同井注采倒置电泵机组开发及产业化

时间：2024-08-31

朱楠楠

摘要：目前在油田注水领域，利用潜油电泵进行油田增压注水技术，可以有多種多样，但综合起来可分为两大类，即地面方式，地下方式，地下方式可分为口袋井式或倒置式两种方式。这些增压注水方式国内外陆地油田都有应用，但针对海上油田，由于平台空间及投资的限制，地面方式及口袋井方式都不适于海上生产平台使用。而地下倒置式潜油电泵增压注水恰好满足海上油田注水的要求。通过对陆地注水工艺的重新设计使得它既可进行同井的采、注，又可便于其他井下采油工艺的实施。该研究成果实践成功后可填补国内海上油田井下倒置式潜油电泵增压注水的空白。

关键词：同井;潜油电泵;注采;倒置

1.研究目标

1）采出泵采用杆式地面螺杆泵驱动。水力旋流器为如注入泵和采出泵组之间，为静止连接。

2）水力旋流器下端连接电泵系统，电泵电机采用系列潜油电机、上下为保护器。

3）在电机及电机保护器外部设置回注水导流外壳。

4）注入泵为多级离心泵，泵工况为倒置状态，且为逆时针旋转。在泵出口需设置单向阀，防止停机作业时注水层高压水回灌。

5）传感器导压管及信号线的井下对接密封装置优化设计，对现场下井时间节省40%

6）保护器优化设计：解决设备在运转过程中电机液温度升高液体不能压缩所产生的内外腔压力不平衡等原因。

7）适应大液量、高扬程的需要：40-300m3/d排量，注入扬程15-40MPa;

2.项目创新点及拟解决的关键技术问题

1）新型同井注采装置通过吸入机构和防砂管装置滤网过滤掉井液中直径较大的砂粒，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，使易结垢的矿物质分子结构改变，达到防垢的目的。

2）采用超细晶粒硬质合金用于摩擦副材料，降低摩擦副的摩擦系数，提高抗沙能力和延长寿命。

3）研制圆环式扶正器，提高叶轮运转的平稳性，减少了叶轮和导壳之间轴向和径向的磨损，达到提高泵效和延长寿命的目的。

4）实现同一口井注、采模式，可有效解决海上平台其他井下采油工艺实施困难的问题。

5）该研究成果实践成功后可填补国内海上油田井下倒置式潜油电泵增压注水的空白。

3.研究方法和工艺技术路线

1）技术原理

该倒置式潜油电泵机组的油田在于能够实现同井水采、注，以及方便采取其他作业工艺措施。为了解决全开阀运行，我们进行了一系列的方案确定，根据离心泵的特性泵在大流量运行中易产生震动，叶导轮本身的轴向力较大，叶轮上盖很容易磨损，如果流量偏小叶轮向下的轴向力较大叶轮下盖容易损坏。在研发中也试图用减压孔来调整也没有达到理想状态。经过反复研究我们准备利用压紧泵和调整变频的方式来解决离心泵偏离工况运行的难题。利用高精度关键部件更好的实现全压紧泵的结构可靠性。实现无控制阀门正常运行的优势。

2）倒置式潜油电泵机组的技术原理为：

①将倒置式潜油电泵机组按连接顺序下井，机组的大体安放位置应在水源以下和注水层以上，并保证泵吸入口的足够水压头供液。

②地面由动力电缆传递给倒置潜油电机。

为了实现潜油电泵倒置注水，采用上节电机正常的工作条件，把电机的尾部作为传递动力源的结构。下面配置一台特殊设计的保护器来解决泵轴向力的问题。同时采取非标准配置实现外部设置导流外壳。引接电缆引出方式。考虑到当机组停机时温度降低电机内油品体积缩小，电机上部可能会出现缺油现象，为此专门设计了上部保护器解决油品补充问题。

③水源由泵上部的吸入口被倒置注水泵吸入泵内，经逐级增压后由倒置泵下部的排出口排到封隔器以下的油管中，再注入水层。

④井下压力传感器

作为保证机组正常运行的信息传输部件井下压力传感器起着关键作用。难点在于下井作业时信号线容易受到损伤，为此我们将电机封星点作为信号线引入点。通过动力电缆传输至地面，使信号线长度大幅缩短，安全性得到提高。

⑤导流外壳

主要考虑过流面积是否适用，导流外壳内孔与电机保护器外壁的环形空间的过流面积为1200平方毫米。叶轮进液口的过流面积为600平方毫米。250方/天的泵过流面积符合使用要求。

⑥下保护器

全压紧泵最大的缺点是轴向力很大。比如：130-250方/1000米泵型，实际轴向力为1.2吨，如果克服此轴向力采用通用止推轴承是不能满足的（普通止推轴承承载力为0.46吨）为了解决这个问题我们设计为高止推轴承，承载力为2吨，这样可以更好的解决泵轴向力问题。

3）工艺路线

4）工作系统

采用水利旋流器进行油水分离，分离后的水通过导流外壳接头进入导流外壳环形空间，经过上保护器——电机——下保护器——进液段等部分进入离心泵，通过离心泵作功升压将井液注入注水层。密封采用封隔器，井下压力流量数据采用井下传感器传输到地面。

5）主要性能指标如下：

①潜油电泵注水量：30-1000m3/d