投捞电缆式潜油螺杆泵技术研究及现场试验

周 勇，薛 瑾，张 纲，姚满仓，阮龙飞，王扶辉，周 凯

(1中国石油新疆油田公司工程技术研究院2中国石油新疆油田公司准东采油厂)

新疆油田吉7井区梧桐沟组油藏埋深1 500～1 700 m，50℃原油黏度平均为2 362 mPa·s，属中深层稠油油藏。该区地处农田、草场区域内，征地费用较高，受周围居民及牲畜出没影响，日常生产管理难度大。为节约开发费用，降低管理难度，采用了油井集中生产的平台定向井开发模式。前期采用游梁式有杆泵生产，由于定向井身斜度大、狗腿井段多造成管杆偏磨、断脱问题突出，检泵周期较短;另外，由于原油黏度较高，进泵阻力大导致产液量过低，平均泵效仅有24．6%，平均系统效率仅为12．3%，油田的开发效益偏低。

为解决游梁式有杆泵在该区生产中的问题，2015年引进试验了5套常规电动潜油螺杆泵，在3口定向井和2口直井中进行了应用，取得了良好的生产效果。但是，常规电动潜油螺杆泵技术中动力电缆采用在油管外用电缆保护器捆绑的方式入井［1］，在起下管柱过程中也暴露出了动力电缆容易与套管内壁发生碰撞或挤压导致损坏的问题，影响了技术的推广应用。为此，对常规电动潜油螺杆泵进行了重大改进，研究出投捞电缆式潜油螺杆泵并进行了现场试验，实现了电缆从油管中下入和起出，解决了常规电动潜油螺杆泵动力电缆起下过程中的问题。

一、投捞电缆式潜油螺杆泵举升技术及特点

1．系统组成及工作原理

投捞电缆式潜油螺杆泵举升系统主要由智能控制柜、井口电缆密封器、动力电缆、电缆插接组件、潜油电机机组(潜油电机、减速器、保护器、联轴器)、连接杆、潜油螺杆泵、进液筛管等几部分组成，见图1所示。地面控制柜通电后，电流通过动力电缆传送到井下潜油电机，潜油电机输出轴根据地面控制指令进行旋转运动，它输出的大扭矩通过减速器减速后再由联轴器和连接杆后传递给螺杆泵转子，带动转子旋转，井下原油通过潜油电机和外衬管之间的通道进入油管，将井下原油连续举升至地面。

2．电缆投捞工艺及配套工具

常规电动潜油螺杆泵在下泵和起泵作业时，都是使用电缆保护器将动力电缆固定在油管外壁上，动力电缆、潜油电机机组和螺杆泵随油管一起下入和起出。投捞电缆式潜油螺杆泵下泵时，首先将潜油电机机组和潜油螺杆泵随着油管下入井内，然后再使用电缆绞车将动力电缆从油管中下入，动力电缆下部通过潜油电机上部的导流槽后，与井下的潜油电机相连接;起泵与下泵作业程序相反，先将动力电缆从井底提出，然后再将潜油电机机组和潜油螺杆泵随油管一同提出。

图1投捞电缆式潜油螺杆泵举升管柱

研制的特殊F46钢丝铠装潜油动力电缆，外径27 mm、耐电压4 kV、可承重15 t、耐温205℃、耐压20 MPa。插接组件位于潜油电机的上部，由插头和插座及特种密封组成，插头安装在有一定重量的插头护罩内，上端与动力电缆相连接。插座安装在插座保护体内，整个保护体内有特种密封，保证插头与插座的紧密接触的同时起到与井液完全隔离的作用，保证充分绝缘。

为了满足正常起下动力电缆作业的要求，设计了电缆绞车，提升负荷达到120 kN，刹车制动80 kN，电机功率22 kW，采用变频方式控制起、下速度，满足了电缆投捞的作业要求，可以节约作业时间30%以上。

3．技术特点

(1)实现了动力电缆在油管内的单独起下，具有特殊的保护功能，节约了管外捆绑电缆方式需要的电缆保护器，同时避免了繁琐的拆装工作，降低了成本，减少了作业时间。

(2)无杆采油技术，彻底避免了有杆泵技术管杆偏磨、断脱问题［2］。

(3)结构优化，举升设备性能更可靠。改变了常规电动潜油螺杆泵的主体结构，潜油电机机组从上端驱动螺杆泵进行生产，井下流体经潜油电机外侧进入上部油管，可以将电机在工作工程中产生的热量充分带走，延长了电机的使用寿命。

(4)采用反旋转专用螺杆泵，不需下入井下锚定装置，有效避免后期排采过程中出砂卡管无法上提管柱的风险。

4．适用工况

套管≥Ø139.7 mm;运行温度≤120℃;排量范围1～60 m3/d;扬程≤2 000 m;含砂≤5%;50℃地面脱气原油黏度≤5 000 mPa·s;气液比几乎不受限制;适用于直井、定向井、水平井［3］。

二、现场应用及效果分析

2017年7月至11月，现场共实施5口井，其中3口定向井，2口直井，均为Ø178 mm套管，平均泵挂深度1 370．2 m，至目前生产正常。潜油电机型号为QY114－11kW，额定电压380 V，额定功率11 kW，额定电流35 A，额定转速500 r/min，转速调节范围为50～500 r/min。潜油螺杆泵型号为QYLB40－42，理论扬程2 000 m，排量可在1～60 m3/d范围内实现精细调节。

1．检泵作业对比

与常规潜油螺杆泵技术相比，可投捞电缆技术改变了动力电缆的入井方式，实现了动力电缆的连续起下，避免了繁琐的拆装电缆保护器工作，彻底解决了起下管柱过程中动力电缆与套管内壁剐蹭、磕碰造成的问题。以现场泵挂1 500 m的油井为例，可节约修井作业时间12～18 h，增加了油井的有效生产时率。

2．生产效果指标对比

从表1可以看出，投捞电缆式潜油螺杆泵平均泵效为67．7%，常规潜油螺杆泵平均泵效为68.2%，远高于游梁式有杆泵24．6%的平均泵效，对于稠油开采具有良好的适应性。目前，5口投捞电缆式潜油螺杆泵井的平均沉没度为980 m，有上调生产参数提高产量的潜力。

3．节能效果

2017年7月12日至13日，对2口游梁式有杆泵井、2口常规电动潜油螺杆泵井和2口投捞电缆式潜油螺杆泵井进行了测试，结果见表2。

表1不同举升方式应用效果统计表

表2不同举升方式测试结果对比表

从表2可以看出，投捞电缆式潜油螺杆泵和常规电动潜油螺杆泵的产液单耗均在17 kWh/t左右，远低于游梁式有杆泵的23．81 kWh/t，与之相比产液单耗下降了约30%，节能效果显著。

三、结论及建议

(1)成功进行了5口井的现场试验，与常规潜油螺杆泵技术相比，特殊的动力电缆投捞技术实现了起下过程中对动力电缆的保护，也提高了检泵作业效率。

(2)与游梁式有杆泵相比，彻底避免了管杆偏磨、断脱问题的发生［4］。

(3)节能效果显著。与游梁式有杆泵相比，产液单耗降低30%以上。

(4)参数调节简单，易于实现举升系统的优化运行，有助于提高开采效益［5］。

(5)扩大现场应用数量，以形成规模效益。