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沙特阿美&斯伦贝谢通力合作 ESP寿命倍增不是梦!(下)

阿美&斯伦贝谢通力合作 ESP寿命倍增不是梦!(下)

在高含H2S和高温高压油田,电潜泵的平均运行寿命普遍短于3年。研究表明,约有50%的ESP故障是由封隔器与电机间一段电缆的输电问题引起的。本文介绍了一个旨在开发一套RPDS系统的项目,试图将ESP寿命延长到10年。

来自 | SPE
编译 | 白小明

上期石油圈为大家带来了阿美&斯伦贝谢通力合作 ESP寿命倍增不是梦!(上),其中,主要介绍了ESP失效的主要原因、RPDS系统以及进行的各种组分分级测试,本期石油圈将为大家介绍RPDS系统进行的一些工厂系统集成测试和现场试验情况。

工厂系统集成测试

在工厂进行了RPDS系统的合格试验。

耐久性测试

该测试验证了作为一个系统,连接器在模拟极限工作条件下的各项性能。测试共进行40个周期,这是根据封装电缆的寿命测试确定的,因此与连接器系统相关。在测试前、中(在每个测试周期开始之初)、后期进行了电气验证测试,以确保连接器性能在可接受的标准范围以内。测试参数:

1.最高工作温度:150℃;
2.最大工作压力:20.7 MPa;
3.最大工作电压/电流(单相接地):2.3kV@80A(4kV/√3)。

阿美&斯伦贝谢通力合作 ESP寿命倍增不是梦!(下)

图11 耐久性测试配置

每进行13个热循环周期就改变一次测试接线图,以确保电流/电压在各相均匀分布:

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通过封装电缆的寿命测试,确定温度范围为66~150℃,由于测试容器耐受温度限制,最高测试温度为150℃。每次加热和冷却都需要约8小时,在每个测试温度下保持3小时,即每个加热和冷却周期需要2个工作日。在保温期内进行压力测试,每个保温期完成5个压力测试。

压力测试步骤为:将压力降至2.1MPa保持1分钟,然后将压力升高至20.7MPa保持1分钟,重复5次,分别得到5个低压和高压测试结果。之后,压力保持在20.7MPa。试验期间共进行约155次压力测试。

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图12 耐久性测试期间的绝缘电阻

图12展示了80天时间内的绝缘电阻(Insulation Resistance,简称IR)曲线。IR曲线在所有3个相位上是恒定的,并且在40个周期内数值远远高于10GΩ的验收标准。曲线上的峰值表示在保温期建立前测试的开始点,导致形成了温差;温度对IR有直接的影响。耐久试验之前、期间和之后的所有试验均高于验收标准,测试成功。

型砧套圈验证测试

该测试专用于验证在相1连接器上使用的型砧和套圈的金属-金属密封装置。根据实用性原因,该测试在测试样品上完成,而不是在连接器串上。测试的目的是确定双套圈的模锻能力,以确定套圈在电缆上滑动的平均拉伸负载。套圈测试值设定为50lb/ft并放入张力计。失效标准为电缆被挤出套圈,若在1403lb/ft的平均负载下电缆伸长0.302”即为不符合验收标准。测试成功通过。

电源频率测试

电源频率测试是一种一次性测试,旨在确认连接器串长时间承受60Hz频率高压(4Uo)电位的能力。通过记录测试前后的IR及连续性读数来进行电气验证测试,以确保连接器性能在可接受的标准内。在整整4小时的测试内监测了电流泄漏情况。IR大于10GΩ的接受标准,并且具有连续性,在整个测试期间电流泄漏稳定在2mA,在可接受的范围内。测试成功通过。

直流高压绝缘测试

直流电压测试是一种一次性测试,旨在确认连接器串承受15分钟直流高压电(4Uo)的能力。通过记录测试前后的IR及连续性读数来进行电气验证测试。最终证实连接器的性能在接受标准内。测试成功通过。

耐压测试

该测试旨在确认连接器串承受1.5×的工作压力并保持电气功能的能力。在耐压测试前后进行了电气验证测试(连续性/IR/耐压电压)。测试压力31MPa保持15分钟,没有一组电气验证测试发现问题。测试成功通过。

冲击和振动测试

本测试旨在验证连接器的电缆终端不会受随机振动/冲击的影响,因为在运输或服务期间可能遇到这样的冲击和振动。通过在测试前后进行验证测试,证明系统的电气性能在规定范围内,且型砧和套圈装置保持金属-金属密封。下表展示了测试使用的参数。在“X”和“Y”轴上进行了冲击和振动组合测试。在测试之间进行了进一步的电气验证测试。检查了IR和连续性,并确认没有出现老化现象。

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交流电击穿测试

该测试用于确认连接器串在击穿之前可以承受的最大交流电压。这是一个破坏性测试,仅在单相条件下进行。电压从10kV增加到18kV期间,每次增加2kV,之后每次增加1kV,每个电压至少保持1分钟。系统在22kV电压下被击穿,高于18.4kV的标准。击穿的是ESP电缆连接器。测试成功通过。

额定电流升温测试

额定电流升温测试,旨在确认在最大环境工作温度和额定电流条件下,连接器内部温度不会超过使用绝缘材料的设计极限温度。该测试分为两个阶段,在80A下进行4小时,随后在140A下进行10秒的电流冲击测试。在测试前后进行接触电阻检查,以确保连接器性能在接受标准内。连接器接触柱上使用的PEEK绝缘材料的玻璃化转变温度为170℃,测试期间记录的最高温度为36℃。在4小时的测试和冲击测试后,测得的接触电阻值在接受标准内。测试成功通过。

现场试验结果

试验测试的目标是评估180天以上的周期内RPDS系统的性能,以确定电缆终端套管连接的可靠性和系统的可用性。测试思路是确定现场人员在操作、安装和维护MLE电机前端系统期间可能遇到的困难,并确定其对产品短期运行性能的影响。此外,RPDS系统需要在测试期间保持电气读数较好。为了避免出现ESP故障,可不必与RPDS系统相连。

系统于2015年2月下入一口海上油井,据统计成功了运行250多天,超过了最低180天的运行寿命测试标准。井下设备配置包括57级的泵、保护器和300马力功率的电机。2015年3月,在不同速度和预计产液量为5000桶液/天(BFPD)的条件下,进行了带RPDS系统的ESP的功能测试。钻机搬迁时,进行了ESP调试,并在平均频率为55Hz的条件下运行。在ESP运行期间,由于各种原因观察到了几次跳闸。然而,试验表明,ESP和电气连接系统—RPDS仍是一个完好的系统。截止本文完稿时,ESP仍在运行中,产液量稳定在5000~8000BFPD。

结论

试验表明,RPDS系统可以维持电气完整性,在250多天内ESP运行良好。这一结果充分证明该系统不仅可以用于海上作业,还可以用于高含H2S地区作业。项目的实施也表明合作团队已成功将水下先进的完井连接器和穿越器技术应用于电潜泵。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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