电潜泵在新滩油田的应用

时间:2022-10-05 10:30:17

电潜泵在新滩油田的应用

【摘 要】本文探讨了油井产能分析与预测问题、机组选型优化与配套问题、油井高温问题、油井含砂含气问题、机组变频变速问题以及电潜泵抽油井系统效率问题。指出电潜泵选井选泵工作是确保电潜泵抽油井高效生产,机组处于最佳运行状态的重要前提。

【关键词】电潜泵;抽油井;选型配套变频技术

电潜泵机组的合理选井选泵,是保证其最大限度发挥工作效能,油田获得最大经济效益的重要前提。在电潜泵机组的实际选井选泵过程中,某些认识有可能忽视一些重要的应用条件,导致选择结果不利于电潜泵机组的合理、稳定、可靠地工作。因此,下面就电潜泵机组选井选泵所涉及到的几个问题进行探讨。

1.油井产能分析与预测

电潜泵机组选井选泵首先要解决的问题是油井产能的预测。产液能力预测的准确与否直接影响着所设计的电泵井系统的工作性能。预测产液能力的方法有IPR曲线法、VOGEL方程,PI方法等,这些方法各有特点,并有各自的适用范围[1],系统设计时具体选用哪种方法应视具体情况而定。

(1)一般情况下,采用广义IPR曲线进行油井产能分析与预测。

(2)高含水条件下(含水率>70%),采用PI方法进行线性预测;当含水率>90%时,可不考虑产液乳化;泵吸入口压力大于等于0.7MPa。

(3)含气条件下,选择泵吸入口压力大于等于井液饱和压力。

(4)若未知油井饱和压力,综合考虑产液含水、气、油比的大小,应用无因次IPR曲线和PI曲线分别求得油井产能,然后与该井开采历史数据对比,进行必要的加权修正。

(5)可根据一定周期内的已知油井采油指数曲线变化趋势,拟合油井当前和今后一段时期的产能,从而确定合理的电潜泵采油排量。

2.机组选型优化与配套

已知预测产液量和扬程后,即可对电潜泵机组进行选型。下面就机组选型优化与配套容易忽视的几个问题进行探讨。

2.1泵的优化选型与配套

2.1.1泵轴功率

最好的做法是根据选定泵型的排量系列[1],用对应的单级叶导轮最大轴功率而不是高效点的单级轴功率来求得泵轴功率。若采用大批整机试验得到的实测泵轴功率统计值,则能更加准确计算所选泵型的轴功率。建议采用这种方法来确定泵轴功率。

2.1.2泵有效工况区

由离心泵的特性曲线可知,泵存在一最优的高效工作点,包含该点的小区域构成离心泵的有效工况区。对全浮式叶导轮来说,在有效工况区内工作意味着叶轮不会因液压失衡而产生上磨或下磨,大多数情况下,泵往往在偏离高效工作点的一定区域内稳定工作。因此,必须对此区域内部及其边界排量、扬程、轴功率进行综合分析与验算。

2.1.3泵轴载荷

多数情况下,泵轴承载能力没有问题。当泵的排量较大、扬程较高时,泵轴启动载荷明显增加,此时应核算泵轴承载能力。

2.1.4泵沉没度

泵的许用沉没度不仅满足离心泵本身的吸高要求,而且避免井液分离出过多自由气进入离心泵。因此,在离心泵选型时,如没有对应于额定排量的泵型,最好采用小一号的泵型,但应根据预测产量对应的扬程要求来计算叶导轮级数,从而使泵沉没度长期保持不变。

2.1.5泵工作的稳定性

对多节串联离心泵配置,当单节泵壳体长度显著不同时,泵易振动,严重时会引起连接螺钉疲劳破坏断裂,使机组掉井。所以,应当尽可能均匀分配多节泵壳体号。

2.2附加功率损耗

小排量、高扬程机组在实际应用过程中,作用在保护器和分离器上的附加功率损耗与离心泵轴功率相比占据较大比例,有时这类功耗可达离心泵轴功率的15%以上。

2.3潜油电动机配套

潜油电动机配套除了满足功率匹配外,还应考虑如何保证自身散热条件和降低潜油电缆的压降损失。为了保证自身散热,建议潜油电动机外壳流体流速大于0.3048m/s。为了降低动力电缆压降损耗,建议优先采用高电压、低电流电动机。对于大功率电潜泵机组,还要考虑电动机轴承载能力校验问题。在套管内径足够大的条件下,优先采用大直径潜油电动机。

2.4动力电缆选择

动力电缆的选择需要考虑以下3个主要因素:

(1)确保电缆电压降损失不影响潜油电动机启动电压。

(2)确保电缆与套管之间有足够间隙。

(3)确保动力电缆绝缘等级足够。

3.油井高温问题

常规电动机允许最高工作温度(井温)105~115℃,由于涉及到井下电力传递绝缘性能和电潜泵机组运动副热效应,在高温油井(井底温度>115℃)中的电潜泵机组应用问题一直属于电潜泵应用难题。选井选泵时,除了采用具有特殊性能的高温潜油电动机外,对潜油电动机和电缆的规格尺寸选取还应有特殊要求。

4.油井含砂、含气、机组变频变速及软启动

电潜泵机组在含砂油井的应用问题较多。尽管目前已经出现各种类型的防砂电潜泵如目前新滩油田使用的宽流道耐砂泵,但其使用寿命距离我们的需求还很远。在含砂油井电潜泵选井选泵过程中,需要明确井液含砂量、酸溶性、砂粒度、石英砂含量、砂粒几何特性等。上述参数可以通过试验取得经验数据。如果上述数据不全,应当谨慎考虑是否下防砂电潜泵。

在潜油离心泵吸入口处,当自由气与产液的体积比达8%~10%时,泵的工作性能开始恶化。因此,在选井选泵时,需考虑加装气体分离器。通常单节旋转式分离器分离效率可达90%,当预测由井油气比较高时可采用两节旋转式分离器。此外,需要根据气体性质选择合适的防腐机组和电缆材料。

电潜泵机组的变频控制允许机组转速在额定转速附近上下变化,从而使机组与油井工况最佳,达到稳定生产和系统节能的目的。由于离心泵变频参数满足相似定律,所以泵工作参数随频率变化而显著变化。为此,进行机组变频匹配选型时,应当遵循下列原则:

(1)离心泵的额定排量参数必须介于最小频率和最大频率各自对应的排量值之间。

(2)采用变频装置后,变频电性能可能导致潜油电动机发热量增加10%以上。因此,变频机组电动机选取应遵循前述高温电动机的参数选取原则。

5.电潜泵抽油井系统效率

电潜泵抽油井的系统效率与经济效益密切相关。在选井选泵时需要进行优化设计。提高离心泵的水力功率或者降低电动机的输入电功率,均有助于提高系统效率。可以通过以下两种方法进行电潜泵机组优化。

(1)对不同类型的潜油电动机与离心泵组合,优化匹配参数,从中选出最佳配套。

(2)采用变频技术,对给定机组进行工作参数调整和优化。

6.结论与建议

(1)电潜泵是新滩油田最主要的采油方式,电潜泵选井选泵工作是确保电潜泵抽油井高效生产、机组处于最佳运行状态的重要前提,因此我们应高度重视,灵活掌握正确的选井选泵原则。

(2)建议加大电潜泵机组选井选泵相关研究,不断改进和完善选井选泵方法,提高选井选泵水平,确保电潜泵机组高效、稳定、长期、可靠地工作。

(3)针对新滩油田出砂严重和油田高效、高速开发实际,建议加强防砂技术及高效耐砂电泵机组研究工作。 [科]

【参考文献】

[1]毕玉芬.石油工业对电潜泵的新要求.国外石油机械,1996,02.

[2]白广文.潜油电泵技术.石油工业出版社,1993.

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