稠油中膠質瀝青及其形成摩擦阻力對電潛泵運轉的影響

王 佶

（渤海石油裝備〈天津〉中成機械制造有限公司，中國 天津300280）

0 引言

我國面臨著石油資源短缺的困境，為緩解這一現狀，需積極研發新技術，提高原油的開采率。稠油是原油的一種，含有大量膠質瀝青，黏度強、密度大、流動性差，開采十分困難。隨著溫度增加，稠油的黏性會有所下降，然而在使用電潛泵抽油時，油流自下而上流動溫度逐漸降低，使得摩擦阻力增加，極易出現堵井現象。加上電潛泵井排量大，如果油層溫度過低，易增加電機負荷，致使電泵機組不能正常運行，從而影響到開采作業。因此，需對電潛泵加以改進，保證稠油井的穩定生產。

1 案例分析

稠油是相對稀油而言的，多指地面密度在0.943以上，或地下粘度至少為50cP的原油。某石油公司主要經營石油開采、運輸加工業務，2010年計劃在A、B兩油田進行開采。A、B油田均屬于稠油井，膠質瀝青含量多，形成較大的摩擦阻力，加上油流流動性差，原油很難從井底流向井口?？紤]到高溫可改變稠油粘度，該公司采用了加熱油管、過泵加熱等多種方法，利用整筒泵和螺桿泵等設備開展作業，但由于原油粘度過大，導致泵桿多次斷脫，阻礙了正常生產。技術人員對油田狀況做了仔細勘察，發現原油埋深在3500m以下，滲透率低，井筒容易散熱，以至于地溫梯度較低，溫度場不穩定。在總結經驗教訓后，決定開展抗稠油電潛泵的先導性試驗，原油產量逐漸恢復。

2 油田特征及抗稠油電潛泵技術

2.1 油田特征

A、B油田屬于地層不整合碳酸鹽巖溶縫洞圈閉類型，儲層具有明顯的非均質性，裂縫較多，整體互通。在充填作用下，局部存在有油氣的封閉儲集體系，且油氣多儲藏于巖溶縫洞中?；谶@種地質構造，油井中以稠油為主，膠質瀝青含量較高，粘度大、凝固點低，對溫度較敏感。如S16號油井為例，溫度為50℃時，原油粘度為21650mPa·s；溫度為60℃時，原油粘度降至12800mPa·s；在70℃和80℃的溫度下，原油粘度繼續降低，分別為5600mPa·s、2430mPa·s。

2.2 抗稠油電潛泵技術

是將抗稠油工藝和潛油離心泵相結合，形成的一種新技術。電動機將電能轉換為機械能，然后高速旋轉（約為2900r/min）；在其動力驅動下，離心泵開始做功，將井液逐漸舉升至地面。與以往的開采方法相比，該技術的效率有所提高，但同時也受到稠油的很大影響。

2.3 電潛泵受到的影響

使用電潛泵抽油時，由于原油粘度大，在井底電潛泵、油管流動、生產處理等各個環節都有大量的膠質瀝青，相應的摩擦阻力也較大，很有可能會影響到電潛泵的正常運行。

首先，當電動機表面粘附有膠質瀝青時，散熱性能下降，如果在長期作業中不能順利散熱，必將引起電動機溫度不斷上升，從而出現各種故障，甚至燒毀。正常運轉時，定子和轉子之間的熱穩定較平衡，若熱傳遞受阻，導致轉子膨脹過快，與定子內膨脹的環氧樹脂相摩擦而出現異常。

其次，在使用電潛泵舉升井液的過程中，離心泵是不可或缺的部件，與泵的整體性能密切相關。隨著膠質瀝青沉積，加上原油流動時摩擦力增加，使得泵內軸向荷載及徑向阻力都隨之增大。而轉速與泵排量多為線性關系，平方與揚程成正比，立方與功率成正比。所以一旦電動機的輸出功率達不到泵實際所需的功率，極易出現斷軸、卡死、停機等情況。

此外，密封件也是較為重要的部件，負責驅動軸和吸入軸之間的密封。原油中含有的瀝青在密封面內與內部零部件之間的沉積容易引起絕緣油的膨脹，以至于油井流體和電動機潤滑油摻雜在一起。此時如果原油粘度較大，瀝青將卸壓孔堵住，必將導致內部壓力失衡，密封件也不能發揮應有的作用。電動機內部易出現真空現象，甚至整個接頭都會漏失，最終電動機被燒毀。

3 關于抗稠油電潛泵工藝的改進

3.1 缺陷及技術改良的必要性

從以上分析中可知，抗稠油電潛泵工藝技術的開采效率雖有所提高，但A、B油田的原油埋深較深、粘度大，在電潛泵作業時以產生不利影響，經常會損壞電動機和其他部件。不但阻礙了正常作業的開展，還增加了維修成本。從2011年到2012年，公司的原油總產量并沒有明顯提高，難以滿足越來越多的市場需求，而機械設備維修費用大幅增長，公司很難獲利。鑒于此，公司決定對原來的技術進行改良，進一步提高開采效率，以獲得更大的經濟效益。

3.2 電動機的改進

在A、B油田開采過程中，電潛泵的泵掛深度多在1500m——2400m左右，溫度也保持在65℃—72℃?？紤]到在膠質瀝青的沉積下，電動機易因散熱而被燒壞，所以設計使用180℃耐高溫電動機，且具有良好的散熱性。即便散熱條件較差，也能夠及時散熱穩定運轉。而電動機作業時釋放的溫度還能夠降低原有的粘度，以便原油順利流通。

3.3 平衡器的改進

此次改進采用沉降式和膠囊式相結合而成的復合式平衡裝置，包括膠囊、兩個沉淀腔、上、中、下放油氣孔各兩個，以及止推腔幾部分。另外還安裝有三級機械密封，在抽油時能起到保護的作用。先將電泵機組沉入井底，越來越高的溫度會引起電動機油的膨脹，使部分油進入收縮的膠囊；然后啟動電動機，隨著溫度上升，電動機油繼續進入膠囊。直至達到一定溫度，電動機不再膨脹，保護膠囊的容積完全容納了由常溫到井底溫度再到電動機工作溫度時膨脹的電動機油；機組停止工作后，溫度會逐漸降至井底溫度，同時膠囊開始收縮，井液從上接頭的連通孔進入膠囊與保護器殼體之間的環形空間；密封件兩面的壓力平衡，可能會沿離心方向泄漏。

3.4 離心泵的改進

葉導輪寬流道設計及優化泵型：由于粘度的影響會使泵的效率降低是離心泵的固有特性，作為彌補，寬流道設計是較好的選擇。以R9、H27兩種泵性能比較，都為額定排量100m3/d，前者流道寬度7mm，后者流道寬度4mm，前者是后者的1.7倍，相應的過流面積增加了4.3倍。

葉導輪水利角度的變化：將葉導輪進口及出口角度由32℃提高到38℃，可在相同排量的條件下，降低單級葉導輪功率消耗，客觀上表現為摩擦阻力的減小。比較TL-100和TLL-100兩種葉導輪，額定排量均為100m3/d，前者額定揚程6.4m，單級功率消耗0.1297KW，后者額定揚程6m，單級功率消耗0.1364KW，單級功率消耗后者是前者的1.2倍。

葉導輪表面耐磨涂層工藝處理：普通葉導輪為鎳鑄鐵精密鑄造件，粗糙度肉眼可見，經表面耐磨涂層工藝處理,粗糙度會有所改善，除了防止泵內膠質瀝青的沉積，還能減少泵內部件與液體的摩擦阻力，同時也提高了部件的耐磨和耐腐蝕能力。經室內常溫試驗，泵性能各項指標均可達標。與普通離心泵相比，其抗稠油的能力提高了倍。

4 結束語

作為原油中的重要組成部分，稠油是人來利用的主要資源。但其有著特殊的物理特性，開采難度較大，電潛泵是一種有效的方法，為進一步提高生產效率和生產量，應對其技術做進一步探究。

［1］張海霖，吳玉青，劉海靜，王宏杰，周海.抗稠油電潛泵工藝技術與應用[J].石油機械，2004,24（12）：109-110.

［2］潘億勇.海上稠油油田電潛泵工作的影響因素分析及改進措施[D].油氣儲運工程，2003.