石油開發(fā)中心-直線潛油電機(jī)應(yīng)用

勝利油田石油開發(fā)中心2009.10直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用目錄一、前言二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用四、結(jié)論與認(rèn)識一、前言人工舉升利用抽油桿傳遞能量利用液體傳遞能量利用電纜傳遞電能氣舉等其他方法往復(fù)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)離心泵螺桿泵射流泵、水力活塞泵等國內(nèi)外常見的人工舉升方式一、前言常規(guī)機(jī)械舉升方式利用電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，減速后再經(jīng)四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)能量損失高達(dá)28%，加上旋轉(zhuǎn)特性造成啟動(dòng)扭矩大，需要較高的啟動(dòng)功率，系統(tǒng)效率一般不超過30%。直線電機(jī)抽油機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),簡化了機(jī)械傳動(dòng)過程，有效地提高了效率，經(jīng)測試節(jié)能可達(dá)54%，抽汲參數(shù)可無級調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及滿足采油工藝要求提供了條件，是一種很有發(fā)展前途的新型舉升技術(shù)。二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)直線電機(jī)是一種通過將封閉式磁場展開為開放式磁場，將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。其結(jié)構(gòu)可以看作是將一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，并將電機(jī)的圓周展開成直線而形成。直線電機(jī)工作原理二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)直線潛油電機(jī)倒置式井下泵地面控制系統(tǒng)直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)特點(diǎn)二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)1、系統(tǒng)最高耐溫為180℃；2、電動(dòng)機(jī)的定子采用充油封閉式結(jié)構(gòu)，耐壓30Mpa；3、電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣等級為H級；4、沖程為1.23m；沖次為0-10次可調(diào)；5、最大舉升力4000KN；6、柱塞單次運(yùn)行時(shí)間為1.34s，通過設(shè)置沖次間隔時(shí)間設(shè)定沖次數(shù)。直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)特點(diǎn)二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)特點(diǎn)1、動(dòng)力裝置直接與泵在井下連接，去掉了抽油機(jī)傳動(dòng)和抽油桿的無功損耗，因此舉升能耗低、損耗??；去掉了抽油桿的沖程損失；脈沖式運(yùn)動(dòng)提供了較長的進(jìn)液時(shí)間，有利于提高泵效，可達(dá)90%；與同等產(chǎn)液量抽油機(jī)相比，耗電量減少50％以上。2、實(shí)現(xiàn)無桿采油，與現(xiàn)有舉升方式相比，在節(jié)省大量投資、減少起下作業(yè)時(shí)間和成本的同時(shí)，徹底消除了管桿偏磨；在配套強(qiáng)閉式凡爾球座后，可實(shí)現(xiàn)水平井水平段采油。二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)特點(diǎn)3、增產(chǎn)作用：配套采油泵采用倒裝方式，上行時(shí)活塞上行，頂開固定凡爾，下行時(shí)，活塞靠自身重量下行，撞擊承接筒，在油層中震動(dòng)，有低頻振動(dòng)增產(chǎn)作用，電機(jī)運(yùn)行熱量加熱稀釋周圍油液，降低原油粘度，提高供液能力。4、經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了直線電機(jī)內(nèi)部金屬部件與井液的分離，解決了因腐蝕造成的使用壽命短的問題。二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)特點(diǎn)5、直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)剛性高，可實(shí)現(xiàn)“零防沖距生產(chǎn)”，可提高泵效，杜絕氣體影響。6、生產(chǎn)制度調(diào)整智能化，調(diào)整幅度更精密、更精確，配合抽空保護(hù)裝置，可滿足間歇生產(chǎn)需要，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制集中管理。直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)適用條件:二、直線潛油電機(jī)原理及配套舉升技術(shù)1）小排量深抽井、間歇生產(chǎn)井，排量≤20m3/d，泵掛≤1600m（垂深）；2）大斜度井、水平井、偏磨嚴(yán)重井，但液量泵深需要匹配；3）低液量高油氣比井及50℃地面脫氣原油粘度≤3000mPa.s的低液量稠油井，采出液含砂＜0.5%。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用該技術(shù)目前已在墾東12塊進(jìn)行了規(guī)模應(yīng)用，取得了較好效果。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用墾東12塊0#、3#島舉升工藝難點(diǎn)：1、造斜點(diǎn)淺、井斜角大。以3#島為例，造斜點(diǎn)一般80-300m，20口直斜井中井斜角大于50o的有16口，其中50-60o的井8口，60-70o的井6口，大于70o的井3口。2、原油屬于稠油，地面原油密度平均0.9736g/cm3，地面原油粘度平均2136mPa·s。隨著含水的上升，原油可能發(fā)生反相乳化，反相乳化后粘度成倍增加，在這種情況下，井筒中的流動(dòng)摩阻大大增加，加大舉升難度。3、初始供液能力差，方案設(shè)計(jì)初期液量12-15t/d。4、所處的地理位置對安全環(huán)保的要求特殊，要求安全環(huán)保系數(shù)高。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析：墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析名稱抗出砂抗偏磨、腐蝕抗稠油排量適應(yīng)性一次性投入系統(tǒng)效率免修期技術(shù)成熟度皮帶機(jī)+連續(xù)桿+偏置泵較弱弱一般較高大較低較短高水力噴射泵強(qiáng)強(qiáng)較強(qiáng)較高大低長高連續(xù)桿+螺桿泵強(qiáng)較弱較強(qiáng)較高小較高較短高電潛泵弱強(qiáng)弱不適應(yīng)大低長高電潛螺桿泵較強(qiáng)強(qiáng)較強(qiáng)較高大高較短較低直線潛油電機(jī)配套舉升較強(qiáng)強(qiáng)較弱較高中高長較低三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用油層泄油器防旋扶正器電潛泵喇叭口沉砂單流閥電泵化學(xué)劑注入閥電潛泵：電潛泵舉升揚(yáng)程高，排量調(diào)節(jié)范圍廣，對于降低油井動(dòng)液面，減小對油層的回壓、放大生產(chǎn)壓差提高采油速度等十分有效。采用電潛泵開發(fā)，可以滿足舉升高度、井身軌跡、井臺占有面積、產(chǎn)量、壓力、溫度等各方面的要求；但其對于低排量、高粘度油井適應(yīng)性差，而且系統(tǒng)效率偏低，能耗較高。

墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析：地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵配套連續(xù)桿：螺桿泵的突出特點(diǎn)是對稠油井、含氣井、含砂井具有較好的適應(yīng)性，地面設(shè)備占用面積小，管理簡便，排量調(diào)節(jié)范圍適中。采用配套連續(xù)桿螺桿泵技術(shù)，緩解了管桿偏磨問題，但免修期較短是該技術(shù)的主要問題。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析：5123678910111213141516４５三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用水力噴射泵技術(shù)

該技術(shù)井下無機(jī)械運(yùn)動(dòng)件，不產(chǎn)生磨損，適用于斜井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、出砂井、高油氣比井的應(yīng)用；但該技術(shù)系統(tǒng)效率低(10%左右)，地面設(shè)備投資高，運(yùn)行維護(hù)、后期處理費(fèi)用高，而且對平臺空間要求比較高。墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析：三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析：皮帶機(jī)+連續(xù)桿+油管減磨接箍+偏置閥斜井泵

技術(shù)特點(diǎn)：a、采用液力反饋技術(shù)，提供下行動(dòng)力b、偏置進(jìn)油閥，進(jìn)油流道大，流程短，進(jìn)油阻力小，泵效高c、采用防砂卡柱塞結(jié)構(gòu)，減輕柱塞和泵筒磨損d、采用長沖程、低沖次皮帶機(jī)e、采用連續(xù)桿減少偏磨及下行摩阻

偏置泵結(jié)構(gòu)示意圖三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用皮帶機(jī)出現(xiàn)的偏磨問題

該技術(shù)在墾東12塊1#、2#島實(shí)施后，初期取得良好效果，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，41口井中，07-08兩年KD12因偏磨作業(yè)井11次。1、07-08年偏磨井主要集中在井斜角大于50度的油井。2、2009年上半年因偏磨問題的作業(yè)井13次，同比前兩年出現(xiàn)大幅度上升，說明隨著KD12含水的上升，潤滑狀況急劇惡化。

連續(xù)桿+油管減磨接箍+偏置閥斜井泵三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用墾東12塊0#、3#島舉升工藝適應(yīng)性分析：電潛螺桿泵

該技術(shù)具備螺桿泵的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了將動(dòng)力由電纜傳輸至井下，驅(qū)動(dòng)螺桿泵生產(chǎn)，消除了抽油桿這一薄弱環(huán)節(jié)，具有很高的實(shí)用性，發(fā)展前景較好。該技術(shù)目前的主要問題是減速器壽命短、測試技術(shù)突破難度大。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)應(yīng)用效果：墾東12塊0#、3#島共有油井40口，全部一次投產(chǎn)成功，為了更好的評價(jià)該舉升方式，與2007年采用連續(xù)桿+皮帶機(jī)+偏置式液力反饋斜井泵投產(chǎn)的1#、2#島進(jìn)行對比：三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)應(yīng)用效果：1、生產(chǎn)效果：生產(chǎn)效果對比表泵型井?dāng)?shù)（口）泵深（m）初期目前生產(chǎn)參數(shù)日產(chǎn)液（t/d）日產(chǎn)油（t/d）含水（%）動(dòng)液面（m）生產(chǎn)參數(shù)日產(chǎn)液（t/d）日產(chǎn)油（t/d）含水（%）動(dòng)液面（m）有桿泵4688970×6×0.611.88.722.735470×6×0.814.56.851.9534直線電機(jī)39103144×1.2×4.87.86.123.464644××1.2×5.18.46.521.1658平均

107.623484

11.86.638.8589三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)應(yīng)用效果：2、泵效：兩種舉升方式效果對比表采油方式開井?dāng)?shù)目前日產(chǎn)量泵徑（mm）泵深（m）沖程（m）沖次（次/min）日產(chǎn)液（t/d）泵效（%）有桿泵467088360.814.554.5直線電機(jī)394410311.235.18.461.1兩種方式的泵深差異是由靶點(diǎn)位移不同引起，靶點(diǎn)位移的加大致使油井井斜角進(jìn)一步加大，油井工況更加惡劣，但從對比資料來看，在液面較深的情況下，直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)的泵效仍高于有桿泵，考慮到南擴(kuò)邊部7口井因嚴(yán)重供液不足的影響，主力區(qū)泵效高達(dá)75%以上。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)應(yīng)用效果：3、能耗：兩種舉升方式效果對比表采油方式開井?dāng)?shù)目前日產(chǎn)量泵徑（mm）泵深（m）動(dòng)液面（m）日產(chǎn)液（t/d）日耗電（kwh）噸液百米耗電（kwh）有桿泵467088353414.51642.12直線電機(jī)394410316588.4981.77根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料顯示，直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)能耗較有桿泵舉升大為降低，噸液百米耗電指標(biāo)由2.12kwh降至1.77kwh，下降幅度為17%，單井耗電量下降幅度達(dá)到40%，取得明顯的節(jié)能效果。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)應(yīng)用效果：4、免修期對比：有桿泵舉生方式：(至2009年9月底)1#島：2007年12月投產(chǎn)，平均免修期已達(dá)778天，28口井中有20口油井免修期已超過800天；2#島：2008年1月投產(chǎn)，平均免修期已達(dá)413天，22口井中有14口油井免修期已超過400天。直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)：0#、3#島：2009年2～4月陸續(xù)投產(chǎn)，目前平均單井生產(chǎn)171天，應(yīng)用效果較好，未發(fā)生一口檢泵作業(yè)井，長期效果有待進(jìn)一步觀察。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)存在問題：1、地面控制系統(tǒng)還存在較大缺陷：截至2009年10月，已發(fā)生地面故障次數(shù)103次，主要原因是原油粘度大、負(fù)荷重引發(fā)的保護(hù)和電子元件燒毀。前期對稠油舉升的計(jì)算存在較大誤差，致使初級設(shè)定的不合理是造成故障停機(jī)的主因，海上生產(chǎn)的惡劣環(huán)境是次因，下一步因加強(qiáng)這兩個(gè)方面問題的研究和整改。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)存在問題：2、舉升力和小沖程限制了其應(yīng)用范圍：目前該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的最大舉升力為4000KN，沖程僅為為1.23m。受這一因素影響，在考慮到動(dòng)載、摩阻等因素，該技術(shù)難以滿足大排量和深抽的要求。根據(jù)計(jì)算，該技術(shù)在舉升深度達(dá)到1000m，最大理論排量為45t/d，隨著舉升高度的提升，其最大理論排量下降明顯，2000m舉升高度下，其最大理論排量僅為不足20t/d。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)存在問題：3、相關(guān)的測試技術(shù)還未完善：

目前該技術(shù)相應(yīng)的工況測試技術(shù)目前還處在攻關(guān)階段，僅能依靠電流變化來判斷，需要盡快完善。三、配套舉升技術(shù)在石油開發(fā)中心的應(yīng)用直線潛油電機(jī)配套舉升技術(shù)存在問題：4、免修期對比：有桿泵舉生方式：(至2009年9月底)1#島：2007年12月投產(chǎn)，平均免修期已達(dá)778天，28口井中有20口油井免修