潜油直驱螺杆泵在吐哈油田的试验与应用
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摘 要：吐哈油田油藏类型多，开发过程中出现偏磨、稠油举升困难、电加热耗电、泵效低等问题，前期在湖218区块，取得了一定的效果。尤其2019年在马7稠油区块试验2口井，节能达95%以上，成功取代有杆泵+电加热，也为同类油藏举升提供技术借鉴。
关键词：电潜螺杆泵；节电率；检泵周期；泵效
1 电潜螺杆泵技术应用背景
多年来有杆泵举升技术是采油举升生产的成熟技术，为油田开发开采发挥了重要作用。一方面随着钻采技术的快速发展和油田开发水平的不断提高，丛式井、定向井、水平井等井型逐渐增多；另一方面随着稠油开发的力度逐年增大，有杆泵对稠油的举升适应性逐渐变差，泵效低检泵多等问题制约了油井的生产时效和成本。因此，需要在这类油井中探索新的举升工艺技术接替有杆泵举升。有效解决杆管偏磨、节能降耗、安全环保、管理操作方便，是有杆泵举升生产的接替技术，也是今后机械采油技术发展的主方向。
2 电潜螺杆泵试验技术条件
2.1 关键技术的升级改造
通过多年的技术升级改造，应用技术条件逐渐完善。潜油直驱螺杆泵举升技术取消了抽油杆，解决了耗费功率、杆管偏磨等问题，但初期配备的井下电机输出转速高（最低1500rpm），与螺杆泵（100-500rpm）的转速匹配需要相差很大，若采用多极电机或降低电源频率，则电机体积太大，电机的性能变差，在技术和经济上均不合理，因此需配套专门井下减速器，通过减速器降低转速来实现螺杆泵与电机之间的匹配，但因其传动链较长，减速器体积受限，承受的扭矩较大，减速器很容易出现故障，影响整机使用寿命。
为了解决上述问题，研制开发了一种新型潜油直驱螺杆泵，通过结构优化，去掉故障集中点“减速器”，采用永磁同步电机无级调速，以低转速运行，大扭矩输出，进行采油，提高了系统效率，降低了能耗，结构简单，维护方便，工作安全可靠。
2.2 潜油直驱螺杆泵系统
潜油直驱螺杆泵主要包括地面部分、中间部分和井下部分。其中地面部分包括地面控制柜及接线盒；中间部分包括电缆、油管、单流阀和泄油阀；井下部分包括专用永磁同步电机、保护器、柔性轴和螺杆泵，永磁同步电机置于井下设备的底端，依次与保护器、柔性轴及螺杆泵自下而上同轴连接。工作时，由地面上的控制柜控制潜油专用永磁同步电机，对其进行无级调速，使其以低转速运行，大扭矩输出，直接驱动螺杆泵进行采油。新型潜油直驱螺杆泵没有阀体和复杂流道，水力损失少，介质连续吸入和排出，不易砂卡，不易气锁，泵传送液体种类较宽，包括高粘度、高含蜡、含砂、含气原油。
3 螺杆泵优化技术研究
3.1 永磁同步电机
潜油永磁同步电机最大的特点是有多个永磁同步电机共用一个轴，以解决多电机同步问题，而每个电机的相同一相绕组都是串行连接，电机的个数以及电机功率大小根据输出功率及外型确定。目前研制出Ф100、Ф114、Ф143三种规格，长度在2～12米之间，转速为50～500转/分钟。电机包含定子和转子，定子为12～30槽，槽行为瓦槽，均匀分布，槽行相同。定转子的级对数为8～22，由瓦状长方体永磁体嵌入其中，嵌入方式是径向排列或切向排列。
3.2 螺杆泵型号确定
根据储层物性、原油组分和物性、地层水物性、油藏温度压力系统、井身轨迹，分析计算选定泵型，确定配合间隙、扬程、排量、泵效、功率、扭矩等关键参数。完成模拟验证螺杆泵及电机性能。
不同的定子橡胶物理机械性能各不相同，它直接影响过盈值的确定。因此，螺杆泵定子橡胶材料的选择是设计中一个很重要的环节，需要根据油井基本情况和产出液性质，优选性能良好的定子橡胶配方。
4 现场试验及效果
4.1 三塘湖油田试验效果
自2014年以来，在三塘湖油田优选3口井开展了潜油直驱螺杆泵无杆采油试验，油井工况良好、运行参数平穩，检泵周期超过600天，节电率达到53%，取得良好的效果。2018年在本区块新增2口螺杆泵试验井，完善配套电潜螺杆泵，为后续推广奠定基础。2019年继续优选2口井，节能效果达到95%以上，目前持续跟踪和评价应用效果，今后具有进一步扩大应用规模的潜力。
4.2 2019年两口试验井效果
2019年三塘湖马7条湖组稠油试验2口井（马7-20H、马7-26H）。马7-20H作业前日产液1.3方，泵效10%；作业后日产液量4.5方，泵效64%，对比抽油机节能60%，如果与电加热+机采对比，节能96.2%；马7-26H稠油井作业前日产液1.2方，作业后日产液5方，对比抽油机节能60.3%，如果与电加热+机采对比，节能96.1%。
5 研究结论及认识
①替代了稠油传统抽油机+电加热工艺；②节能降耗达到95%；③实现了智能管理和安全环保运行；④为稠油电加热举升寻求到一条高效的替代技术，具有推广意义；⑤无杆泵采油技术在吐哈油田刚刚起步，其节能、数据远程控制稳定性、维修配套及成本，需持续跟踪分析、对比评价。
参考文献：
[1]韩修廷，王秀玲，焦振强.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1998.
作者简介：
张忠武（1983- ），男，工程师，2006年西安石油大学石油工程毕业，学士学位，主要从事采油工艺技术的研究。
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