分離出的氣體運(yùn)動阻力增加,粘度達(dá)到一定值后,氣體或泡沫將不上浮,造成油氣分離器內(nèi)氣液比過高,機(jī)組不能工作于排量—揚(yáng)程曲線上,造成排量效率下降的局面。其次,抽轉(zhuǎn)或電泵井換大泵生產(chǎn)后,改善了采出井沉沒度較高的生產(chǎn)狀況,但是仍然有部分電泵井沉沒度值較高,而且在聚驅(qū)見聚濃度高的電泵井上尤其明顯[3]。

(4)見聚濃度上升導(dǎo)致葉輪腐蝕,漏失率增加。隨著電泵井見聚濃度升高,電泵井的部件腐蝕加劇,導(dǎo)致電泵井漏失。聚合物對電泵井的葉輪有較強(qiáng)的腐蝕作用,見聚濃度不同,對電泵井葉輪的腐蝕程度也不同,從而導(dǎo)致電泵井不同程度地存在漏失。

針對上述存在的問題,對電泵井的檢泵周期縮短、排量效率下降和能耗較大的問題進(jìn)行分析,并開展了聚驅(qū)寬流道潛油電泵的技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗。

2 寬流道電泵的結(jié)構(gòu)與技術(shù)原理

2.1 寬流道電泵的結(jié)構(gòu)組成

聚驅(qū)寬流道潛油電泵有七個部分組成:潛油電機(jī)、保護(hù)器、分離器、潛油泵、潛油電纜、控制柜和變壓器。與其配套使用的還有小扁電纜護(hù)罩、電纜卡子、單流閥、泄油閥等。

2.2 寬流道電泵的技術(shù)原理

潛油泵實(shí)際使用中的排量降低,是因為聚合物改變了井液液體的性質(zhì),在同樣的幾何尺寸和工況條件下,聚合物液體與普通井液相比,單位時間的過流量減少,所以與普通潛油電泵相比,葉導(dǎo)輪幾何尺寸要求改變設(shè)計,設(shè)計寬流道結(jié)構(gòu)的葉導(dǎo)輪。該套100m3/d機(jī)組的流道與普通200m3/d機(jī)組相似,很大程度上提高了過流能力,主要技術(shù)包括以下幾點(diǎn)。

(1)拓寬流道的葉導(dǎo)輪。普通葉導(dǎo)輪的通流面積是針對清水性質(zhì)、粘度較低的液體而開發(fā)設(shè)計的,過流面積小,達(dá)到設(shè)計需要的流量時,軸面流速較大[4]。對于含有聚合物井液的這樣非牛頓液體,由于與流道邊界阻滯作用大、液體之間的牽扯作用強(qiáng)、速度梯度變化會產(chǎn)生較大的內(nèi)摩擦應(yīng)力,并且長分子鏈也不利于液體在泵內(nèi)流動,所以葉導(dǎo)輪在相同轉(zhuǎn)速下軸流速降低,葉導(dǎo)輪抽吸量降低使聚合物葉導(dǎo)輪達(dá)到相同的流量,需對聚合物葉輪進(jìn)行大流道的設(shè)計,與普通的葉導(dǎo)輪相比,其流道面積平均增加50%左右。聚合物葉導(dǎo)輪不僅增加了流道面積,也增加了有功功率,降低了無功功率,提高了泵效,同時也拓寬了葉導(dǎo)輪的高效區(qū)。

(2)葉導(dǎo)輪表面采用涂層處理技術(shù)。在設(shè)計新型的大流道葉導(dǎo)輪基礎(chǔ)上,對葉導(dǎo)輪表面進(jìn)行了表面涂層處理,以降低摩擦、減少流道邊界阻滯力,同時減少了在聚合物井液中葉導(dǎo)輪的結(jié)垢,并且表面涂層具有橫向的紋理結(jié)構(gòu),可以增加對液體的推動作用。

(3)提高了對液體的吸入能力。潛油電泵的吸入能力是由泵的吸入口壓力和吸入口的過流能力決定的。在聚合物吸入口的設(shè)計中,著重改善吸入口的過流能力。首先在保證吸入口強(qiáng)度的情況下增加吸入口的過流面積,其同等型號的吸入口相比,過流面積增加了2 119.5mm2,達(dá)到了4 000mm2。其次是改變了吸入口的流動方向,使液流流向與軸向夾角由通常的69.6°降低為的45°,減少吸入液體與轉(zhuǎn)動軸的沖擊損失,同時減少了液體流動轉(zhuǎn)角,使的聚合物液體的吸入過程阻力損失降低。那么在同樣的吸入口壓力下,聚合物泵與普通泵相比,吸入部分的過流能力獲得了增加。

(4)增強(qiáng)聚合物泵軸的承載功率。與水驅(qū)相比,抽吸含聚合物的高含水井液,在同樣的揚(yáng)程和流量下,潛油泵消耗的軸功率增強(qiáng),普通潛油電泵排量為50～425m3/d,泵的軸徑為φ17.4mm,而聚合物泵從排量250m3/d開始,泵的軸徑設(shè)計為φ22.2mm,承載的軸功率增加了30%,保證了實(shí)際使用的需要。

3 室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用效果

3.1 室內(nèi)試驗

室內(nèi)試驗表明:寬流道抽聚電泵比較適合抽汲含聚粘稠液體,在抽汲含聚液體時,單級揚(yáng)程增加0.2m,排量效率提高5.1個百分點(diǎn)。同時,對薩北油田聚驅(qū)10口井排量效率隨含聚濃度變化的情況進(jìn)行了試驗和分析,結(jié)果表明,當(dāng)含聚濃度小于300 mg/L時,平均排量效率為89.9%;當(dāng)含聚濃度在300～500mg/L時,平均排量效率62.1%;當(dāng)含聚濃度大于500mg/L時,平均排量效率60.1%。

由分析結(jié)果可以看出:采出液含聚濃度超過300mg/L時,對電泵井排量效率影響很大,隨著含聚濃度升高,排量效率呈下降趨勢。因此,對于檢、換泵的電泵井,當(dāng)采出液含聚濃度高于300mg/L時,均下入大流道抽聚電泵,以減小混合粘度對機(jī)組的影響,提高排液能力,從而提高了泵的排量效率。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

聚驅(qū)井共應(yīng)用寬流道電泵23口井,對比10口井換泵前后生產(chǎn)情況可以看出,排量效率由93.1%提高到101.08%,提高了8.7個百分點(diǎn)。以3-D4-P56井為例。該井原來下普通電泵,檢泵下寬流道電泵后,初期排量效率由85.8%提高到97.3%,提高了11.5個百分點(diǎn);液面由516m下降到602 m。目前排量效率為92.9%,與措施前相比仍提高了7.1個百分點(diǎn);液面已降至682m(表1)。

通過寬流道電泵應(yīng)用情況,我們分析出排量效率增加值隨產(chǎn)出液聚合物濃度變化關(guān)系。寬流道電泵與普通機(jī)組相比,隨著聚合物濃度的增加,寬流道電泵排量效率明顯高于普通電泵排量效率,且聚合物濃度達(dá)到300mg/L,排量效率增加幅度開始增大,聚合物濃度達(dá)到800mg/L以后,排量效率增加值呈下降趨勢。

4 取得的認(rèn)識

(1)寬流道電泵具有了適應(yīng)聚驅(qū)高粘度液體的潛油電泵葉導(dǎo)輪,減少了滑脫損失,提高了離心泵的攜液能力。在現(xiàn)場應(yīng)用過程中,取得了顯著效果,排量效率較普通離心泵提高9個百分點(diǎn)以上。

(2)聚驅(qū)寬流道電泵能夠在一定程度上延長電泵井的檢泵周期、提高排量效率和降低能耗。

(3)在聚驅(qū)生產(chǎn)階段,寬流道電泵是改善電泵機(jī)組工作條件的有效方法之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。

(4)隨著聚合物濃度的增加,寬流道電泵排量效率明顯高于普通電泵排量效率,且聚合物濃度達(dá)到300mg/L,排量效率增加幅度開始增大,聚合物濃度達(dá)到800mg/L以后,排量效率增加值呈下降趨勢。

表1 應(yīng)用寬流道電泵井生產(chǎn)情況統(tǒng)計

[1]梅思杰,邵永實(shí),劉軍,等.潛油電泵技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:93-134

[2]趙春民,工則賓.潛油電泵系統(tǒng)的能耗分析[J].油田地面工程,2005,24(4):33-34

[3]石在紅,李波,崔斌,等.電潛泵井生產(chǎn)動態(tài)分析[J].石油學(xué)報,2003,24(1):100-104

[4]張玉斌,于海春.潛油電泵機(jī)組可靠性研究[J].石油學(xué)報,2003,24(4):103-107

編輯:李金華

TE833

A

1673-8217(2010)01-0110-03

2009-07-29

冷德富,1979年生,2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油氣田開發(fā)工程專業(yè),現(xiàn)從事聚驅(qū)機(jī)采井動態(tài)分析工作。