新型水力潜油螺旋离心泵的应用范围

日期: 2019-12-03  0:00:00    浏览数: 219    信息来源:1331银河网站登录     作者:1331银河手机版

在无杆采油系统中,国内用的主要采油设备是电动潜油离心泵,电动潜油螺旋离心泵在深抽和中等产液量的情况下具有一定优势,但是在含气、高井温和产液不稳等些特殊情况下的不足之处比较明显,如电动潜油离心泵吸入口的气液体积百分比(GVF)高允许范围为30~40,超过此范围就会造成离心泵气阻、无法运转,电动潜油离心泵的适应井温通常也在150 C内,超过此温度后动力电缆和电动机内的绝缘材料寿命就会骤减;电动潜油离心泵的适应范围也在额定排量的±15以内,有时无法适应油田中后期多数油井产能多变的情况。


正是基于以上原因,英国克莱德泵业公司自20世纪90年代起开始研制HSP水力潜油螺旋离心泵

1.这种新型泵通过地面注水泵向井下采油设备注入动力液的方式带动井下涡轮旋转,继而驱动同一根轴上的离心泵举升液体。由于系统设计中没有了井下潜油电动机和动力电缆,故它的适应井温可以达到200C以上,它还可以通过调整注水泵注入动力液量的大小来改变泵的转速,以适应油井产能多变的情况。另外,对于高含气油井,它的气体处理能力可以达到60~80(GVF),性能非常优越。


近年来,该新型泵在CaptainA区和CaptainB区不断投入使用,使用效果良好,充分验证了这种1技术分析l.i结构新型水力潜油螺旋离心泵主要由地面部分和井下部分组成,如所示。其中地面部分包括电动机、注水泵、分离罐、过滤器和地面管线,井下部分包括油管、交叉流道接头、涡轮、离心泵、封隔器和尾管等。


新型水力潜油螺旋离心泵示意图(箭头为液体流向)

1一分离罐;2?过滤器;3?电动机;4一注水泵;5?悬挂器;6?油管;7?涡轮;8?交叉流道接头;9一离心泵;10?封隔器;11一尾管。


注水泵通常采用叶片式泵轮结构,通过地面管线连接到井口,井口安装悬挂器,上端与地面管线相连,下端与井下油管连接。井下涡轮、离心泵等机组部分完全通过螺纹连接,没有联轴器等连接部件,安装简单可靠。涡轮在机组部分的上端,离心泵在下端,离心泵的下端又安装有尾管,尾管外侧有封隔器封住尾管和套管内侧的环形空间。


水力潜油螺旋离心泵内部结构如所示,图中箭头所指方向为液体的流动方向。涡轮和离心泵叶导轮安装在同根轴上,涡轮在轴的上半部分,离心泵叶导轮在轴的下半部分,轴中间安装有止推轴承,起到承载轴向力的作用,轴的上端安装有上平衡毂,轴的下端安装有下平衡毂。为了提高耐腐蚀性和耐磨性能,水力潜油泵采用了先进的材料设计,如选用优质二联不锈钢,镍钴合金或工程陶瓷材料等。


水力潜油螺旋离心泵内部结构示意一上平衡毂;2?涡轮;3?止推轴承;4一轴;5?叶导轮;6?下平衡毂。


1.2工作原理水力潜油泵在工作过程中,地面的电动机驱动注水泵排出具有定压力的动力液(油或水),通过控制阀调整注水泵排出口的压力和流量,把动力液注入到1口井或多口井,动力液经过井口和中心油管进入到涡轮的上端,经过交叉流道进入涡轮内,驱动涡轮旋转,使得动力液的能量转变为涡轮的轴动力,驱动轴高速旋转,为同一根轴下端的离心泵叶导轮提供了所需的轴动力。


水力潜油螺旋离心泵的尾部通过螺纹连接一个尾管,尾管的外侧装有封隔器,密封住尾管和套管内侧的环形空间,尾管伸入到采油层段,当泵轴高速旋转时采油层中的液体从下往上进入到离心泵内,经过离心泵内的多级叶导轮逐级增压后产生定的压力,终从离心泵的上端排出口流出。


水力潜油螺旋离心泵的上述结构设计使得采出液和动力液的流动方向相反,轴上涡轮所产生的轴向力和轴上叶导轮泵所产生的轴向力方向相反,大小互相接近,即保证了该装置的轴向力平衡。


采出液和动力液在机组外侧和套管内侧的环形空间内混合,向上举升共同进入地面的分离罐,在分离罐内对动力液和采出液进行分离,分离出的采出液经地面管线流入回收站,而分离出的动力液流入过滤器,再经过过滤器的过滤后,分离出更加符合要求的动力液,流入注水泵内,进入下一个循环。


1.3主要技术参数/d,扬程小于

1.4技术特点1.4.1具有高可靠性新型水力潜油螺旋离心泵省去了井下潜油电动机、电缆等电器部件,消除了因电器部件而引发的所有隐患,且内部结构简单、可靠,只有叶轮、涡轮、轴和壳体等机械部件,在使用中具有非常高的可靠性。


1.4.2适应斜井和水平井新型水力潜油螺旋离心泵通过特殊的设计保证涡轮、离心泵叶导轮和轴在机组的中间固定位置,不会因为机组倾斜角度的变化导致零部件间发生接触磨损,故适合在斜井和水平井中长期使用。


1.4.3具有宽广、灵活的调整范围水力潜油泵为动力液驱动,可以通过调整动力液的压力和注入量来调整井下离心泵的产液量,故具有非常宽广的使用范围。给出了某种泵型井口压力在3.79~6.55MPa,动力液流量在795~1590m3/d,泵产出液在1431~4293m3/d之间调整的窗口区间。


某种泵型的动力液、井口压力和泵产出液包络线。

4.4具有高气液处理能力水力潜油泵内进行了革命性的气体处理结构设计,防止了气体在泵吸入口的叶轮轮毂处聚集,从而避免了气锁或压头损失;另外泵级采用多级设计和非常宽广的调速范围(转速可达3000~10000r/min),故可显著增加泵轮的压力和离心力,有效防止气锁产生,水力潜油螺旋离心泵吸入口处的气液处理能力可以达到80. 

1.4.5安装简单与电动潜油螺旋离心泵ESP比较,没有了井下潜油电动机、电动机保护器和分离器等部件,水力潜油螺旋离心泵长度至少短25,且不用进行法兰和联轴器对接、螺纹连接,故安装简单。


2样机试验和现场应用

2.1样机试验新型水力潜油螺旋离心泵在投入现场应用前,首先模拟了Captain油田的油质情况,采集了Captain油田的原油、甲烷和盐水,对水力潜油泵进行了高油气比条件下的生产试验,试验结果证实这种新型泵可以开采粘度范围各异的稠油和含水质量分数0~100的井液。在试验中表现出的另一个重要特征是它可以处理高达80的气液比(GVF)段塞液流,而且可以通过调整转速来达到所需要的流量。


2.2现场应用这种新型泵在CaptainA区进行了现场应用,地面采用10级的离心注水泵,注入压力达到35MPa,水力潜油泵由14级离心泵叶导轮和20级涡轮组成,初以1431m3的动力液供给动力的情况下,水力潜油泵每天的产液量仅为477m3,后把动力液提高到1908m3,水力潜油泵的日排量一度提高到1400m3,但随后开始下降直至稳定在715m3左右。水力潜油泵的运转循环速度一般在几秒钟内即达7000~10000r/min,泵吸入口的大气液比(GVF)高达80,该值是原先预测值的1.5~2倍,取得了良好的使用效果。


2009年英国克莱德联合泵业公司在CaptainB区海上油田用了3套新型水力潜油泵4.新型水力潜油螺旋离心泵具有17级泵轮和25级涡轮,在动力液压力510m3/d的情况下,泵转速为8 150r/min,泵挂深度762m,采出液量为3 180m3/d,目前运转情况良好。


区和B区得到了大量应用,已使用40多套,有的水力潜油螺旋离心泵寿命已达6a,而且还在正常运转,取得了可观的经济效益。目前该种泵型在我国还没有使用,可以预测,随着水力潜油螺旋离心泵技术的进一步发展和国产化进程的加快,该泵在国内大排量油井开采、注水开采以及海上平台上将具有广阔的应用前景。


3、结论

新型水力潜油螺旋离心泵具有结构简单、可靠性高的显著特点,井下部分完全没有了电器元件,消除了电器元件在井下高温、高压以及需要严格密封才能保证其绝缘性能的苛刻要求,故可靠性高,寿命长。


水力潜油螺旋离心泵具有高转速和强大的举升能力,排量能够达到每天几千方甚至上万方,而这是电动潜油离心泵无法达到的,故在一定的范围内具有不可替代性。


水力潜油螺旋离心泵适于斜井、水平井等任意角度的安装,特别是海上油田的开发,且安装简单、作业方便。该泵在使用中还可根据井况的动态变化来调节地面注水泵的动力液流量和压头大小以满足油井产能的需要,具有广阔的应用前景。

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