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电潜双螺杆泵 人工举升家族新成员

电潜双螺杆泵 人工举升家族新成员

人工举升技术发展到现在已经相对成熟,各大油服公司的新技术大多也都在现有的人工举升技术上作进一步的改进。虽然这些技术及方法在大多数情况下都能够满足生产的需求,但是面对复杂的环境和井下条件,可供选择的人工举升技术仍非常有限且大多效率很低。

本文中提到的电潜双螺杆泵技术就是一种能够应用于复杂井况的人工举升技术,该技术结合了螺杆泵和电潜泵的优点,效率高,为运营商提供了更多的选择。

电潜双螺杆泵

ESTSP(电潜双螺杆泵)是一种多级容积式泵。双螺杆技术已出现多年,然而直到最近,新设计和材料的推动才使该技术应用到油气井中。ESTSPESP(电潜泵)一样安装有潜油马达,但是吸入口和密封装置有所区别。机组其他的部分(比如电机、扁电缆、主电缆、变速控制器和变压器)都与ESP相同。

双螺杆泵两根转子的每一级都极其精密的咬合且不互相接触,这样设计的目的是在双螺杆泵运行过程中将摩擦力降到最低,同时又保证了输送的效率,降低了功耗。在每一级相互咬合形成的密闭空间内都含有气、油、水或三者的混合物,双螺杆泵将井液加速输送到每一级的末端,流体随后与其它螺杆或定子形成粘性密封,允许气体通过并最终有效地排放。油、气和水像通过传送带运输一样,断断续续的通过双螺杆的每一级,液体在这种输送状态下的剪切力很小。

通过设计可以调节双螺杆每一级的作用,比如可以通过增加级数来增加扬程,可以通过提高泵的直径或提高泵速来增加流量。在19级以内,增加泵的级数能够显著的提高效率、减少液体滑脱。

由于螺杆泵为容积式泵,所以其每一级的体积是固定的,每一级腔室的压力几乎不随转速到改变而改变。此外,螺杆泵在输送过程中并不会对气体、液体进行分离。

与离心泵不同,双螺杆泵的每一级并没有最佳效率操作点或是最佳操作范围,所以即使它在接近空载状态下(气体含量较高)也能使用。在能够满足电机冷却和润滑的情况下,即使气体含量为97%螺杆泵也能正常运行。

ESTSP的剪切速率小,适用于沥青质和蜡含量高的油井,有效避免停井事故的发生。而且,由于沥青质具有较高的黏度,能够有效减少泵的回流,提高螺杆泵的效率。同样的道理,泵内的积垢也会在一定程度上提高泵到效率、弥补磨损带来的损失。

ESTSP并不是砂泵,但是能够适用于平均体积含砂量2%的高粘度流体。这是因为其不需要离心组件驱动流体运动,所以比常规的电潜泵更适合出砂井。

如果人工举升设备选择了ESTSP这样的正容积泵,那么该井就不再需要安装井下安全阀。螺杆泵的转子之间缝隙非常小,当井下液体为100%当液体时,可以看作是密封装置,但是当螺杆泵与自动转向阀共用时,则需要安装安全阀。

ESPESTSP技术的比较

电潜泵已在石油工业使用了大约60年,而ESTSP则相对较新。然而双螺杆技术在地面装置的应用已持续了多年。电潜泵的技术目前比较成熟,但是在高产井中容易出现下列问题:

  1. ESP容易受到井下环境变化的影响;
  2. ESP对结垢和沥青质具有敏感性:
  3. ESP气体处理能力有限;
  4. ESP的马达对高温具有敏感性;
  5. ESP马达不能低速运行;
  6. ESP对操作错误具有很强的敏感性。

与之相对应的ESTSP能够满足以上提到的恶劣井下环境,大大的提高机组运行寿命,减少修井次数。

对高产油井来说,在井下压力和流体性质变化不大的情况下,毫无疑问ESP是生产井下流体的理想选择,但是ESP技术还收到井底高温的限制,而ESTSP的应用灵活性就更高。

泵的上下冲力

双螺杆泵不像离心泵一样具有由液体流动引起的向上、下作用的冲力。离心泵工作状态位于泵效曲线的中间位置时(最高效率点)效果最佳,如果泵的运行状态处于最高效率点偏左或偏右(偏离推荐范围)均会引起轴的偏转、叶轮磨损从而使泵的寿命降低。在离心泵中流体向上运动时,推力向下,所以泵必须在最佳效率范围内运行,否则就可能出现上推力或下推力,最终导致泵的磨损。

对于双螺杆泵并不需要考虑最佳效率范围,双螺杆泵可以在泵效曲线的任意位置运行,无论泵速为多少(1 rpm到额定泵速)。当流体通过双螺杆泵向上输送时,轴承仅仅会受到向下的推力,而决不会影响螺杆泵的转子。虽然两种泵都采用的是液体动压轴承来承受上下推力,螺杆泵的堆叠设计能够更好的分配载荷,使磨损降到最低。在ESTSP 中,载荷分配到两个轴上,可以减小轴在较大推力条件下的屈服程度。

应用前景

ESTSP是一种新型、高级的人工举升系统。然而,在高温/高压油井中使用高马力电动泵系统对于ESPESTSP都是创新之举,还需进一步改进。但毫无疑问但是,在复杂井和深井中ESTSP具有ESP无可比拟的优势,正在逐步取代ESP。经过进一步多发展,ESTSP技术会得到优化,逐步改变并适用于简单井。

最重要的一点,ESTSP的最大优势在于应对采油指数未知的复杂井,并能够避免上推和下推造成机组损坏情况的发生,能够在缺少运营的偏远区域运行,提供完整的人工举升服务,在负载井况条件下的应用前景非常广阔。

作者/David MacNeil    译者/徐建鹏    编辑/Lemon Zhang

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