电潜泵举升工艺及在海上采油中的应用

摘 要 电潜泵（ESP）采油工艺具有排量大、功率高、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、自动化程度高、经济效益显著等特点，广泛应用于海洋石油开采中。本文重点介绍了电潜泵原理、应用及其故障的解决。

关键词 海洋石油 人工举升 电潜泵 工艺应用

中图分类号：TE53 文献标识码：A

与陆地油田相比，开采海上石油具有投资高、采油速度快的特点。受海洋气候和平台寿命的影响，高效开采石油是海洋石油开采的核心技术。在海上常规通过增压、二次和三次采油等方法延长整个油田的开采寿命，因此注水开采的油田往往排出大量的水，需要采用人工举升手段以维持海上油井生产的经济性。

1人工举升工艺比较

在油气田开采中，因液状石油较重，在上千米至几千米的井筒中造成较大的压力，使地层中的石油无法流至地面。如果人为地将气体压入井筒，使井筒中的液体混气后变轻，原油则比较容易喷至地面。气举采油是依据从地面注入井内高压气体与油层产生流体，在井筒中进行混合，气体产生膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流入到井内的原油举升到地面的一种采油方式。当地层能量足够维持将井液举升到地面时，产量可通过向井流动动态曲线（IPR）和油管入口曲线进行估算，其中必须考虑油管尺寸、井液特性以及温度的影响。这两条关系曲线的交点决定了预计的产量。当油管入口曲线位于IPR之上时，地层没有足够的能量，需要使用人工举升方法。最常用的人工举升方式是使用有杆泵。有杆泵操作简单，比其他人工举升方式成本低，但效率和排量都较低，特别是在高气液比通过小直径油管生产的深井中尤其如此。另一种举升方式为使用螺杆泵，螺杆泵成本较低，可靠性高，受地层出砂和结垢的影响较小，且容积效率高于有杆泵。在有气源和压缩机系统的情况下，通常采用气举方法，因为该方法灵活性强，易于调节，并且可以方便地通过钢丝作业更换井下设备。气举系统不受出砂的影响，在高气油比和大斜度井中使用较为理想。但随着地层压力逐渐降低至弃井时的压力，这些优点不再显现，在油田生产末期就需要使用其他人工举升方法。目前应用广泛的人工举升方式为使用电潜泵。本文将介绍电潜泵的工作原理、结构、监测系统及电潜泵故障原因分析。

2电潜泵采油工艺

2.1工作原理

电潜泵全称电动潜油离心泵，简称电潜泵，是将电动机和多级离心泵一起下入油井液面以下进行抽油的举升设备。其工作原理是地面通过变压器、控制屏和电缆将电能输送给井下电机，电机带动多级离心泵叶轮旋转，将电能转换为机械能，将井液举升到地面。电潜泵广泛应用于非自喷高产井、高含水井和海上油井。

2.2电潜泵结构特点

电潜泵系统包括电机、保护器、泵、吸入口、动力电缆、气体处理装置和井下传感器。地面设备包括泵控制设备（变频器等）、数据传输箱和电源等。电潜泵由三相感应电机驱动，由地面电源供电。电源可以调整，从而根据油藏条件的变化对泵的性能进行微调。泵内每级离心泵由旋转叶轮和固定的导壳组成，旋转叶轮周围的流体通过轴向和径向流动，形成一个螺旋形的上升运动进入高一级的泵级中，最后进入油管。固定的导壳结构将井下的流体动能转化为势能―压力。动力电缆将地面上的电能通过由铠装保护且外层绝缘的电缆传到井下。电缆一般为圆形，但在泵和保护器的位置处，可将电缆设计为扁平形。井下监测设备包括漏电传感器、压力传感器、温度和压力感器以及电机和泵振动传感器，信号通过动力电缆传递到地面的远程控制单元，对井下压力、温度、振动、电流和电压进行连续采样。传感器的测量参数可设置为在给定的阈值打开开关，当测量值发生变动时，关闭电机，以保护电机，免遭破坏。电机保护器把电机和泵连接在一起，支撑电潜泵产生的上冲力或下冲力，避免井液进入电机并储备足够的电机油，平衡电机和油井的内外压力，提供流体来调节机油的热膨胀或收缩。

3电潜泵的故障及解决方法

（1）地层的高温环境。电潜泵依靠产出液的运动给电机散热，这一要求将电潜泵的内部工作温度限制在200℃左右。随着天然气处理内部组件材料的发展，利用陶瓷、冶金和合成橡胶等材质可以拓宽电潜泵的工作温度范围。另一方面，深井中井下温度高，严重影响潜油电机的绝缘和密封特性，最终可导致电机失效。高温绝缘系统和密封技术已使电潜泵的耐温能力提高到450以上。（2）运动中的磨损程度。电潜泵在井下作业时，径向轴承的磨损将缩短电潜泵电机和保护器的寿命，现有系统中径向轴承增加了在自动衬套中运行的轴套。（3）井下泥浆的影响。电潜泵运行过程中，经常遭遇泥浆的阻挡而停止工作。井下泥浆除砂器可清除砂岩井中地层流体中的砂岩，将砂岩留在井下，防止其进入电潜泵，以减少损害。（4）系统设计和操作失误导致的故障。人工举升方案在设计阶段缺乏对油井流入特性的模拟，电潜泵无法在优化区域工作，从而造成电潜泵选择过大或过小。当电潜泵选择过大时，可能发生电泵井抽空，导致电潜泵自动停机并关机，致使地层流体重新流入井筒。这一关停开机过程的重复对电潜泵机组造成较大的损害，最终可能导致机组故障。变速驱动装置通过调节电机转速，提供不同泵的优化流量，灵活地适应电潜泵的耗电及发热，解决了这一问题。与固定速度的电机相比，配备变速驱动装置的电潜泵可提供宽范围的泵量，对电机速度和转矩进行微调，当井况发生变化时，无需更换泵，进而缩短了停机时间降低生产成本。

参考文献

[1] 郑俊德，张仲宏.国外电泵采油技术新进展[J].钻采工艺，2007，30（1）.