石油開采-潛油電泵采油

潛油電泵采油技術(shù)重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院制作1電潛泵采油它具有排量揚(yáng)程范圍大、功率大、生產(chǎn)壓差大、適應(yīng)性強(qiáng)、地面工藝流程簡單、機(jī)組工作壽命長、管理方便、經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。電潛泵采油2電潛泵管柱工作示意圖表述電潛泵性能的主要參數(shù)有：額定排量Q、額定揚(yáng)程〔壓頭〕H、額定軸功率P、額定效率、額定轉(zhuǎn)速n等參數(shù)。電潛泵的額定排量和效率取決于泵型，額定揚(yáng)程決定于泵型和級(jí)數(shù)，額定軸功率由額定排量和揚(yáng)程確定，額定轉(zhuǎn)速取決于電機(jī)結(jié)構(gòu)。3潛油電泵工作原理潛油電泵采油原理是潛油電泵機(jī)組下入油井內(nèi)一定深度，在一定的漂浮壓力下，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心泵高速旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，井內(nèi)油流經(jīng)過別離器別離出局部游離的氣體后，進(jìn)入多級(jí)離心泵，油流在多級(jí)離心泵多級(jí)增壓形成足夠的壓頭，并被舉升至地面。4一、潛油電泵的結(jié)構(gòu)組成潛油電泵系統(tǒng)由三局部組成：潛油電泵機(jī)組、地面電氣設(shè)備和動(dòng)力電纜。潛油電泵的全稱為漂浮式潛油電動(dòng)離心泵，簡稱潛油電泵或電潛泵，英語中簡稱ESP〔即ELECTRICALSUBMERSIBLEPUMP的縮寫〕，它是一種無桿式抽油泵，主要由電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器、別離器、和離心泵四個(gè)部件組成。5潛油電泵組成電潛泵井下系統(tǒng)主要由電機(jī)、潛油泵、保護(hù)器、別離器、測壓裝置〔PSI／PHD〕、動(dòng)力電纜、單流閥、泄油閥、扶正器等組成。61．電機(jī)電潛泵電機(jī)又叫潛油電機(jī)，它是電潛泵機(jī)組的原動(dòng)機(jī)，一般位于最下端。它是三相鼠籠異步電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。它與普通電機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：機(jī)身細(xì)長，一般直徑160mm以下，長度5～10m，；轉(zhuǎn)軸為空心，便于循環(huán)冷卻電機(jī)；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，0.3s即可到達(dá)額定轉(zhuǎn)速；電機(jī)內(nèi)腔充滿電機(jī)油以隔絕井液和便于散熱；有專門的井液與電機(jī)油的隔離密封裝置——保護(hù)器。7電機(jī)系統(tǒng)組成及作用潛油電機(jī)為立式懸掛結(jié)構(gòu)，主要由定子、轉(zhuǎn)子、止推軸承、扶正軸承、電機(jī)頭、下接頭等組成。潛油電機(jī)為密閉式，腔內(nèi)充滿高純度、高介電強(qiáng)度的礦物油，它在電機(jī)內(nèi)起潤滑、絕緣和傳遞熱量的作用。1〕定子定子的功能是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，將電能轉(zhuǎn)變成磁能，主要包括定子鐵芯、黃銅夾段和定子繞組等。8潛油電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖9潛油電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-止推軸承2-軸3-電纜頭4-引線5-定子6-轉(zhuǎn)子7-扶正軸承8-殼體10潛油電機(jī)-循環(huán)冷卻系統(tǒng)

4〕循環(huán)冷卻系統(tǒng)潛油電機(jī)冷卻系統(tǒng)由潤滑葉輪、濾網(wǎng)、定子油道、油孔和空心電機(jī)軸及電機(jī)油等組成，帶走電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子在交流和渦流作用下產(chǎn)生的熱量，到達(dá)冷卻電機(jī)和保護(hù)絕緣材料的作用，延長電機(jī)壽命。11潛油電機(jī)的工作原理潛油電機(jī)工作原理：當(dāng)三相交流電通過電纜輸送到電機(jī)定子繞組時(shí)，流入電機(jī)的電流在氣隙內(nèi)產(chǎn)生一同步旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子切割時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由于通電導(dǎo)體在磁場內(nèi)產(chǎn)生一同步旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子切割時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由于通電導(dǎo)體在磁場內(nèi)受磁力作用，轉(zhuǎn)子就會(huì)跟著磁場旋轉(zhuǎn)，如果電機(jī)軸端帶有機(jī)械負(fù)載，電機(jī)就輸出機(jī)械功率，從而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。122.潛油泵電潛泵具有以下特點(diǎn)：直徑小，排量范圍大，外徑一般為85.5～102mm，排量范圍可達(dá)30～8000m3／d；級(jí)數(shù)多，長度長，揚(yáng)程范圍寬，揚(yáng)程一般在150～4500m；泵吸口有氣體別離，防止氣蝕和提高泵效。13潛油泵結(jié)構(gòu)組成潛油泵為多級(jí)離心泵，包括固定和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大局部。固定局部由導(dǎo)輪、泵殼和軸承外套組成；轉(zhuǎn)動(dòng)局部包括葉輪、軸、鍵、摩擦墊、軸承和卡簧。電潛泵每級(jí)就是一個(gè)離心泵。潛油泵按葉輪是否固定分為浮動(dòng)式、半浮動(dòng)式和固定式三種。14潛油泵l〕葉輪葉輪是電潛泵的核心局部，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)流體壓能的關(guān)鍵部件，液體通過葉輪時(shí)，液體的壓能和動(dòng)能都得到增加。

15潛油泵2〕導(dǎo)輪導(dǎo)輪是泵的固定局部，它一方面將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓能和降低速度減小摩阻損失；一方面改變流向，將流體導(dǎo)人下一級(jí)葉輪人口。163.油氣別離器對(duì)于含氣電泵井而言，井液在進(jìn)入潛油泵之前，要先通過油氣別離器進(jìn)行氣、液別離，以減少氣體對(duì)潛油泵工作性能的影響。其作用：一是作為多級(jí)離心泵的吸入口通道；二是將游離氣從井液中別離出來，減少氣體對(duì)離心泵的影響，提高泵效，保證離心泵正常工作。17油氣別離器的結(jié)構(gòu)原理圖位于潛油泵的下端，是泵的入口，其作用是將油井生產(chǎn)流體中的自由氣別離出來，以減少氣體對(duì)泵的排量、揚(yáng)程和效率等特性參數(shù)的影響，和防止氣蝕發(fā)生。按不同的工作原理，可將其分為沉降式〔重力式〕和旋轉(zhuǎn)式〔離心式〕兩種。18油氣別離器原理氣、液混合物進(jìn)入別離器后，由葉輪來提高其揚(yáng)程和旋轉(zhuǎn)速度，然后由倒流輪再進(jìn)一步提高其旋轉(zhuǎn)速度，使氣、液混合物在高速旋轉(zhuǎn)的條件下，質(zhì)量越大，所受到的離心力也越大。這樣，質(zhì)量較大的液體被甩到別離腔的外緣，而氣體那么被外緣的液體擠向別離腔中部，兩者均呈螺旋上升。從而實(shí)現(xiàn)氣、液別離。194.保護(hù)器保護(hù)器又叫潛油電機(jī)保護(hù)器，是電潛泵所特有的。其位于電機(jī)與氣體別離器之間，上端與別離器相連，下端與電機(jī)相連，起保護(hù)電機(jī)作用。20保護(hù)器結(jié)構(gòu)圖各類保護(hù)器腔體內(nèi)的呼吸通道都是多級(jí)迷宮式結(jié)構(gòu)。電機(jī)內(nèi)腔壓力與井液壓力相差很小，根本處于平衡狀態(tài)。起到密封作用。21保護(hù)器的作用保護(hù)器主要是保護(hù)潛油電機(jī)的，最終目的是阻止井液進(jìn)入潛油電機(jī)，防止燒毀潛油電機(jī)。保護(hù)器在潛油電泵機(jī)組中主要有以下四個(gè)作用：〔1〕密封潛油電機(jī)軸的動(dòng)力輸出端，防止井液進(jìn)入潛油電機(jī)?！?〕保護(hù)器的充油腔體與油井相連通，從而平衡潛油電機(jī)和保護(hù)器中各密封部位兩端的壓差。當(dāng)潛油電機(jī)因溫度升高而使?jié)櫥腕w積膨脹時(shí)，潤滑油可通過保護(hù)器溢出；當(dāng)潛油電機(jī)因停機(jī)溫度下降時(shí)，保護(hù)器可向潛.油電機(jī)補(bǔ)充潤滑油?！?〕內(nèi)設(shè)一個(gè)推力軸承，承擔(dān)作用在泵軸、別離器軸和保護(hù)器軸向下的軸向力。〔4〕連接潛油電機(jī)軸與泵軸〔或別離器軸〕，連接潛油電機(jī)殼體〔或別離器殼體〕。22保護(hù)器的呼吸過程在使用時(shí)，保護(hù)器各級(jí)腔體內(nèi)都注滿電機(jī)油。待下入井中后，電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器的環(huán)境溫度逐步升高，其內(nèi)的電機(jī)油便逐步膨脹，于是保護(hù)器腔體內(nèi)多余的電機(jī)油便由保護(hù)器呼吸孔溢入井筒中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)和保護(hù)器的工作溫度大幅度上升，于是電動(dòng)機(jī)停機(jī)后，其溫度逐漸下降，其內(nèi)的電機(jī)油也逐漸收縮，其電機(jī)油空缺局部由保護(hù)器內(nèi)的電機(jī)油回流來補(bǔ)充；而保護(hù)器內(nèi)電機(jī)油的空缺那么由井液通過呼吸孔流入填充，但由于保護(hù)器腔體的特殊構(gòu)造，回流井液開始只限制在特定的腔體內(nèi)。再開機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器的工作溫度再次升高，這時(shí)電動(dòng)機(jī)腔體因膨脹而多出的電機(jī)油又排入保護(hù)器，保護(hù)器那么先將井液排出，其中也會(huì)排出少量的電機(jī)油，直到電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器工作溫度趨于穩(wěn)定后，保護(hù)器停止呼吸、保護(hù)器的每次呼吸與電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器開停前后的溫度成正比。236.動(dòng)力電纜動(dòng)力電纜是電機(jī)與地面控制系統(tǒng)相聯(lián)系傳送電力紐帶和測壓信號(hào)的通道，工作于油套管之間。分為小扁電纜、大扁電纜和圓電纜。按溫度等級(jí)可以分為90℃、120℃、150℃等3個(gè)等級(jí)，247.單流閥其作用主要是：保護(hù)足夠高的回壓，使得泵在啟動(dòng)后能很快在額定點(diǎn)工作；防止停泵以上流體回落引起機(jī)組反轉(zhuǎn)脫扣；便于生產(chǎn)管柱驗(yàn)封。一般安裝在泵出口1~2跟油管處，采用標(biāo)準(zhǔn)油管扣于上下油管連接。258.泄油閥泄油閥一般安裝在單流閥以上1~2跟油管處，它是檢泵作業(yè)上提管柱時(shí)油管內(nèi)流體的排放口，以減輕修井機(jī)符合和防止井液污染平臺(tái)甲板和環(huán)境。。269.輔助工具扶正器扶正器主要用于斜井，位于電機(jī)尾部，使電機(jī)居中，使得電機(jī)外部過流均勻，散熱環(huán)境好，防止電機(jī)局部高溫而損壞。27二、地面系統(tǒng)組成及作用電潛泵采油系統(tǒng)的地面局部由配電盤、變壓器、控制柜或變頻器。接線盒和采油樹井口組成，。1.變壓器有兩種變壓器系統(tǒng)，一種是一臺(tái)變壓器對(duì)一臺(tái)電潛泵供電的單一變壓器，一種是一臺(tái)變壓器對(duì)多臺(tái)電潛泵供電的公用變壓器。282.控制柜潛油泵控制柜是一種專門用于電潛泵啟停、運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測和電機(jī)保護(hù)的控制設(shè)備，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。具有短路保護(hù)、三相過載保護(hù)、單相保護(hù)、欠載停機(jī)保護(hù)延時(shí)再啟動(dòng)。293.變頻器變頻器是電潛泵采油系統(tǒng)的一種新型控制設(shè)備。用于電潛泵采油系統(tǒng)的變頻器有兩種，一種是恒壓源的，一種是恒流源〔常稱PWM〕的。恒流源變頻器輸出的電流特性比恒壓源好。具有以下幾大特點(diǎn)：①輸出頻率可在30～90Hz范圍內(nèi)連續(xù)變化，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速1700～5130r／min內(nèi)變化，泵排量變化范圍是額定排量的0.6～1.8倍，揚(yáng)程范圍為0.36～3.24倍；②可以在8～10Hz頻率下啟動(dòng)電機(jī)，到達(dá)恒轉(zhuǎn)矩軟啟動(dòng)的目的，啟動(dòng)電流只有額定電流的1～1.5倍，大大減少了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流和機(jī)械沖擊，利于延長電機(jī)壽命；30輔助局部接線盒接線盒是電潛泵井下電纜與地面電纜之間的過渡連接裝置，其作用是排放通過電纜保護(hù)套滲到地面的天然氣，防止天然氣沿電纜進(jìn)人控制柜而發(fā)生爆炸?；馂?zāi)等不平安事故；另一個(gè)作用是方便地面接線工作。它必須安放在通風(fēng)良好、空氣枯燥的環(huán)境，必須具有防滴、防滲和氣體排放等功能。。31電潛泵洗井管匯2．洗井管匯及流程對(duì)于電潛泵井來說，檢泵作業(yè)是必然的，必須配備壓井和洗井作業(yè)設(shè)備和流程，要求管線壓力等級(jí)必須滿足洗井壓力等級(jí)的需要，視油井深度和油層壓力而定。一般油田的洗井流程和管匯是固定的，為了節(jié)約投資，局部油田采用臨時(shí)洗井管線。32

5.電潛泵故障診斷與排除(1)電機(jī)及保護(hù)器故障診斷與處理電機(jī)損壞分電氣損壞、電機(jī)軸斷和機(jī)械磨損等情況。電氣損壞故障表現(xiàn)十清楚顯，通常是控制柜過載停機(jī)，電流卡片上的電流突然上升后又突然掉下來〔如圖〕三相對(duì)地絕緣電阻為零，直阻很不平衡，只能通過檢泵作業(yè)恢復(fù)生產(chǎn)。

電機(jī)電氣損壞電流卡片33機(jī)械磨損故障表現(xiàn)為控制柜顯示過載停機(jī)，機(jī)組電氣性能良好，電流卡片〔如圖〕顯示為電流逐漸上升，停機(jī)冷卻一段時(shí)間后又能重新開機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行較長時(shí)間，但每次的運(yùn)行時(shí)間間隔逐漸縮短，可以等待適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行檢泵作業(yè)。電機(jī)機(jī)械磨損實(shí)際上是軸承磨損，與泵、保護(hù)器的軸承磨損一致，很難區(qū)分開來。發(fā)生電機(jī)軸斷故障時(shí)，通常表現(xiàn)為井口無產(chǎn)液，無油壓，運(yùn)行電流低于電機(jī)空載電流，電流卡片不光滑，控制柜顯示欠載停機(jī)，機(jī)組電氣性能檢測時(shí)一切正常。電機(jī)磨損電流卡片34(2)電纜故障診斷與排除當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，一般表現(xiàn)為地面控制柜過載停機(jī)，有時(shí)配電盤也跳閘，電流卡片上的電流曲線突然上升，與電機(jī)電氣損壞相似，進(jìn)行機(jī)組電氣性能檢測時(shí)，三相對(duì)地絕緣電阻為零，電阻平衡。電纜損壞常有兩種情況：一種是在井口或油管掛處損壞，表現(xiàn)為直阻不超過l，一種是遠(yuǎn)離井口，直阻為2～3〔視井深而定〕，具體損害處可以根據(jù)每米電纜的阻值進(jìn)行測算得出。對(duì)于在井口損壞情況，可以采取重新接纜來解決；如果在采油樹帽以下到幾根油管處，可以采取上提油管重新接纜來處理；如果損壞深度較深，那么必須檢泵作業(yè)。35(3)電泵故障診斷與處理在油田現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)中，電泵故障主要是葉輪磨損、斷軸、竄軸、軸承磨損等現(xiàn)象。泵葉輪磨損時(shí)表現(xiàn)為產(chǎn)量和油壓逐漸降低，運(yùn)行電流逐漸變小，電流卡片比較光滑〔如圖〕，也可能出現(xiàn)欠載停機(jī)，進(jìn)行正擠憋壓時(shí)壓力很快升高。發(fā)生這種故障時(shí)可以繼續(xù)生產(chǎn)以等待作業(yè)換泵。這種故障發(fā)生在機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間很長、油井輕微出砂或井液有腐蝕情況。泵軸斷出現(xiàn)的幾率很小，往往是由于油特別稠或油井出砂嚴(yán)重。電泵葉輪磨損電流卡片36對(duì)于新防砂完井后就下電泵生產(chǎn)的井，可能是由于完井作業(yè)后充填砂為沖洗干凈所致，可以采取以下措施解決：①上調(diào)過載設(shè)定值，②停機(jī)進(jìn)行反沖洗，③調(diào)大油嘴。對(duì)于電泵試油勘探井，一方面可能是由于油井出砂引起，需要采取洗井和防砂處理后才能重新進(jìn)行電潛泵試油；一方面可能是由于鉆/完井的泥漿為沖洗干凈，井液密度過大引起過載停機(jī)〔如圖〕，這時(shí)，可采取洗井措施后就可解決。井液含有泥漿的電流卡片37(4)井液引起的故障與排除井液引起的故障可能發(fā)生在井液含有砂泥等機(jī)械雜質(zhì)井、電泵試油勘探井、新防砂完井下電泵生產(chǎn)的井中，表現(xiàn)是運(yùn)行電流高，有波動(dòng)〔如圖〕，當(dāng)超過過載設(shè)定值時(shí)發(fā)生過載停機(jī)故障，油嘴還有堵塞的可能。井液含有砂泥等機(jī)械雜質(zhì)的電流卡片38(5)管氣引起的故障診斷與排除油井供液缺乏時(shí)，引起油井液面很低接近泵吸人口，套管環(huán)空內(nèi)的氣體進(jìn)人電泵內(nèi)導(dǎo)致欠載停泵〔如圖〕。處理方法有幾種：①將套壓控制在很低水平，并調(diào)低欠載設(shè)定值。②采用間歇生產(chǎn)，在等待液面恢復(fù)后再開泵生產(chǎn)，可以采取人工方式，也可以實(shí)行控制柜自動(dòng)啟泵方式。③在調(diào)低欠載設(shè)定值的同時(shí)，縮小油嘴。④如果泵掛較淺，可以通過作業(yè)加深泵掛深度。⑤檢泵作業(yè)更換與油井相匹配的小泵。⑥對(duì)油層進(jìn)行酸化、壓裂、有機(jī)解堵等增產(chǎn)措施。⑦有的井還可以翻開未開采層位生產(chǎn)，以補(bǔ)充液源。油井供液缺乏的電流卡片油井供液缺乏間抽時(shí)的電流卡片39(6)管柱漏失判斷與處理