新型水力潛油螺旋離心泵的應用範圍

日期: 2019-12-03  0:00:00    瀏覽數: 295    信息來源:     作者:

在無杆采油係統中,國內用的主要采油設備是電動潛油離心泵,電動潛油螺旋離心泵在深抽和中等產液量的情況下具有一定優勢,但是在含氣、高井溫和產液不穩等些特殊情況下的不足之處比較明顯,如電動潛油離心泵吸入口的氣液體積百分比(GVF)高允許範圍為30~40,超過此範圍就會造成離心泵氣阻、無法運轉,電動潛油離心泵的適應井溫通常也在150 C內,超過此溫度後動力電纜和電動機內的絕緣材料壽命就會驟減;電動潛油離心泵的適應範圍也在額定排量的±15以內,有時無法適應油田中後期多數油井產能多變的情況。


正是基於以上原因,英國克萊德泵業公司自20世紀90年代起開始研製HSP水力潛油螺旋離心泵

1.這種新型泵通過地麵注水泵向井下采油設備注入動力液的方式帶動井下渦輪旋轉,繼而驅動同一根軸上的離心泵舉升液體。由於係統設計中沒有了井下潛油電動機和動力電纜,故它的適應井溫可以達到200C以上,它還可以通過調整注水泵注入動力液量的大小來改變泵的轉速,以適應油井產能多變的情況。另外,對於高含氣油井,它的氣體處理能力可以達到60~80(GVF),性能非常優越。


近年來,該新型泵在CaptainA區和CaptainB區不斷投入使用,使用效果良好,充分驗證了這種1技術分析l.i結構新型水力潛油螺旋離心泵主要由地麵部分和井下部分組成,如所示。其中地麵部分包括電動機、注水泵、分離罐、過濾器和地麵管線,井下部分包括油管、交叉流道接頭、渦輪、離心泵、封隔器和尾管等。


新型水力潛油螺旋離心泵示意圖(箭頭為液體流向)

1一分離罐;2?過濾器;3?電動機;4一注水泵;5?懸掛器;6?油管;7?渦輪;8?交叉流道接頭;9一離心泵;10?封隔器;11一尾管。


注水泵通常采用葉片式泵輪結構,通過地麵管線連接到井口,井口安裝懸掛器,上端與地麵管線相連,下端與井下油管連接。井下渦輪、離心泵等機組部分完全通過螺紋連接,沒有聯軸器等連接部件,安裝簡單可靠。渦輪在機組部分的上端,離心泵在下端,離心泵的下端又安裝有尾管,尾管外側有封隔器封住尾管和套管內側的環形空間。


水力潛油螺旋離心泵內部結構如所示,圖中箭頭所指方向為液體的流動方向。渦輪和離心泵葉導輪安裝在同根軸上,渦輪在軸的上半部分,離心泵葉導輪在軸的下半部分,軸中間安裝有止推軸承,起到承載軸向力的作用,軸的上端安裝有上平衡轂,軸的下端安裝有下平衡轂。為了提高耐腐蝕性和耐磨性能,水力潛油泵采用了先進的材料設計,如選用優質二聯不鏽鋼,鎳鈷合金或工程陶瓷材料等。


水力潛油螺旋離心泵內部結構示意一上平衡轂;2?渦輪;3?止推軸承;4一軸;5?葉導輪;6?下平衡轂。


1.2工作原理水力潛油泵在工作過程中,地麵的電動機驅動注水泵排出具有定壓力的動力液(油或水),通過控製閥調整注水泵排出口的壓力和流量,把動力液注入到1口井或多口井,動力液經過井口和中心油管進入到渦輪的上端,經過交叉流道進入渦輪內,驅動渦輪旋轉,使得動力液的能量轉變為渦輪的軸動力,驅動軸高速旋轉,為同一根軸下端的離心泵葉導輪提供了所需的軸動力。


水力潛油螺旋離心泵的尾部通過螺紋連接一個尾管,尾管的外側裝有封隔器,密封住尾管和套管內側的環形空間,尾管伸入到采油層段,當泵軸高速旋轉時采油層中的液體從下往上進入到離心泵內,經過離心泵內的多級葉導輪逐級增壓後產生定的壓力,終從離心泵的上端排出口流出。


水力潛油螺旋離心泵的上述結構設計使得采出液和動力液的流動方向相反,軸上渦輪所產生的軸向力和軸上葉導輪泵所產生的軸向力方向相反,大小互相接近,即保證了該裝置的軸向力平衡。


采出液和動力液在機組外側和套管內側的環形空間內混合,向上舉升共同進入地麵的分離罐,在分離罐內對動力液和采出液進行分離,分離出的采出液經地麵管線流入回收站,而分離出的動力液流入過濾器,再經過過濾器的過濾後,分離出更加符合要求的動力液,流入注水泵內,進入下一個循環。


1.3主要技術參數/d,揚程小於

1.4技術特點1.4.1具有高可靠性新型水力潛油螺旋離心泵省去了井下潛油電動機、電纜等電器部件,消除了因電器部件而引發的所有隱患,且內部結構簡單、可靠,隻有葉輪、渦輪、軸和殼體等機械部件,在使用中具有非常高的可靠性。


1.4.2適應斜井和水平井新型水力潛油螺旋離心泵通過特殊的設計保證渦輪、離心泵葉導輪和軸在機組的中間固定位置,不會因為機組傾斜角度的變化導致零部件間發生接觸磨損,故適合在斜井和水平井中長期使用。


1.4.3具有寬廣、靈活的調整範圍水力潛油泵為動力液驅動,可以通過調整動力液的壓力和注入量來調整井下離心泵的產液量,故具有非常寬廣的使用範圍。給出了某種泵型井口壓力在3.79~6.55MPa,動力液流量在795~1590m3/d,泵產出液在1431~4293m3/d之間調整的窗口區間。


某種泵型的動力液、井口壓力和泵產出液包絡線。

4.4具有高氣液處理能力水力潛油泵內進行了革命性的氣體處理結構設計,防止了氣體在泵吸入口的葉輪輪轂處聚集,從而避免了氣鎖或壓頭損失;另外泵級采用多級設計和非常寬廣的調速範圍(轉速可達3000~10000r/min),故可顯著增加泵輪的壓力和離心力,有效防止氣鎖產生,水力潛油螺旋離心泵吸入口處的氣液處理能力可以達到80. 

1.4.5安裝簡單與電動潛油螺旋離心泵ESP比較,沒有了井下潛油電動機、電動機保護器和分離器等部件,水力潛油螺旋離心泵長度至少短25,且不用進行法蘭和聯軸器對接、螺紋連接,故安裝簡單。


2樣機試驗和現場應用

2.1樣機試驗新型水力潛油螺旋離心泵在投入現場應用前,首先模擬了Captain油田的油質情況,采集了Captain油田的原油、甲烷和鹽水,對水力潛油泵進行了高油氣比條件下的生產試驗,試驗結果證實這種新型泵可以開采粘度範圍各異的稠油和含水質量分數0~100的井液。在試驗中表現出的另一個重要特征是它可以處理高達80的氣液比(GVF)段塞液流,而且可以通過調整轉速來達到所需要的流量。


2.2現場應用這種新型泵在CaptainA區進行了現場應用,地麵采用10級的離心注水泵,注入壓力達到35MPa,水力潛油泵由14級離心泵葉導輪和20級渦輪組成,初以1431m3的動力液供給動力的情況下,水力潛油泵每天的產液量僅為477m3,後把動力液提高到1908m3,水力潛油泵的日排量一度提高到1400m3,但隨後開始下降直至穩定在715m3左右。水力潛油泵的運轉循環速度一般在幾秒鍾內即達7000~10000r/min,泵吸入口的大氣液比(GVF)高達80,該值是原先預測值的1.5~2倍,取得了良好的使用效果。


2009年英國克萊德聯合泵業公司在CaptainB區海上油田用了3套新型水力潛油泵4.新型水力潛油螺旋離心泵具有17級泵輪和25級渦輪,在動力液壓力510m3/d的情況下,泵轉速為8 150r/min,泵掛深度762m,采出液量為3 180m3/d,目前運轉情況良好。


區和B區得到了大量應用,已使用40多套,有的水力潛油螺旋離心泵壽命已達6a,而且還在正常運轉,取得了可觀的經濟效益。目前該種泵型在我國還沒有使用,可以預測,隨著水力潛油螺旋離心泵技術的進一步發展和國產化進程的加快,該泵在國內大排量油井開采、注水開采以及海上平台上將具有廣闊的應用前景。


3、結論

新型水力潛油螺旋離心泵具有結構簡單、可靠性高的顯著特點,井下部分完全沒有了電器元件,消除了電器元件在井下高溫、高壓以及需要嚴格密封才能保證其絕緣性能的苛刻要求,故可靠性高,壽命長。


水力潛油螺旋離心泵具有高轉速和強大的舉升能力,排量能夠達到每天幾千方甚至上萬方,而這是電動潛油離心泵無法達到的,故在一定的範圍內具有不可替代性。


水力潛油螺旋離心泵適於斜井、水平井等任意角度的安裝,特別是海上油田的開發,且安裝簡單、作業方便。該泵在使用中還可根據井況的動態變化來調節地麵注水泵的動力液流量和壓頭大小以滿足油井產能的需要,具有廣闊的應用前景。