同井注采倒置電泵機組開發及產業化

朱楠楠

摘 要：目前在油田注水領域，利用潛油電泵進行油田增壓注水技術，可以有多種多樣，但綜合起來可分為兩大類，即地面方式，地下方式，地下方式可分為口袋井式或倒置式兩種方式。這些增壓注水方式國內外陸地油田都有應用，但針對海上油田，由于平臺空間及投資的限制，地面方式及口袋井方式都不適于海上生產平臺使用。而地下倒置式潛油電泵增壓注水恰好滿足海上油田注水的要求。通過對陸地注水工藝的重新設計使得它既可進行同井的采、注，又可便于其他井下采油工藝的實施。該研究成果實踐成功后可填補國內海上油田井下倒置式潛油電泵增壓注水的空白。

關鍵詞：同井;潛油電泵;注采;倒置

1.研究目標

1）采出泵采用桿式地面螺桿泵驅動。 水力旋流器為如注入泵和采出泵組之間，為靜止連接。

2）水力旋流器下端連接電泵系統，電泵電機采用系列潛油電機、上下為保護器。

3）在電機及電機保護器外部設置回注水導流外殼。

4）注入泵為多級離心泵，泵工況為倒置狀態，且為逆時針旋轉。在泵出口需設置單向閥，防止停機作業時注水層高壓水回灌。

5） 傳感器導壓管及信號線的井下對接密封裝置優化設計，對現場下井時間節省40%

6）保護器優化設計：解決設備在運轉過程中電機液溫度升高液體不能壓縮所產生的內外腔壓力不平衡等原因。

7）適應大液量、高揚程的需要：40-300m3/d排量，注入揚程15-40MPa;

2.項目創新點及擬解決的關鍵技術問題

1）新型同井注采裝置通過吸入機構和防砂管裝置濾網過濾掉井液中直徑較大的砂粒，起到了降砂防砂的作用;井液在磁化防垢器中得到全部磁化，使易結垢的礦物質分子結構改變，達到防垢的目的。

2）采用超細晶粒硬質合金用于摩擦副材料，降低摩擦副的摩擦系數，提高抗沙能力和延長壽命。

3）研制圓環式扶正器，提高葉輪運轉的平穩性，減少了葉輪和導殼之間軸向和徑向的磨損，達到提高泵效和延長壽命的目的。

4）實現同一口井注、采模式，可有效解決海上平臺其他井下采油工藝實施困難的問題。

5）該研究成果實踐成功后可填補國內海上油田井下倒置式潛油電泵增壓注水的空白。

3.研究方法和工藝技術路線

1）技術原理

該倒置式潛油電泵機組的油田在于能夠實現同井水采、注，以及方便采取其他作業工藝措施。為了解決全開閥運行，我們進行了一系列的方案確定，根據離心泵的特性泵在大流量運行中易產生震動，葉導輪本身的軸向力較大，葉輪上蓋很容易磨損，如果流量偏小葉輪向下的軸向力較大葉輪下蓋容易損壞。在研發中也試圖用減壓孔來調整也沒有達到理想狀態。經過反復研究我們準備利用壓緊泵和調整變頻的方式來解決離心泵偏離工況運行的難題。利用高精度關鍵部件更好的實現全壓緊泵的結構可靠性。實現無控制閥門正常運行的優勢。

2）倒置式潛油電泵機組的技術原理為：

①將倒置式潛油電泵機組按連接順序下井，機組的大體安放位置應在水源以下和注水層以上，并保證泵吸入口的足夠水壓頭供液。

②地面由動力電纜傳遞給倒置潛油電機。

為了實現潛油電泵倒置注水，采用上節電機正常的工作條件，把電機的尾部作為傳遞動力源的結構。下面配置一臺特殊設計的保護器來解決泵軸向力的問題。同時采取非標準配置實現外部設置導流外殼。引接電纜引出方式?？紤]到當機組停機時溫度降低電機內油品體積縮小，電機上部可能會出現缺油現象，為此專門設計了上部保護器解決油品補充問題。

③水源由泵上部的吸入口被倒置注水泵吸入泵內，經逐級增壓后由倒置泵下部的排出口排到封隔器以下的油管中，再注入水層。

④井下壓力傳感器

作為保證機組正常運行的信息傳輸部件井下壓力傳感器起著關鍵作用。難點在于下井作業時信號線容易受到損傷，為此我們將電機封星點作為信號線引入點。通過動力電纜傳輸至地面，使信號線長度大幅縮短，安全性得到提高。

⑤導流外殼

主要考慮過流面積是否適用，導流外殼內孔與電機保護器外壁的環形空間的過流面積為1200平方毫米。葉輪進液口的過流面積為600平方毫米。250方/天的泵過流面積符合使用要求。

⑥下保護器

全壓緊泵最大的缺點是軸向力很大。比如：130-250方/1000米泵型，實際軸向力為1.2噸，如果克服此軸向力采用通用止推軸承是不能滿足的（普通止推軸承承載力為0.46噸）為了解決這個問題我們設計為高止推軸承，承載力為2噸，這樣可以更好的解決泵軸向力問題。

3）工藝路線

4）工作系統

采用水利旋流器進行油水分離，分離后的水通過導流外殼接頭進入導流外殼環形空間，經過上保護器——電機——下保護器——進液段等部分進入離心泵，通過離心泵作功升壓將井液注入注水層。密封采用封隔器，井下壓力流量數據采用井下傳感器傳輸到地面。

5）主要性能指標如下：

①潛油電泵注水量：30-1000m3/d

②增注壓力：5-28MPa

③電機功率：5-110KW

④檢泵周期：>180天

同井注采是一種非常先進的理念，是石油行業的一次技術革命。主要特點有節能環保，避免地面的二次污染，簡化地面工藝流程，適用范圍廣等。目前國內外眾多研究機構都作為課題進行研究，都沒有太可靠的技術手段進行推廣，可見其具有極大的難度。

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