直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油工藝及試驗

黃 華，趙亞杰 羅江云

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075) (延長油田股份有限公司南區(qū)采油廠，陜西 延安 717100)

直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油工藝及試驗

黃 華，趙亞杰 羅江云

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075) (延長油田股份有限公司南區(qū)采油廠，陜西 延安 717100)

針對延長油田采油廠有桿泵采油工藝存在的桿管偏磨嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低、檢泵修井周期短等問題，提出了直線電機驅(qū)動柱塞潛油泵采油工藝，并在南區(qū)采油廠進(jìn)行了生產(chǎn)試驗。試驗結(jié)果證明，該工藝解決了桿管偏磨問題，提高了能源利用率，延長了檢泵修井周期，是采油廠提高效益行之有效的采油工藝。

直線電機；柱塞潛油泵；采油工藝

延長油田是全國著名的“低滲、低孔、低能”三低油田，經(jīng)過開采已進(jìn)入二次、三次采油階段，就采油而言，主要的采油系統(tǒng)是抽油機、抽油桿、抽油泵組成的有桿泵“三抽”系統(tǒng)。隨著油田勘探開發(fā)的深入，注水井的大量投入，定向井和水平井的大量使用，采油過程中“三抽”系統(tǒng)也顯現(xiàn)出了不少問題，主要表現(xiàn)為：桿管偏磨、腐蝕嚴(yán)重，造成維護(hù)井不斷的增多、大量桿管的報廢；系統(tǒng)效率低下，做大量無用功，造成能源的浪費；檢泵修井周期短，增加作業(yè)費用，造成生產(chǎn)成本的增加等等［1-2］。這些問題不但制約了“三抽”系統(tǒng)在斜井、水平井中的應(yīng)用，同時成為了各采油廠降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、增加市場競爭力急待解決的問題。

在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的社會背景下，為了提高效益、增加市場競爭力，各油田各采油廠一方面不斷進(jìn)行勘探開發(fā)，增加石油探明儲量和產(chǎn)量；一方面不斷向地層注入介質(zhì)，提高地層能量，把更多的原油驅(qū)入油井；另一方面不斷嘗試新的采油工藝，提高能源利用率，延長檢泵修井周期，來減少生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益［3-4］。直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油是一種用潛油式直線電機直接驅(qū)動柱塞式潛油泵進(jìn)行采油的新一代無桿采油工藝［5-6］。隨著直線電機、抽油泵技術(shù)的發(fā)展，該采油工藝日益成熟，從根本上解決了有桿泵采油存在的偏磨現(xiàn)象，直線電機動子運動與柱塞運動一致，簡化了機械傳動，并能實現(xiàn)抽汲參數(shù)無極調(diào)整，便于實現(xiàn)自動控制。下面，筆者對該采油工藝進(jìn)行了闡述，在采油廠進(jìn)行了生產(chǎn)試驗，并對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油系統(tǒng)及工藝

1.1直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油系統(tǒng)

直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)和地下的直線電機和柱塞式潛油泵組成。

1)地面控制系統(tǒng) 地面控制系統(tǒng)主要由主回路、單片機、存儲模塊、整流器、開關(guān)管、變壓器、檢測電路組成，能控制直線電機動子的運行速度、運行時間、停留時間、沖程以及沖次，這樣就能根據(jù)油井產(chǎn)能自動調(diào)節(jié)參數(shù)。

2)直線電機 直線電機結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)為圓柱型，定子繞組放于定子鐵心中，內(nèi)部動子鐵心中安放永磁體，實現(xiàn)動子定子的相對運動，采用初級和次級一體密封方式和波紋管保護(hù)器結(jié)構(gòu)，有效地提高密封、安全可靠性和散熱性。

3)柱塞式潛油泵 柱塞式潛油泵結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，主要由小柱塞、大柱塞、小泵筒、大泵筒、上下凡爾、變徑接頭組成，是在常規(guī)抽油泵的基礎(chǔ)上，對柱塞和泵筒總成進(jìn)行了改進(jìn)組合。該泵與常規(guī)抽油泵工作狀態(tài)相反，在下行程時抽油泵舉升液體。

1-推桿；2-吸入總成；3-喉箍；4-波紋呼吸管Ⅰ；5-密封短節(jié)；6-轉(zhuǎn)接頭；7-接線蓋； 8-引線終端；9-電機引線；10-上壓緊管；11-聯(lián)接頭；12-殼體；13-初級(定子)總成；14-次級(動子)總成；15-下壓緊管；16-絲堵；17-電機座；18-注油閥總成；19-保護(hù)器頭；20-單向閥；21-密封接頭；22-波紋呼吸管Ⅱ；23-殼體；24-底座。

1.2系統(tǒng)工藝原理

1-小柱塞；2-小泵筒批；3-轉(zhuǎn)接頭;4-上凡爾;5-有孔轉(zhuǎn)接頭；6-大柱塞；7-下凡爾；8-大泵筒；9-連接桿。

系統(tǒng)工藝原理如下：在控制系統(tǒng)中設(shè)定采油系統(tǒng)的工作參數(shù)，如電機運行時間、沖程、沖次等，通過轉(zhuǎn)換電路把信息變?yōu)殡娦盘柨刂浦骰芈?，從而控制電機啟停、速度、方向等，定子通電后，動子在定子中做往復(fù)運動，帶動推桿進(jìn)行直線往復(fù)運動，進(jìn)而帶動潛油泵泵筒往復(fù)運動，實現(xiàn)吸液排液，從而實現(xiàn)采油。

3 系統(tǒng)安裝

圖3 系統(tǒng)安裝示意圖

直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油系統(tǒng)安裝示意圖如圖3所示。直線電機安裝在泵下方，井液流動時可以帶走一部分熱量，電機推桿與潛油泵連接桿連接，潛油泵小柱塞與油管連接。地面控制器輸入端接變壓器輸出的工業(yè)用電，輸出端接電機接線端子。

4 試驗及效果分析

試驗場地是延長油田股份有限公司南區(qū)采油廠3026井場，各生產(chǎn)井投產(chǎn)時的基本數(shù)據(jù)見表1。油層主要為延長組長4+5和長6油層組，壓裂段在840～920m之間，泵掛800多米，沉沒度為幾十米不等。

在油層層位、地下產(chǎn)能、泵掛等參數(shù)相同情況下，從桿管偏磨、泵效、檢泵修井周期，經(jīng)濟(jì)效益等方面對直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油和普通有桿泵采油進(jìn)行了比較。

表1 直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵生產(chǎn)井基本數(shù)據(jù)

4.1桿管偏磨

普通有桿泵采油存在桿管偏磨，嚴(yán)重時引起桿管磨損失效，增加油井維修次數(shù)和費用，在定向井和水平井中尤為嚴(yán)重，成為制約其應(yīng)用的關(guān)鍵因素。直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油直接用電機驅(qū)動采油泵，取消了抽油桿，也就不存在桿管偏磨，所以說從根本上解決了桿管偏磨問題。

4.2泵效

表2 直線電機驅(qū)動柱塞泵采油投產(chǎn)前后泵效比較

以目前產(chǎn)量為基礎(chǔ)，泵徑44mm，有桿泵沖次選5次/min，無桿泵選0.5次/min，對2種采油工藝的泵效進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表2。地下產(chǎn)能一定，由于普通有桿泵采油沖次受到機械裝置的限制，最小只能調(diào)到4～6次/min，嚴(yán)重影響泵的充滿程度，致使泵效極低，一般在10%以下。直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油可在0.1～10次/min之間無極調(diào)節(jié)沖次，調(diào)小沖次可提高泵充滿程度，泵效可提高到40%以上。

4.3檢泵維修周期

此前，由于桿管偏磨、沖次高引起的柱塞與泵筒磨損，3026井場平均檢泵修井周期為120d左右。直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵使用后，由于不存在桿管偏磨，再加上沖次小，3026井場9口井到目前為止沒有進(jìn)行檢泵修井作業(yè)，免修期已經(jīng)超過400d，明顯延長了檢泵維修周期。

4.4經(jīng)濟(jì)效益

對單井而言，直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵投產(chǎn)費用為26.8萬元，普通有桿泵投產(chǎn)費用為18.7萬元，多投入8.1萬元。有桿泵每年費用為5.2萬元，無桿泵每年費用為1.1萬元，節(jié)約4.2萬元。多投入的費用可以在2a內(nèi)收回，每年單井費用節(jié)約80%左右。

5 結(jié) 語

在延長油田南區(qū)采油廠3026井場進(jìn)行了直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油試驗，采油過程中能對抽汲參數(shù)進(jìn)行無極調(diào)節(jié)，通過與試驗前的普通有桿泵采油工藝對比，發(fā)現(xiàn)直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油工藝取消了抽油桿，徹底克服了桿管偏磨問題；延長了檢泵修井周期，免修期超過400d；提高了泵效，泵效達(dá)到40%以上；單井每年費用下降，節(jié)約率達(dá)80%左右，明顯提高了經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，證明了直線電機驅(qū)動柱塞式潛油泵采油是“低滲、低孔、低能”三低油田行之有效的舉升工藝。

［1］楊坤，吳曉東，師俊峰，等. 應(yīng)用井簡三維可視化技術(shù)設(shè)計油井扶正器安裝位置［J］. 石油鉆采工藝，2009，31(5)：56-59.

［2］劉慶娥，唐慶，孫福山，等. 抽油機井桿、管防偏磨工具優(yōu)選與應(yīng)用［J］. 石油鉆采工藝，2009，31(2)：111-114.

［3］劉翔鶚，王浦潭. 采油工程技術(shù)的發(fā)展與展望［J］. 石油鉆采工藝，2000，22(3)：36-38.

［4］萬仁溥，羅英俊. 采油技術(shù)手冊(修訂本)第四分冊:機械采油技術(shù)［M］. 北京： 石油工業(yè)出版社，2002：112-361.

［5］吳宗新. 直線電機驅(qū)動潛油無桿泵研制［D］. 北京：中國石油大學(xué)，2007.

［6］王瑞文. 磁力驅(qū)動潛油泵舉升技術(shù)［J］. 油氣田地面工程，2009，28(4)：44-45.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.026

TE933.9

A

1673-1409(2012)07-N077-03

2012-04-13

黃華(1978-)，男，2001年大學(xué)畢業(yè)，博士，工程師，現(xiàn)主要從事采油工程方面的研究工作。

［編輯］ 洪云飛