电潜泵采油技术

电潜泵采油工艺

目录

第一节电潜泵工作原理及系统组成 (2)

第二节电潜泵管柱及测试 (21)

第三节电潜泵井工况分析及故障处理 (25)

第四节电潜泵采油的发展趋势 (38)

电潜泵采油是为适应经济有效地开采地下石油而逐渐发展起来日趋成熟的一种人工采油方式。它具有排量扬程范围大、功率大、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、机组工作寿命长、管理方便、经济效益显著的特点。自1928年第一台电潜泵投人使用以来，经过20世纪70年的发展，电潜泵采油在井下机组设计、制造及油井选择、机组选型成套、工况监测诊断及保护、分层开采和测试等配套工艺方面日臻完善，在制造适应高温、高粘度。高含砂、高含气、含H2S和CO2等恶劣环境的电潜泵机组方面也取得了很大进展。不仅用于油井采油，还用于气井排液采气和水井采水注水。

本章着重介绍电潜泵的工作原理、系统组成、地面控制及管柱结构、油井选井、机组配套、工况监测、工况分析、故障诊断、油井分层开采和测试等配套工艺技术。

第一节电潜泵工作原理及系统组成

一、电潜泵工作原理

电潜泵是由多级叶导轮串接起来的一种电动离心泵，除了其直径小长度长外，工作原理与普通离心泵没有多大差别，原理图如图3一1所示。其工作原理是：当潜油电机带动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心

沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶

片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一

步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶

轮人口。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体

压能逐次增高而在获得足以克服泵出口以后管路

阻力的能量时而流至地面，达到石油开采的目的。

表述电潜泵性能的主要参数有：额定排量Q、

额定扬程（压头）H。额定轴功率P、额定效率 、

额定转速n等参数。电潜泵的额定排量和效率取决

于泵型，额定扬程决定于泵型和级数，额定轴功率

由额定排量和扬程确定，额定转速取决于电机结

图3-1 电潜泵工作原理图

构。

二、电潜泵系统组成及作用

电潜泵采油系统由井下和地面两部分组成，如图3一2所示。

1．井下系统组成及作用

电潜泵井下系统主要由电机。潜油泵、保护器、分离器、测压装置（PSI／PHD）、动力电缆、单流阀、测压阀／泄油阀、扶正器等组成。

（1）电机

电潜泵电机又叫潜油电机，它是电潜泵机组的原动机，一般位于最下端。它是三相鼠笼异步电机，其工作原理与普通三相异步电机一样，把电能转变成机械能。

但是，它与普通电机相比，具有以下特点：机身细长，一般直径160mm以下，长度5～10m，有的更长，长径比达28.3～125.2；转轴为空心，便于循环冷却电机；启动转矩大，0.3s即可达到额定转速；转动惯量小，滑行时间一般不超过3s；绝缘等级高，绝缘材料耐高温、高压和油气水的综合作用；电机内腔充满电机油以隔绝井液和便于散热；有专门的井液与电机油的隔离密封装置一一保护器。

潜油电机结构如图3—3所示，它由定子、转子、止推轴承和机油循环冷却系统等部分组成。

1）定子

定子的功能是产生旋转磁场，将电能转变成磁能，主要包括定子铁芯、黄铜夹段和定子绕组等。定子铁芯是由许多彼此绝缘的圆形硅钢片重叠而成的，铁芯内圆周上有用来嵌入绕组导线的玉米形切槽，外圆周电机油循环的油槽。定子铁芯横截面目前有两种形式，一种是开式结构，一种是闭式结构，如图3—4所示。 图 3-2 电潜泵采油系统组成示意图

图 3-3 潜油电

机结构示意图

图 3-4 定子截面示意图

图 3-5 星点结构示意图 图 3-6 潜油电机转子总成示意图

黄铜夹段是为了防止转子扶正轴承被磁化而加人

的一段磁阻较大的黄铜。

定子绕组是较粗的外面包裹有耐油、气、水，耐

高温高压和高绝缘强度材料的均匀铜导线，输送励磁

电流。绕组制作有两种方式，一种是工程塑料挤制，

一种是薄膜绕包烧结。定子绕组都是星形联接，星点

结构一般如图3一5示。

2）转子

转子是产生感应电流而受力转动并将电磁能转变

图3-7 潜油电机止推轴承

成机械能的部分，由转子铁芯、转子绕组、短路环、

轴和键组成，如图3—6所示。同定子一样，转子也由

许多段组成，每段通过键与轴相连，各段转子间有扶

正轴承，扶正轴承与黄铜夹段相对应，转子的上下端用螺帽或卡簧固定。

3）止推轴承

由于潜油电机是立式悬挂结构，其轴向载荷由止推轴承承担。止推轴承除承担轴向载荷，还承担因偏转运动而产生的径向载荷。潜油电机的止推轴承有两种，一种是滚动轴承，一种是滑动轴承，见图3一7。

4）循环冷却系统

潜油电机冷却系统由润滑叶轮、滤网、定子油道、油孔和空心电机轴及电机油等组成，参看图3一

表3-1 胜利油田无杆泵公司生产潜油电机性能参数

3，带走电机定子和转子在交流和涡流作用下产生的热量，达到冷却电机和保护绝缘材料的作用，延长电机寿命。

潜油电机油的性能必须达到如下要求：闪点不低于150℃；凝固点不高于-40℃；介电损失剪切角为0.001～0.002（20℃）；介电强度不低于20kV ／mA （20℃）；体积电阻力1014～1016 /cm 3（20℃）；粘

度为8.7 ×10-4Pa·s 左右；密度为0.87g/cm 3左右；酸值为0.021mg/gKOH 当量；长

期工作在80～120℃、8～12MPa 及2800～

2900r ／min 条件下性能稳定。

表3－l 是国内外常用的潜油电机性能参

数。

（2）潜油泵

潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动

两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外

套组成；转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦每级就是一个离心泵，结构组成如图3一8

示。潜油泵按叶轮是否固定分为浮动式、半

浮动式和固定式三种。

与普通离心泵相比，电潜泵具有以下特点：直径小，排量范围大，外径一般为85.5～102mm ，排量范围可达30～8000m 3／d ；级数多，长度长，扬程范围宽，级数可达400级，长度可达20m ，扬程一般在150～4500m ；泵吸口有气体分离或压缩装置，防止气蚀和提高泵效；有径向扶正，轴向卸载和液压平衡机构。

电潜泵在工作时，由于进出口之间存在很大的压力

差，产生很大的轴向力。为减小或消除轴向力，在叶轮

上下部装有止推垫，通过导轮将轴向力传递给泵壳。径

向扶正和轴向卸载机构如图3—9所示。

液压平衡机构有两种，一种是平式叶轮液压平衡机

构，如图3—10示，一种是混流型叶轮的平衡机构，如图

3一11所示。平式叶轮的平衡原理是，经增压后的流体大

部分流向导轮，一部分进人A 、B 区，因A 、B 区连通，

压力相等，达到平衡目的，只要面积相等，则轴向力抵

消。混流型叶轮的平衡原理是，在叶轮的中心部位打孔，

使得B 区内的压力接近泵吸人口压力，从而消除部分轴

向力。

l ）叶轮

图 3-10 平式叶轮液压平衡机构 图 3-8 电潜泵

结构示意图 图 3-9 径向扶正和轴向卸载机构 图 3-11 混流型叶轮的平衡机构