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電潛雙螺桿泵 人工舉升家族新成員

電潛雙螺桿泵 人工舉升家族新成員

人工舉升技術發展到現在已經相對成熟,各大油服公司的新技術大多也都在現有的人工舉升技術上作進一步的改進。雖然這些技術及方法在大多數情況下都能夠滿足生產的需求,但是面對復雜的環境和井下條件,可供選擇的人工舉升技術仍非常有限且大多效率很低。

本文中提到的電潛雙螺桿泵技術就是一種能夠應用于復雜井況的人工舉升技術,該技術結合了螺桿泵和電潛泵的優點,效率高,為運營商提供了更多的選擇。

電潛雙螺桿泵

ESTSP(電潛雙螺桿泵)是一種多級容積式泵。雙螺桿技術已出現多年,然而直到最近,新設計和材料的推動才使該技術應用到油氣井中。ESTSPESP(電潛泵)一樣安裝有潛油馬達,但是吸入口和密封裝置有所區別。機組其他的部分(比如電機、扁電纜、主電纜、變速控制器和變壓器)都與ESP相同。

雙螺桿泵兩根轉子的每一級都極其精密的咬合且不互相接觸,這樣設計的目的是在雙螺桿泵運行過程中將摩擦力降到最低,同時又保證了輸送的效率,降低了功耗。在每一級相互咬合形成的密閉空間內都含有氣、油、水或三者的混合物,雙螺桿泵將井液加速輸送到每一級的末端,流體隨后與其它螺桿或定子形成粘性密封,允許氣體通過并最終有效地排放。油、氣和水像通過傳送帶運輸一樣,斷斷續續的通過雙螺桿的每一級,液體在這種輸送狀態下的剪切力很小。

通過設計可以調節雙螺桿每一級的作用,比如可以通過增加級數來增加揚程,可以通過提高泵的直徑或提高泵速來增加流量。在19級以內,增加泵的級數能夠顯著的提高效率、減少液體滑脫。

由于螺桿泵為容積式泵,所以其每一級的體積是固定的,每一級腔室的壓力幾乎不隨轉速到改變而改變。此外,螺桿泵在輸送過程中并不會對氣體、液體進行分離。

與離心泵不同,雙螺桿泵的每一級并沒有最佳效率操作點或是最佳操作范圍,所以即使它在接近空載狀態下(氣體含量較高)也能使用。在能夠滿足電機冷卻和潤滑的情況下,即使氣體含量為97%螺桿泵也能正常運行。

ESTSP的剪切速率小,適用于瀝青質和蠟含量高的油井,有效避免停井事故的發生。而且,由于瀝青質具有較高的黏度,能夠有效減少泵的回流,提高螺桿泵的效率。同樣的道理,泵內的積垢也會在一定程度上提高泵到效率、彌補磨損帶來的損失。

ESTSP并不是砂泵,但是能夠適用于平均體積含砂量2%的高粘度流體。這是因為其不需要離心組件驅動流體運動,所以比常規的電潛泵更適合出砂井。

如果人工舉升設備選擇了ESTSP這樣的正容積泵,那么該井就不再需要安裝井下安全閥。螺桿泵的轉子之間縫隙非常小,當井下液體為100%當液體時,可以看作是密封裝置,但是當螺桿泵與自動轉向閥共用時,則需要安裝安全閥。

ESPESTSP技術的比較

電潛泵已在石油工業使用了大約60年,而ESTSP則相對較新。然而雙螺桿技術在地面裝置的應用已持續了多年。電潛泵的技術目前比較成熟,但是在高產井中容易出現下列問題:

  1. ESP容易受到井下環境變化的影響;
  2. ESP對結垢和瀝青質具有敏感性:
  3. ESP氣體處理能力有限;
  4. ESP的馬達對高溫具有敏感性;
  5. ESP馬達不能低速運行;
  6. ESP對操作錯誤具有很強的敏感性。

與之相對應的ESTSP能夠滿足以上提到的惡劣井下環境,大大的提高機組運行壽命,減少修井次數。

對高產油井來說,在井下壓力和流體性質變化不大的情況下,毫無疑問ESP是生產井下流體的理想選擇,但是ESP技術還收到井底高溫的限制,而ESTSP的應用靈活性就更高。

泵的上下沖力

雙螺桿泵不像離心泵一樣具有由液體流動引起的向上、下作用的沖力。離心泵工作狀態位于泵效曲線的中間位置時(最高效率點)效果最佳,如果泵的運行狀態處于最高效率點偏左或偏右(偏離推薦范圍)均會引起軸的偏轉、葉輪磨損從而使泵的壽命降低。在離心泵中流體向上運動時,推力向下,所以泵必須在最佳效率范圍內運行,否則就可能出現上推力或下推力,最終導致泵的磨損。

對于雙螺桿泵并不需要考慮最佳效率范圍,雙螺桿泵可以在泵效曲線的任意位置運行,無論泵速為多少(1 rpm到額定泵速)。當流體通過雙螺桿泵向上輸送時,軸承僅僅會受到向下的推力,而決不會影響螺桿泵的轉子。雖然兩種泵都采用的是液體動壓軸承來承受上下推力,螺桿泵的堆疊設計能夠更好的分配載荷,使磨損降到最低。在ESTSP?中,載荷分配到兩個軸上,可以減小軸在較大推力條件下的屈服程度。

應用前景

ESTSP是一種新型、高級的人工舉升系統。然而,在高溫/高壓油井中使用高馬力電動泵系統對于ESPESTSP都是創新之舉,還需進一步改進。但毫無疑問但是,在復雜井和深井中ESTSP具有ESP無可比擬的優勢,正在逐步取代ESP。經過進一步多發展,ESTSP技術會得到優化,逐步改變并適用于簡單井。

最重要的一點,ESTSP的最大優勢在于應對采油指數未知的復雜井,并能夠避免上推和下推造成機組損壞情況的發生,能夠在缺少運營的偏遠區域運行,提供完整的人工舉升服務,在負載井況條件下的應用前景非常廣闊。

作者/David MacNeil ? ?譯者/徐建鵬 ? ?編輯/Lemon Zhang

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