潛油電泵

我國自1981年引進潛油電泵技術以來已有30多年的歷史，潛油電泵作為重要的機械採油設備在油田得到了廣泛應用。潛油電泵已發展為不再以單一的設備存在，而是以一整套系統存在。

1、潛油電泵系統硬件包括：

井下温壓測控裝置、潛油電機、保護器、分離器/吸入口、潛油離心泵、單流閥與泄油閥組合、潛油電纜、控制櫃/變頻器、接線盒、變壓器等構成。

2、潛油電泵系統的軟件包括：

潛油電泵應用前井況分析程序、潛油電泵選泵優化程序、潛油電泵監控程序、潛油電泵運行數據統計程序、潛油電泵系統故障分析程序等。

潛油電泵系統的作用是實現高揚程、大排量的流體舉升。

潛油電泵由三部分組成: 井下部分, 地面部分和聯繫井下、地面的中間部分。井下部分是潛油電泵的主要機組, 它由多級離心泵、保護器和潛油電動機三個部分組成, 起着抽油的主要作用。其佈置方法一般是多級離心泵在上面, 保護器在中間, 潛油電動機在下面, 三者的軸用花鍵聯結, 三者的外殼用法蘭聯結。有些潛油電動機下部還裝有井底壓力探測器, 測定井底壓力和液麪升降情況, 將信號傳送給地面控制儀表。地面部分是由控制屏、變壓器及輔助設備( 電纜滾筒、導向輪、井口支座和掛墊等) 組成。控制屏可用手動或自動開關來控制潛油電泵工作, 同時保護潛油電機, 防止電機—電纜系統短路和電機過載。變壓器用以將電網電壓( 380 V) 提高到保證電機工作所需要的計算電壓( 考慮到電纜中的電壓降)。輔助設備包括潛油電泵運輸、安裝及操作用的輔助工具和設備。

中間部分由特殊結構的電纜和油管組成。將電流從地面部分傳送給井下部分, 採用特殊結構的電纜。電纜具有圓電纜和扁電纜兩種形式。在油井中, 圓電纜和油管外表面固定在一起, 而扁電纜則和泵、保護器外殼固定在一起。採用扁電纜可使機組外部尺寸減小。將油流從井下提升到地面, 採用普通油管。利用鋼帶將電纜固定在油管、泵和保護器上。

1）大排量採液是這種採油方法的主要優點。但是，潛油電泵也經常應用於產液量比較低的油井。

2）這種泵能夠把油井中位於上部水層的水轉註到下部的注水層中。

3）操作簡單，管理方便，在市區應用有得於美化環境、減少噪音。

4）能夠較好地運用於斜井、水平井以及海上採油。

5）容易處理腐蝕和結蠟。

6）容易安裝井下壓力及温度等測試裝置，並通過電纜將測試信號傳遞到地面，進行測量讀數。

7）為適應油井產量遞減或發生變化，可採用變頻裝置調節電源頻率來實現，但投入費用較高。

8）免修期較長，油井生產時效相對比較高。 ^[1] 

1）潛油電泵下入深度受電機額定功率的限制，套管尺寸和井底高温時潛油電泵的下入深度受到限制。大型高功率設備沒有足夠的環形突然空間冷卻電機，會縮短電機的使用壽命。

2）由於多級大功率潛油功率比較昂貴，使得初期投資比較高，特別是電纜的費用較高。如果需要搞腐蝕或耐高温，則費用會更高。

3）由於整套裝置都安裝在井下，一旦出現故障，需要起出全部管柱進行修理，導致作業費用增加和停產時間過長。

4）井下高温容易使電纜出現故障，高温、腐蝕和磨損可能造成電機損害。高氣油比會使升舉故障降低，而且會因氣鎖使泵發生故障。

5）動力源僅適應採用電源。 ^[2] 

為了合理地選擇潛油電泵, 使其運行最可靠及最經濟, 一般應遵循下列原則:

(1 ) 泵的額定排量與油井產能相匹配, 額定揚程必須等於油井的總動壓頭;

(2 ) 保證潛油電泵在最佳排量範圍內工作, 使泵效儘可能達到最高;

(3 ) 潛油電機的輸出功率必須滿足泵舉升液體所需要的功率;

(4 ) 在保證套管尺寸要求的情況下, 電纜、控制屏和變壓器容量選擇要稍大一些。

影響潛油電泵工作特性的因素很多, 但總的來説可以歸納為三大類: 第一類是供給電力的動力源; 第二類是被舉升液體的性質; 第三類是雜質、砂、蠟等因素的影響。這些因素的影響將會導致以下後果: 第一是抽油效果變差; 第二是運轉壽命減短; 第三是機組損壞率增高。

根據注水油田高含水期開發階段的特點, 油田逐步轉抽是保持油田穩產的主要措施之一。在油田逐步轉抽過程中, 井底流壓將大幅度下降。這樣在油井生產過程中, 流壓一般都在飽和壓力以下, 流飽壓差負值很大, 原油在井底甚至在油層內部就開始大量脱氣, 使井液中含有大量的遊離氣體, 從而進入多級離心泵的氣體體積也大大增加。潛油電泵是一種多級離心泵, 在運轉過程中, 如果井液中含有大量的遊離氣體, 將嚴重影響潛油電泵的工作特性———揚程、排量及效率將會下降。若遊離氣體過多, 葉輪流道的大部分空間被氣體佔據, 將使離心泵停止排液,

關於遊離氣體對離心泵工作特性的影響, 國內還沒有進行很多的研究和試驗。從現場實際使用情況來看, 氣量過大, 電泵工作不穩定, 排量下降, 地面所記錄的電流波動比較大, 機組欠載嚴重, 使潛油電泵不能正常工作。國外在這方面已做了大量的試驗和研究。前蘇聯所做的試驗表明: 160 m³/ d 電泵在氣液比為4%時, 泵就不能正常工作, 700 m³/ d 電泵在氣液比為10%時將不能正常工作。

美國用水—空氣和柴油—二氧化碳所做的試驗結果得出以下結論:

(1 ) 當泵吸入口遊離氣體超過某一臨界值, 且排量又低於某一點時, 泵的揚程將會出現嚴重波動。

(2 ) 在泵吸入口壓力較低的情況下, 當排量超過某一點時, 由於氣穴, 零揚程排量和揚程曲線將逐漸下降; 而當泵吸入口壓力增加, 氣體體積縮小時, 曲線又向上接近純液體的曲線, 但要比純液體曲線較低。

(3 ) 在試驗中某一點, 混合葉輪的特性比徑向葉輪的特性好。但當遊離氣體積超過某一臨界值時, 混合葉輪的特性同樣也會出現波動。

(4 ) 試驗的結果表明了計算泵吸入口含氣量的必要性,通過計算可以為泵和分離器的合理選擇提供必要的參數, 以便使電泵在最佳工況下工作。

大多數潛油電泵是根據用標準狀態下的水所做的泵特性曲線進行選擇的, 並未考慮井液和水粘度不同對特性曲線的影響。由於潛油電泵最初是應用在水井或系統相似的高含水油井中, 所以這樣的選擇還是比較恰當的。 特別是低含水井井液粘度對泵工作特性的影響越來越受到世界各油田的重視, 人們發現, 當泵在粘度比較大的原油中工作時, 其工作特性比所期望的工作特性要差得多。

維護供電系統的完善性, 並且對供電系統的不完善性採取必要的措施, 人為消除這種不完善性對潛油電泵系統的影響, 將是延長機組運轉壽命、提高其經濟效益的關鍵之一。

供電系統的不完善性主要表現為: 三相電壓的不平衡、不規則的電壓值、瞬間電壓波動及供電系統的頻繁中斷等。這些都將嚴重影響潛油電機的工作特性, 並使其運轉壽命縮短。

1、在一般情況下, 防止和消除氣體影響的措施有以下幾種:

(1 ) 安裝油氣分離器及套管放氣閥。潛油電泵油氣分離器共分兩種, 即沉降式分離器和旋轉式分離器。通過分離器的作用,將氣體從井液中分離出來, 進入油套環形空間, 再經套管放氣閥放氣進入輸油幹線, 從而使進入多級離心泵的氣體減少。如果含氣量較小, 泵吸入口氣液比在10% 以內, 則選用沉降式分離器, 它能分離出總氣量的37%左右。如果氣量較大, 泵吸入口氣液比在10%～30% ,則選用旋轉式分離器, 其分離效率可達90%以上。

(2 ) 加大泵掛深度。加大泵掛深度可增加泵吸入口壓力, 使原油在泵吸入口脱氣量減少, 這樣就可消除一部分氣體對泵工作特性的影響。對於套管尺寸大於177.8 mm 的油井可給吸入口以下部分加上一個罩子, 以解決電機的散熱問題, 把機組下到油層中部以下, 將能取得更好的效果。

(3 ) 採用組合泵(錐形泵)。利用混合葉輪進行分級選泵, 泵底部使用大排量的葉輪,頂部選用排量較小的葉輪。這樣泵底部的葉輪的作用和壓縮機相似, 通過底部葉輪的作用,將遊離氣體壓縮成溶解狀態。在這種情況下, 當液體離開葉輪進入油管後, 將膨脹產生一個舉升作用, 這樣將減少氣體的影響。

2、實際上, 泵機組在井中運行時散發出的熱量將提高井液的温度, 從而可以降低粘度對泵工作特性的影響。另外在油田生產時, 可以給井液中加入破乳劑進行破乳以消除粘度的影響, 這些問題應該在選泵時給予考慮。實際的油田生產資料和理論計算結果的對比, 將對特殊井和實際的粘度問題得出比較好的校正, 從而減少粘度對泵工作特性的影響。 ^[3]