浅谈电潜泵举升系统现状

浅谈电潜泵举升系统现状
1、张雪梅
2、杨忠波
摘要：随着科技的日新月异, 在石油行业中有着重要应用地位的电潜泵举升技术得到了长足的进步。如：现场应用效果良好的双电潜泵举升技术；可替代有杆泵的低排量高效电潜泵；适用于高含气油井的大排量气体分离器；工作温度达260℃ 的耐高温电潜泵；可实时连续测量井下多项参数的Smart Guard电泵测试系统和Phoenix井下监测装置；可优化电泵系统和提高油井产量的电潜泵监测及自动化系统等。
关键词：石油、人工举升、电潜泵

引言
油田开发过程中，地层能量逐渐消耗，油井最终会停止自喷。由于地层的地质特点，有的油井一开始就不能自喷。对于上述不能自喷的油井，必须用人工举升的方法给油流补充能量，将井底的原油开采出来，方法可分为气举法和抽油法两大类。抽油法中最核心的设备技术系统是电潜泵举升技术系统，在海上钻井平台应用极其广泛。目前，以Schlumberg公司和Baker Hughes公司为代表的世界各大石油服务公司推出了一系列电潜泵举升系统的新技术和新装备，本文谈到的是当今一些电潜泵举升系统方面的最新设备和技术。
一、双电潜泵采油技术
前几年BP公司在英国 WytchFarm 油田安装了购自 Schlumberger 公司的 REDA 双电潜泵装置。此装置将通过延长电潜泵的运转寿命减少修井次数 , 对于 WytchFarm 油田这样位于环境敏感地区的老油田 , 减少修井作业就是一大胜利。考虑到在采油期间油藏条件的变化 , 上部和下部电潜泵采用不同的结构组合 , 设计和安装时也考虑到将来两台泵的转换问题。生产时首先应用下部电潜泵 , 其电机功率为 125hp , 而上部电潜泵除包含 150hp 的电机外还拥有增加的泵级 , 以便在含水量增加时保持目标流量。
先进的气体处理装置将有效解决气油比随时间变化的问题。此装置还可配套安装具备 24h监测和优化功能的 Phoenix MultiSensor Ⅰ型测试仪表 , 用来测量泵入口压力、泵排出压力、入口温度、电动机绕组温度、振动和漏失等各项参数。
二、Phoenix井下监测装置
Schlumberger 的子公司 Reda 公司开发了一种名为 Phoenix的井下监测装置。该装置利用动力电缆将传感器测试的数据传送到地面 , 测试数据包括泵吸入口压力和温度、泵排出口压力、电机绕组温度、振动和漏失电流等 , 传送到地面的数据通过Schlumberger 公司的InterAct 软件进行处理和分析。安装该测试系统后技术人员可实时监测电泵机组的运行情况 , 有助于延长电泵工作寿命和提高油井产量 , 大大减小了运行成本。该系统具有以下技术特性 :
1.精确、连续地测量多项参数；
2.通过记录器在线存储历史数据；
3.系统工作电源与电泵电源相互独立；
4.数字模拟输入和输出数据；
5.用于优化电泵机组和油井生产；
6.具有纠错报警功能。
三、低排量高效泵
位于俄克拉荷马州的 Wood Group 电潜泵公司最近研制了一种低排量高效电泵系列 , 包括 TD150、TD300和TD460三个型号。这种新型电泵属于该公司 400 系列产品 , 具有流道大、排量低、效率高等特点 , 大流道的设计有助于开采低重度流体、避免气锁以及减少结垢等 , 其效率和单级扬程都居行业首位。与同级数的普通电泵相比 ,该低排量泵可降低功耗约 15%～22%。由于压头系数较高 , 在相同扬程下 , 所需级数也更少。TD150 的排量从80bbl/d 至 280bbl/d。可替代有杆泵开采产量较低的深井、斜井。低排量高效电潜泵的研发成功进一步扩大了电潜泵的应用范围 , 为人工举升提供了更多选择。
四、GasMaster 气体分离器
Centrilift 公司研制了一种名为 GasMaster 的大排量高效气体分离器。GasMas2ter 气体分离器包括旋转式和旋涡式、高排量和低排量几种型号供选择 , 以适应复杂多变的油井工况。该分离器的设计原理与常规分离器不同 , 含气量较高时 , 常规分离器无法提供足够的压力以克服系统的流量损失 , 且排较大时吸入口的设计阻碍流体通过。而高效分离器采用大角度螺旋形叶片 ,优化的叶片设计可有效处理自由气体 , 增大两相流流量。
五、耐高温电潜泵系统
Baker Hughes Centrilift 公司开发了一种耐高温电潜泵系统, 该系统适用于重质油藏蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)。耐高温电潜泵系统下井前的测试工作由 SA GD环境测试装置完成 ,它是一个耐高温、闭环的测试仪器 , 可对系统进行为期 18天的循环温度测试。主要技术性能为: 流动温度大于 500F(260℃) , 压力达到1000 lb/ in2 ,最大流量达到 27800bbl/d。
耐高温电潜泵系统的基本设计特征: ① 发动机采用特殊的内部焊接技术以应对复杂的井下工况；② 对密封部分的初步测试表明需要改进止推轴承和径向轴承、轴密封以及膨胀腔室。由于弹性和极限温度的限制 , 密封是最具挑战的设计部分； ③泵SAGD作业的温度循环特性要求设计特殊化 ,例如在磨损和腐蚀工况下必须采用特殊的焊接和涂层以延长系统工作寿命。应用 SAGD 技术时 , 在机械设计方面还需考虑级数压缩的问题； ④ 泵引发的热膨胀特殊的泵吸入口设计可减小热膨胀。
六、Smart Guard测试系统
Wood Group 电潜泵公司开发了一种名为Smart Guard测试系统, 包括井下传感器和地面接口设备 , 用于对电潜泵和地层条件进行可靠精确的实时监测。利用这套系统操作者可在地面实时跟踪井下主要设备的参数和信息 , 还可根据生产需要对输入、输出数据进行设置和筛选 ,从而降低操作费用并延长运行时间。该系统采用了当今最先进的传感工艺和校准技术 , 因此其测试准确性和测试功能都远远超越了普通压力 - 温度传感器。该测试系统利用铂电阻温度探测器和 J 型热电偶测量井筒、电机油和电机绕组的温度 , 与普通传感器相比 , 提高了压力和温度测试的精度和分辨率 , 压力测试精度达到 0.1%lb/in2 ,温度测试精度提高了0.6%℉。这套测试系统还能准确测试振动和漏失等参数 , 并及时存储测试数据 , 以备技术人员随时掌握井下机组的运行情况。
七、电潜泵监测及自动化系统
为优化电泵系统的工作寿命和提高油井产量 ,Baker Hughes Centrilift 公司发明了一款新型传感器 , 命名为“WellLIFT”传感器。该传感器可实时监测 7组井下参数 , 包括 : 吸入口压力、流体温度、电机绕组温度、仪表电子温度、X和 Y方向的振动以及排出口的压力和温度 , 同时可跟踪 17 项地面参数及诊断参数。配合 SCADA系统和互联网进行远程监测和控制可大大降低成本。配套“WellLIFT”传感器 , Centrilift 公司开发了 WellLink即一个对油井数据进行全面分类、检索、分析的服器 , 可提供电泵系统数据的录取、显示、控制以及分析等信息 , 使用标准的网络浏览器通过该服务器登录 , 就可在线获取相关油井数据。
Centrilift 公司还研发了一款实时数据分析工具 , 命名为“espExpert” (电泵专家) 。将油井数据输入 AutographPC系统 (电泵系统模拟软件组件) , 对比历史数据 , 即可准确分析目前井下工况。效率很高，施工效果好，从而备受欢迎。
结语
我国的石油钻采装备和相关技术是在引进的基础上发展起来的, 尽管有的装备已经基本实现国产化, 但是在品种规格、机组关键部位等方面与国外先进水平相比差距还很大, 而生产规模远不满足国内, 尤其是海上油田大规模开发的需求。现在我国石油钻采装备己进入飞速发展的新时期，尤其在钻采平台、钻修井模块、水下生产装备等多个方面均已有了新的发展目标，这对促进我国石油钻采装备早日实现国产化，缩小与发达国家之间的差距，保证国家的油气资源不受威胁等具有非常重要的现实意义。