防垢潛油電泵研制及在渤海油田的應用

紀樹立，梁鳳儒，周懷亮，李令喜，孫　濤，馬緒鵬

(1.中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452；2.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)*

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防垢潛油電泵研制及在渤海油田的應用

紀樹立1，梁鳳儒1，周懷亮2，李令喜1，孫濤1，馬緒鵬1

(1.中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452；2.中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300452)*

摘要：渤海油田有部分油井及水源井結垢嚴重，檢泵周期短、電泵故障率高。開發了2種主要結構形式的防垢潛油電泵，主要由潛油泵、潛油電機、潛油保護器及防垢分離器或防垢裝置組成。有效地解決了結垢問題，在渤海油田油井及水源井使用取得了顯著的效果。

關鍵詞：潛油電泵；防垢；開發；應用

渤海油田有部分油井及水源井結垢嚴重，應用于該種井況的常規潛油電泵使用情況并不理想，經常發生潛油電泵葉導輪因結垢導致葉輪流道阻塞，油井產液量降低，同時機組負荷加大，并常出現機組因垢層脫落造成磨損或卡泵現象。潛油電泵機組壽命受到結垢影響較為嚴重，不能長時間的正常工作，縮短了檢泵周期，增加了檢泵次數及費用。針對結垢問題采取了注入化學藥劑等多種措施，在一定程度上緩解了這一現象的產生，但存在污染地層、費用成本高、操作工藝復雜等問題。因此，研制了新型防垢潛油電泵(專利號：CN201320213073)，可有效解決電泵機組的結垢問題，以延長電泵運行壽命，降低檢泵作業費用，同時避免其他防垢措施帶來的負面影響。

1技術分析

1.1防垢原理

在防垢潛油電泵中，防垢裝置是防垢潛油電泵技術的核心部件。井液只要流經該部件，就能夠實現防止潛油電泵結垢功能[1]。該核心部件內部都裝有防垢功能的防垢片，防垢片為由9種金屬組成的特殊合金材料[2]，合金材料所包含元素的電負性比液相中的離子低，當與流體接觸時，形成一種特殊的電化學催化體，在多孔合金材料與流體間形成無數微電場，使流體產生極化效應，改變流體的物理性質，產生以下效果：

1)使固相顆粒處于懸浮分散狀態，抑制垢的形成。

2)使原油中的蠟和膠體物質呈懸浮狀態，不易聚集吸附于管壁上。

3)使液相中的各種離子及雜質不易結合形成垢。

4)減弱溶液組合對金屬的氧化作用，增強其還原作用，抑制金屬的腐蝕。

1.2防垢結構

1.2.1外部防垢結構

帶導流罩防垢潛油電泵是防垢潛油電泵主要結構形式之一。該防垢潛油電泵主要由潛油泵、潛油電機、潛油保護器、分離器(吸入口)、電纜、導流罩及防垢裝置等組成，如圖1所示。導流罩將離心泵吸入口、電動機保護器和潛油電動機罩于其內，迫使油井液和井口注人液從護罩下端流經潛油電動機進人離心泵吸人口。其中，導流罩下部的防垢裝置是防垢潛油電泵的核心部件。

1—防垢裝置；2—導流罩底座；3—導流罩；4—電機；

井液經過防垢裝置進入導流罩與潛油電泵機組之間的環形空間，通過導流罩內的分離器入口進入潛油電泵舉升系統，經由泵舉升到地面。防垢裝置具有防垢功能，由于井液經過防垢裝置，就能夠起到防垢的效果，保證從防垢裝置流過的井液不會在電機、保護器、分離器、泵及油管中結垢。

該結構由于導流罩與防垢裝置配套使用，還具有如下功能[3]：

1)在低產稠油井中，電潛泵配置護罩，可從井口注入降黏劑或水，從而降低原油的黏度并增大流經潛油電動機的流速，不僅滿足多級離心泵舉升的要求，而且有利于冷卻潛油電動機和延長整套機組的運轉壽命。

2)在高油氣比油井中，將帶護罩電潛泵機組安裝在油層的下部，氣體不能進人離心泵，可防止氣鎖，保證電潛泵機組連續運轉。

3)在低產大直徑套管井中，強制井液流經潛油電動機外殼與護罩之間的環形流道，增大潛油電動機的散熱量，防止電動機的電磁線繞組因溫度過高使電氣絕緣過快老化引起短路故障，提高潛油電動機的運轉壽命。

4)在單套管底部密封的口袋井中安裝帶護罩電潛泵，可對低壓來水實施無泄漏增壓注水。

1.2.2內部防垢結構

帶防垢分離器(吸入口)的潛油電泵是防垢潛油電泵第2種結構形式。該防垢潛油電泵主要由潛油電泵、潛油電機、潛油保護器及防垢分離器(防垢吸入口)組成，如圖2所示。其中，與保護器和泵連接的防垢分離器(吸入口)是防垢潛油電泵的核心部件。

1—電機；2—保護器；3—防垢分離器(吸入口)；

井液從防垢分離器(吸入口)進入潛油電泵舉升系統，經由泵舉升到地面。防垢分離器(吸入口)具有防垢功能，井液經過防垢裝置，就能夠起到防垢的效果，保證從防垢裝置流過的井液不會在電機、保護器、分離器、泵及油管中結垢。其中：防垢分離器(如圖3所示)具有防垢和分離氣體的功能，適用于含氣量高需要分離游離氣體的油井；防垢吸入口具有防垢功能，適用于含氣量低的油井或水源井。

防垢分離器主要由上接頭、襯筒、誘導分離輪、防垢片、軸承支架、中心軸和下接頭組成。防垢分離器連接在潛油泵的下部，能同時對潛油泵及潛油泵以上井筒進行防垢處理。其中防垢片沿氣液分離器中心軸串聯布置，能減少電泵氣鎖及腐蝕，提高泵效，延長泵的使用壽命。

1—上接頭；2—殼體；3—襯筒；4—誘導分離輪；5—軸承支架；6—擋圈；7—防垢片；8—下接頭。

1.2.3防垢潛油電泵特點

將防垢裝置與分離器相結合，開發出了防垢分離器，具有防垢、處理氣體功能。將導流罩與防垢裝置結合，開發出了帶導流罩的防垢潛油電泵，既有導流罩的功能又有防垢功能。防垢潛油電泵具有如下性能和特點：

1)能防止和減少蠟、垢以及腐蝕的形成。

2)無需任何化學添加劑，無磁、無電，不會污染所處理的流體。

3)工作條件不受壓力、溫度、磁場或其他因素的影響。

4)節省化學處理成本。

5)減少熱洗作業成本。

6)提高設備的工作效率，延長使用壽命。

7)易于安裝，維護工作量小，壽命長。

8)有效工作時間5 a。

2防垢潛油電泵的應用

此防垢潛油電泵技術于2009-06首次開始使用，截至目前在渤海油田已經使用了30多套，取得了比較好的效果。檢泵周期由原先的幾十天提高到了300 d以上。

1)典型案例1。在渤海油田結蠟結垢較為嚴重的P1井，應用了帶導流罩防垢潛油電泵。之前該井僅生產半年就需要檢泵，采用防垢潛油電泵技術后，正常工作2 a，拆檢無垢，效果良好。

2)典型案例2。在結垢較為嚴重的P8井，采用帶防垢分離器潛油電泵技術。之前該井僅生產200 d左右就需要檢泵，使用防垢潛油電泵技術后，運行周期延長到了2 a以上，效果良好。

3)典型案例3。在結垢嚴重的P4油井使用了帶導流罩防垢潛油電泵，下井后運行平穩，生產曲線如圖4所示。后因電纜故障檢泵作業，并對電泵進行拆檢驗證防垢效果，發現葉輪無垢，并與安裝防垢器前的電泵葉輪對比，如圖5所示。

圖4　BZ34-2P4井應用防垢泵生產曲線對比

圖5　BZ34-2P4井應用防垢泵潛油效果對比

4)典型案例4。在結垢嚴重的P8油井使用帶導流罩的防垢潛油電泵，效果良好，目前該井已經使用4套。生產曲線如圖6所示，效果對比如圖7所示。

圖6　BZ34-2P8井應用防垢泵生產曲線對比

圖7　BZ34-2P8井應用防垢泵潛油效果對比

5)典型案例5。渤海油田J10井主要結鋇鍶垢，因結垢每生產2～3個月就需要檢泵作業。自下入防垢潛油電泵后一直穩產高產，檢泵周期從以前的平均80 d延長到目前的1 301 d，于2009-11-27因轉注提泵。 生產曲線如圖8所示。

圖8　SZ36-1J10井應用防垢泵生產曲線對比

3結論與建議

1)防垢潛油電泵能夠提高潛油電泵在結垢井中的運行時間。對不同井況，可以選擇適用的結構形式。在海上油田的油井中，采用帶導流罩的防垢潛油電泵能夠滿足高溫油井防垢的要求。

2)防垢潛油電泵使用效果好，適應性強，因此具有比較廣泛的推廣應用價值。

3)帶防垢分離器的潛油電泵機組殼體外部結垢問題需要進一步分析和研究。

參考文獻：

[1]王猛.油田管道結垢治理技術研究綜述[J].黑龍江科技信息，2011(33)：45.

[2]趙德喜，徐振東.流速對Cu-Zn-X合金防垢效果影響研究[J].中國新技術新產品，2013(17)：17-18.

[3]李波，邵雷，程時全，等.帶護罩電動潛油泵機組的研究與應用[J].石油機械，2001，29(11)：41-42.

Development and Application of Antiscale ESP in Bohai Oilfield

JI Shuli1，LIANG Fengru1，ZHOU Huailiang2，LI Lingxi1，SUN Tao1，MA Xupeng1

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.，Tianjin300452,China；2.CnoocCo.，Ltd.,Tianjin300452,China)

Abstract：Scale exists seriously in some of the oil wells and water wells in Bohai oilfield.It results in pump operation cycle shorten and pump failure rate to rise.In order to solve this problem，an antiscale ESP is developed.This technology is mainly composed of submersible pump，submersible motor，submersible protector and antiscale separator or antiscale devices.There are two main structural forms.This technology there are more than 30 sets of this ESP used in Bohai oilfield，solve effectively the problem of scale formation in the oil wells and water wells.The results show that the development of the antiscale ESP can meet the need of oilfield production.

Keywords：antiscale；electric submersible pump；development；application

中圖分類號：TE933.3

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.04.023

作者簡介：紀樹立(1981-)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，主要從事潛油電泵技術與開發工作，E-mail： jishl@cnooc.com.cn。

基金項目：中國海洋石油總公司基金資助項目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 06 LTD NFCJF 2012-04)

收稿日期：2015-10-18

文章編號：1001-3482(2016)04-0088-04