电动潜油螺杆泵举升工艺技术优化 研究与应用

陈 锐 韩岐清 郑小雄 韩 涛

中国石油大港油田公司采油工艺研究院,天津 300280

0 前言

受油稠、井眼轨迹复杂等因素交织影响,常规有杆泵举升工艺在稠油井生产过程中杆管偏磨等问题突出,油井难以实现长效生产。电动潜油螺杆泵举升工艺系统效率高，生产运行参数调节便捷，维护管理方便,已在各油田稠油油井中得到推广应用。韩胜华等人[1-9]研究形成的电动潜油螺杆泵举升工艺基本解决了稠油油井杆管偏磨等问题,但因其对适应的举升扬程及原油黏度还存在技术局限性,目前还无法满足泵挂较深的特稠油井生产需要。

基于前人研究形成的电动潜油螺杆泵举升工艺技术,通过优化配套潜油电机及螺杆泵等关键设备,同时以油井实际生产数据为依据,优化设计转子负载扭矩及系统效率等关键工艺参数,有效提高了电动潜油螺杆泵举升工艺的适应性,满足了特稠油井的生产需要。

1 工艺原理

电动潜油螺杆泵机组将电机、减速器、挠性轴、螺杆泵及电缆下入井内,螺杆泵与油管及地面管线连接。地面电源通过变压器、控制柜及接线盒连接后,经电缆将电能送至井下电机,电机旋转经过挠性轴驱动螺杆泵,达到井液举升目的[10-13],工艺配套见图1。

2 技术研究思路

为最大程度提高工艺适应性,根据螺杆泵技术特性和适应能力,结合目标井油藏、流体及井况特征,优选电机和螺杆泵规格型号,同时在优选定子橡胶材料及规格参数的基础上,优化设计工艺参数,并结合现场应用效果分析评价工艺的技术可行性和经济有效性,形成适应不同井况的工艺配套技术系列,技术思路见图2。

图2 技术思路

2.1 关键配套技术

2.1.1 低转速大扭矩永磁同步电机

传统电机额定功率高,油井在低液量生产过程中电动潜油螺杆泵机组温度高,易出现电机烧等问题,系统运行可靠性得不到有效保证,通过优化配套低转速(250 r/min)、大扭矩(912 N·m)永磁同步电机,不仅有效解决了机组温度高的问题,且大幅度提高了电机功率利用率,降低了运行能耗(电机功率11 kW),同时不再配套减速装置,有效降低了运行故障率。

2.1.2 高性能螺杆泵

为提高螺杆泵技术性能,结合目标井地层流体物性特征,优选定子橡胶材质及转子表面处理方式,以满足油井生产需要。同时结合产液量要求,优选螺杆泵规格型号,并优化设计定、转子外径及长度等规格参数,从而提高螺杆泵技术性能,优化后的主要性能指标见表1。

表1螺杆泵主要性能指标

额定转速/(r·min-1)排量/(m3·d-1)扬程/m含气率/(%)H2S含量/(%)含砂量/(%)2502～200≤2 6003035

2.2 技术适应条件

优化配套的电动潜油螺杆泵举升工艺技术在适应原油黏度、排量范围及最大扬程等方面具有更好的技术优势,具体技术适应条件见表2。

表2技术适应条件对比表

配套技术原油黏度/(mPa·s)日产液/(m3·d-1)最大扬程/m原油温度/℃含砂量/(%)H2S含量/(%) 井斜角/(°)全角变化率/(°)·(30 m)-1优化前5 00015～2001 800120210903优化后12 0002～2002 600120530905

3 工艺参数优化设计

3.1 工艺优化设计流程

依据油井储层物性、流体物性及管柱设计数据,对油井产液量及动液面进行分析预测,再结合确定的泵挂深度、螺杆泵及配套电机的规格型号及定转子规格参数,对比分析螺杆泵特性曲线[14-16],根据动液面及产量合理调整螺杆泵转速,在保证油井产能的前提下最大限度地将工作点调整到系统效率最高点附近,工艺优化设计流程见图3。

图3 工艺优化设计流程

3.2 关键工艺参数

3.2.1 转子负载扭矩

螺杆泵转子扭矩可用如下经验公式计算分析[17-20]:

(1)

3.2.2 系统效率

螺杆泵的系统效率为有功功率与转子输入功率之比,计算公式为:

(2)

4 现场应用实例

图4 螺杆泵工作特性曲线模拟分析

5 结论

1)优化配套形成的电动潜油螺杆泵举升工艺技术适应性得到了明显提高,能适应原油黏度大于10 000 mPa·s特稠油油井的生产需要。

2)工艺生产参数设计不合理,将导致螺杆泵实际运行工况与最佳效率点存在偏差,降低油井排量效率。