連續(xù)管纜采油試驗及分析

李寧會

(長慶油田公司設備管理處 陜西 西安 710021)

0 引 言

有桿采油系統(tǒng)，采油效率低、能耗高、管理難度大，在斜井中大量存在偏磨問題，偏磨消耗了能量、增加了故障。離心式電潛泵采油系統(tǒng)雖然解決了偏磨問題，但它不適用于低產井，它的電纜需綁在常規(guī)油管外面，起下管柱慢，且電纜容易損壞。為此迫切需要適合于低產斜井的高效率、低成本的采油方式。近年來產生了將電纜與非金屬連續(xù)油管復合在一起用于井下的連續(xù)管纜，產生了多種適合于低產井的電潛泵，如柱塞式、隔膜式、螺桿式等。將這種連續(xù)管纜與適合于低產井的電潛泵組合應用，將是采油方式的大變革。長慶油田現有油井約6萬口，全部采用有桿采油，平均單井液量3.6 m3/d，絕大多數是斜井，對這種新采油方式有很大的適用性。

1 連續(xù)管纜

連續(xù)管纜是用多種材料制成的、并在管體內敷設動力電纜、信號電纜、加熱電纜的連續(xù)復合管，它有3個特點：復合材料、連續(xù)管、管纜一體。

連續(xù)管纜配電潛泵，相比傳統(tǒng)的金屬油管外綁電纜配電潛泵的方式，具有電纜不易碰壞、起下管柱速度快、耐腐蝕、保溫等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ牟捎团e升方式。

現有多種復合管用于現場，已有8種復合管的石油行業(yè)標準：SY/T 6662.1《石油天然氣工業(yè)用非金屬復合管 第1部分》～SY/T 6662.8《石油天然氣工業(yè)用非金屬復合管 第8部分》，但這些多是地面用管。用于井下采油的復合管尚無行業(yè)標準、國家標準。復合管用于井下采油，其性能指標與地面管有很大的不同，它對抗拉強度、外壓力、內壓力、伸長率等有較高要求。

現有2個廠家的2種連續(xù)管纜用于井下采油：2015年新疆油田公司在國內率先試驗了威海鴻通管材股份有限公司的連續(xù)管纜，累計下井20口，最大深度1 473 m。2016年長慶油田公司試驗了上海飛舟博源石油裝備技術有限公司的連續(xù)管纜，累計下井4口，最大深度1 600 m。連續(xù)管纜結構如圖1所示。2種管子的參數見表1。

圖1 連續(xù)管纜剖面示意圖

表1 連續(xù)管纜參數

通過以上2個油田對連續(xù)管纜的使用，分析總結出連續(xù)管纜具有如下特點：

1)起下管柱速度快，省去了常規(guī)的每下一根油管捆扎3次的麻煩。

2)連續(xù)管纜內置動力線，解決了傳統(tǒng)外置電纜所帶來的磕碰、摩擦、卡纜、拖拽等問題。

3)導致井液溫降小，相比鄰井井口溫度高，降低了回壓：絕熱性好；內徑小，提高了流速；電纜具有加熱能力。

4)不結垢不結蠟。連續(xù)管纜內襯層選用防結垢防結蠟材料，如超高分子量聚乙烯、聚烯烴及聚四氟乙烯等，由于其自潤滑性和不粘附性，使得內襯管不結垢、不結蠟、流動阻力小，可長期保持壓力不增。

5)連續(xù)管纜內壁鑲嵌有單模和多模數據光纖。單模光纖用于傳輸井下溫度、壓力信號，地面控制系統(tǒng)自動調節(jié)潛油電機頻率，使地層出液量與泵采液量保持平衡。多模光纖則可檢測整個連續(xù)管內軸向不同位置的內外溫度、管子的受力狀態(tài)等參數，可實時監(jiān)測管子狀態(tài)。

6)連續(xù)管纜的強度、耐溫不及金屬油管。

7)金屬接頭與管體連接處易出現問題。

8)目前價格較高，有待批量上去后，進一步降低價格。

9)可靠性和壽命有待考驗。

2 潛油電機

潛油電機有旋轉電機和直線電機兩種類型，下面對這兩種潛油電機的功能和特點進行匯總分析。

2.1 直線電機

大慶油田建有200口左右的潛油直線電機采油示范區(qū)，累計應用量500多口。直線電機驅動柱塞泵已經歷了十幾年的試驗、改進，解決了永磁材料密封、動子定位限位、電纜保護、清防蠟、減振、防空抽等問題，現趨于成熟。目前存在的問題是電機效率低，裝機功率大，導致電纜粗、投資大。

2.2 旋轉電機

旋轉電機分為高速和低速二種。

高速電機非常成熟，常用于驅動離心泵。若用于驅動螺桿泵、柱塞泵等，轉速太高，必須用減速器，但缺乏適合井下的小直徑、長壽命的減速器。采用減速器，不僅增加了價格，也增加了故障點，不是好的選擇。

低速電機轉速200～300 r/min，可省去減速器，直接驅動螺桿泵。目前，國內僅有三家生產廠。這種電機在滿載時效率約為60%。

2.3 電機的優(yōu)點和缺點

旋轉電機和直線電機的優(yōu)點和缺點見表2。

表2 旋轉電機和直線電機優(yōu)點和缺點

3 井下泵

與潛油電機配合的井下泵有離心泵、柱塞泵、隔膜泵、螺桿泵等，下面分別進行說明和分析。

3.1 離心泵

離心泵已很成熟，但僅適合高產井。

3.2 柱塞泵

單柱塞的長柱塞泵與傳統(tǒng)的抽油泵差別不大。有的油田開發(fā)了與直線電機配合的特殊抽油泵，如大慶油田為提高效率，開發(fā)了雙作用柱塞泵[1]；新疆油田為避免頻繁起下管柱對電纜的傷害，開發(fā)了可投撈柱塞泵，這些都已經投入了實際應用。

3.3 隔膜泵

俄羅斯產的隔膜泵結構如圖2所示，采用1 440 r/min的電機，功率3 kW，經過圓錐齒輪減速、換向，用凸輪驅動單柱塞、隔膜往復運動。在長慶油田下井5口，使用時間最長244 d，最短48 d，平均55 d。主要問題是膜的壽命短。圖3是4-1600型隔膜泵的泵組特性曲線，是在4 m3/d、16 MPa、50 Hz工況下測得。

圖2 隔膜泵結構圖

圖3 隔膜泵泵組特性

3.4 螺桿泵

螺桿泵相對成熟一些，雖然地面驅動的井下螺桿泵應用較多，但其與井下驅動的螺桿泵在扭矩儲備、萬向節(jié)等方面還有差別。井下驅動螺桿泵應用井數量約100 口。長慶油田下井15 口，使用時間最長801 d，平均272 d。主要問題是橡膠的適應性、定子與轉子間隙的合理匹配變數較多。圖4是1.8-2200型螺桿泵配TQY114T-9電機的泵組特性曲線，是在300 r/min工況下測得。

圖4 螺桿泵組特性

3.5 其它泵型

總體上，適應低產井的、成熟的泵不多。目前迫切需要開發(fā)適應低產井的井下泵。軸向柱塞泵是一種可選的泵型，其結構如圖5所示，它的原理適合井下采油。它主要用于液壓系統(tǒng)，介質非常干凈。若用于井下，由于介質不純，需提高易損件壽命，還需縮小外徑。

圖5 軸向柱塞泵結構圖

3.6 泵的優(yōu)點和缺點

潛油泵的優(yōu)點和缺點見表3。

表3 潛油泵的優(yōu)點和缺點

4 組合應用

連續(xù)管纜配直線電機驅動柱塞泵、配低速旋轉電機驅動螺桿泵、配高速電機驅動螺桿泵、配高速電機驅動隔膜泵等，國內都已下井試驗，節(jié)能效果都在20%以上，可靠性待檢驗。

5 建 議

為了規(guī)范和有效地使用連續(xù)管纜，建議進行以下試驗和研究工作：

1)制定連續(xù)管纜行業(yè)標準。

2)制定連續(xù)管纜配電潛泵的系統(tǒng)效率測試、計算方法。由于連續(xù)管纜保溫好、井口液體溫度高，現行的標準SY/T 5264-2012《油田生產系統(tǒng)能耗測試和計算方法》中未考慮這個因素，導致算出的系統(tǒng)效率偏低。

3)提高潛油電機效率、井下泵效率。

4)開發(fā)新型井下泵，如旋轉電機驅動多柱塞泵、螺桿泵與旋轉電機同體的泵、柱塞泵與直線電機同體的泵等。

5)開發(fā)新的連續(xù)管纜。現在下井的2種連續(xù)管纜都是非金屬的，還可開發(fā)金屬連續(xù)油管與非金屬材料復合在一起的連續(xù)管纜。

6)改進隔膜泵的隔膜質量，提高壽命。

6 結 論

連續(xù)管纜采油可解決斜井偏磨問題，潛油螺桿泵、隔膜泵、柱塞泵等是適應于低產井的泵型，連續(xù)管纜配潛油螺桿泵、隔膜泵、柱塞泵等是解決低產斜井偏磨問題的有效方法，是舉升方式的革命，現已取得良好的開端，未來會有很大的市場。在管子、電機、泵等方面，介入的廠家不多，仍有許多問題需要解決，希望有更多的廠家、油田來推動這個項目。