聚驱宽流道潜油电泵的研究与现场试验

冷德富

(中国石油大庆油田有限责任公司第三采油厂,黑龙江大庆163113)

聚驱宽流道潜油电泵的研究与现场试验

冷德富

(中国石油大庆油田有限责任公司第三采油厂,黑龙江大庆163113)

在萨北油田潜油电泵是水驱阶段机械采油的重要工具,随着电泵井含聚浓度上升,生产情况也发生了变化,出现机组产液量和排量效率下降、滑脱系数增大等现象。为此,在深入认识聚驱采出液和宽流道潜油电泵工艺技术特点的基础上,发展和完善了潜油电泵采油工艺技术,现场应用表明,宽流道潜油电泵能满足聚合物驱阶段采出液的抽吸要求。

潜油电泵;排量效率;滑脱系数;宽流道潜油电泵

电动潜油离心泵简称电潜泵或电泵,是将电动机和多级离心泵一起下入油井液面以下进行抽油的举升设备[1]。聚合物驱电泵井应用情况表明,随着聚合物注入体积的增加,产液指数下降,油井采出液性质与水驱相比有较大差异,电泵排量效率随采出液中含聚合物浓度增加而降低,功耗增大。因此,我们对电泵井见聚浓度与排量效率的关系进行了分析,制定相应的措施,以减少产量损失[2]。

1 潜油电泵应用存在问题及原因分析

萨北油田聚驱采出井占总井数的16.5%,因此,电泵采油在聚驱采油工艺中具有重要的地位。随着见聚浓度的上升,潜油电泵应用存在一些问题,对这些问题进行分析认为,主要包括以下几个方面。

(1)生产情况发生变化。随采出液中聚合物浓度的上升,机组产液量和排量效率呈下降趋势。主要由于注入井在注入过程中,增加了注入水的粘度,使油层对聚合物吸附捕集而引起渗透率下降,导致压力传导能力变差,电泵井产液能力下降。

(2)滑脱系数增大,导致排量效率下降。由于聚丙烯酞胺分子的螺旋结构,聚合物在流动可具有部分弹性,其弹性变形符合虎克定律,呈线性粘弹性行为。由于聚合物这种弹性性能,在流动过程中具有一定的滑脱效应,进而导致电泵排量效率下降。

(3)井液粘度增加,导致排量效率下降。首先,聚驱电泵井由于井液物性的变化,粘度增加,分离出的气体运动阻力增加,粘度达到一定值后,气体或泡沫将不上浮,造成油气分离器内气液比过高,机组不能工作于排量—扬程曲线上,造成排量效率下降的局面。其次,抽转或电泵井换大泵生产后,改善了采出井沉没度较高的生产状况,但是仍然有部分电泵井沉没度值较高,而且在聚驱见聚浓度高的电泵井上尤其明显[3]。

(4)见聚浓度上升导致叶轮腐蚀,漏失率增加。随着电泵井见聚浓度升高,电泵井的部件腐蚀加剧,导致电泵井漏失。聚合物对电泵井的叶轮有较强的腐蚀作用,见聚浓度不同,对电泵井叶轮的腐蚀程度也不同,从而导致电泵井不同程度地存在漏失。

针对上述存在的问题,对电泵井的检泵周期缩短、排量效率下降和能耗较大的问题进行分析,并开展了聚驱宽流道潜油电泵的技术研究及现场试验。

2 宽流道电泵的结构与技术原理

2.1 宽流道电泵的结构组成

聚驱宽流道潜油电泵有七个部分组成:潜油电机、保护器、分离器、潜油泵、潜油电缆、控制柜和变压器。与其配套使用的还有小扁电缆护罩、电缆卡子、单流阀、泄油阀等。

2.2 宽流道电泵的技术原理

潜油泵实际使用中的排量降低,是因为聚合物改变了井液液体的性质,在同样的几何尺寸和工况条件下,聚合物液体与普通井液相比,单位时间的过流量减少,所以与普通潜油电泵相比,叶导轮几何尺寸要求改变设计,设计宽流道结构的叶导轮。该套100m3/d机组的流道与普通200m3/d机组相似,很大程度上提高了过流能力,主要技术包括以下几点。

(1)拓宽流道的叶导轮。普通叶导轮的通流面积是针对清水性质、粘度较低的液体而开发设计的,过流面积小,达到设计需要的流量时,轴面流速较大[4]。对于含有聚合物井液的这样非牛顿液体,由于与流道边界阻滞作用大、液体之间的牵扯作用强、速度梯度变化会产生较大的内摩擦应力,并且长分子链也不利于液体在泵内流动,所以叶导轮在相同转速下轴流速降低,叶导轮抽吸量降低使聚合物叶导轮达到相同的流量,需对聚合物叶轮进行大流道的设计,与普通的叶导轮相比,其流道面积平均增加50%左右。聚合物叶导轮不仅增加了流道面积,也增加了有功功率,降低了无功功率,提高了泵效,同时也拓宽了叶导轮的高效区。

(2)叶导轮表面采用涂层处理技术。在设计新型的大流道叶导轮基础上,对叶导轮表面进行了表面涂层处理,以降低摩擦、减少流道边界阻滞力,同时减少了在聚合物井液中叶导轮的结垢,并且表面涂层具有横向的纹理结构,可以增加对液体的推动作用。

(3)提高了对液体的吸入能力。潜油电泵的吸入能力是由泵的吸入口压力和吸入口的过流能力决定的。在聚合物吸入口的设计中,着重改善吸入口的过流能力。首先在保证吸入口强度的情况下增加吸入口的过流面积,其同等型号的吸入口相比,过流面积增加了2 119.5mm2,达到了4 000mm2。其次是改变了吸入口的流动方向,使液流流向与轴向夹角由通常的69.6°降低为的45°,减少吸入液体与转动轴的冲击损失,同时减少了液体流动转角,使的聚合物液体的吸入过程阻力损失降低。那么在同样的吸入口压力下,聚合物泵与普通泵相比,吸入部分的过流能力获得了增加。

(4)增强聚合物泵轴的承载功率。与水驱相比,抽吸含聚合物的高含水井液,在同样的扬程和流量下,潜油泵消耗的轴功率增强,普通潜油电泵排量为50～425m3/d,泵的轴径为φ17.4mm,而聚合物泵从排量250m3/d开始,泵的轴径设计为φ22.2mm,承载的轴功率增加了30%,保证了实际使用的需要。

3 室内试验及现场应用效果

3.1 室内试验

室内试验表明:宽流道抽聚电泵比较适合抽汲含聚粘稠液体,在抽汲含聚液体时,单级扬程增加0.2m,排量效率提高5.1个百分点。同时,对萨北油田聚驱10口井排量效率随含聚浓度变化的情况进行了试验和分析,结果表明,当含聚浓度小于300 mg/L时,平均排量效率为89.9%;当含聚浓度在300～500mg/L时,平均排量效率62.1%;当含聚浓度大于500mg/L时,平均排量效率60.1%。

由分析结果可以看出:采出液含聚浓度超过300mg/L时,对电泵井排量效率影响很大,随着含聚浓度升高,排量效率呈下降趋势。因此,对于检、换泵的电泵井,当采出液含聚浓度高于300mg/L时,均下入大流道抽聚电泵,以减小混合粘度对机组的影响,提高排液能力,从而提高了泵的排量效率。

3.2 现场应用

聚驱井共应用宽流道电泵23口井,对比10口井换泵前后生产情况可以看出,排量效率由93.1%提高到101.08%,提高了8.7个百分点。以3-D4-P56井为例。该井原来下普通电泵,检泵下宽流道电泵后,初期排量效率由85.8%提高到97.3%,提高了11.5个百分点;液面由516m下降到602 m。目前排量效率为92.9%,与措施前相比仍提高了7.1个百分点;液面已降至682m(表1)。

通过宽流道电泵应用情况,我们分析出排量效率增加值随产出液聚合物浓度变化关系。宽流道电泵与普通机组相比,随着聚合物浓度的增加,宽流道电泵排量效率明显高于普通电泵排量效率,且聚合物浓度达到300mg/L,排量效率增加幅度开始增大,聚合物浓度达到800mg/L以后,排量效率增加值呈下降趋势。

4 取得的认识

(1)宽流道电泵具有了适应聚驱高粘度液体的潜油电泵叶导轮,减少了滑脱损失,提高了离心泵的携液能力。在现场应用过程中,取得了显著效果,排量效率较普通离心泵提高9个百分点以上。

(2)聚驱宽流道电泵能够在一定程度上延长电泵井的检泵周期、提高排量效率和降低能耗。

(3)在聚驱生产阶段,宽流道电泵是改善电泵机组工作条件的有效方法之一,具有广阔的应用前景。

(4)随着聚合物浓度的增加,宽流道电泵排量效率明显高于普通电泵排量效率,且聚合物浓度达到300mg/L,排量效率增加幅度开始增大,聚合物浓度达到800mg/L以后,排量效率增加值呈下降趋势。

表1 应用宽流道电泵井生产情况统计

[1]梅思杰,邵永实,刘军,等.潜油电泵技术[M].北京:石油工业出版社,2004:93-134

[2]赵春民,工则宾.潜油电泵系统的能耗分析[J].油田地面工程,2005,24(4):33-34

[3]石在红,李波,崔斌,等.电潜泵井生产动态分析[J].石油学报,2003,24(1):100-104

[4]张玉斌,于海春.潜油电泵机组可靠性研究[J].石油学报,2003,24(4):103-107

编辑:李金华

TE833

A

1673-8217(2010)01-0110-03

2009-07-29

冷德富,1979年生,2008年毕业于大庆石油学院油气田开发工程专业,现从事聚驱机采井动态分析工作。