井下直线电机无杆采油及配套技术在长庆超低渗透油藏的应用

郑刚 （中石油长庆油田分公司超低渗透油藏开发部，陕西 西安710018）

王尚卫，姚洋 （中石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心，陕西 西安7140018）

刘清云 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

长庆油田超低渗透油藏以丛式大井组定向井开发为主，复杂井眼轨迹油井不断增多，常规有杆泵抽油系统杆管偏磨问题日益突出，缩短了油井的免修期，进一步增加了油井后期运行成本［1］。同时由于单井产液量普遍偏低，导致泵效、机采系统效率低。为解决上述问题，对井下直线电机无杆采油技术，并开展了工况诊断等一系列采油配套技术进行了现场试验，取得较好的实施效果，为后期生产管理提供了新的思路和技术保障。

图1 直线电机无杆采油装置系统构成图

1 系统技术原理及其组成

1．1 技术原理

井下直线电机无杆采油系统是由地面数控装置通过动力电缆给井下往复式直线电机供电后，电机定子线圈在脉动交流电作用下产生交变磁场，周期性带动永磁动子和泵柱塞做上下往复运动，达到举升抽油的目的［2］。

1．2 系统组成

系统主要由地面数控装置、井下磁力驱动潜油泵、专用电缆等组成，其中井下磁力驱动潜油泵包括直线电机、筛管和柱塞泵，柱塞泵位于直线电机之上，二者通过永磁动子和推杆相连 （见图1）。

2 配套技术研究

根据超低渗透油藏生产现状，考虑井下直线电机无杆采油系统在生产、管理过程中与现有机采系统的差异性，结合长庆油田数字化建设的需要，对采油配套技术做了相关研究，以方便现场生产管理，确保系统平稳高效运行。

2．1 远程数据传输及设备控制

配套开发了控制柜嵌入式数据采集模块及后端数据管理系统，实现了生产数据远程传输以及设备远程控制，提高了数字化程度，降低了工人劳动强度。目前可实现的功能有：采集电泵电机及控制柜工作状态信息 （上、下行电流、频率、冲程、冲次、运行状态），电机工作状态汇总分析，根据分析结果进行电机的远程控制及参数调整［3］。

2．2 清防蜡技术

在直线电机无杆采油系统中，因为没有抽油杆管的相对运动，相对于常规机采系统更容易结蜡。为此研发了三相低功耗加热电缆技术，该技术采用三相铜芯电缆，配以绝缘材料与不锈钢带加工成圆柱型。下井时，加热电缆置于油管中油井结蜡位置，通过地面控制系统供电给加热电缆，按结蜡速度设定加热时间，达到清蜡目的。同时，结合数据远传系统，可实现加热电缆的远程操作，进一步减少人工工作量。

2．3 工况诊断

工况诊断是保障直线电机采油系统正常运行的技术基础，但目前还无成熟技术。通过对远程监控系统反馈的实时电流、电压、压力等数据进行跟踪分析，与正常或理论情况下参数对比，结合生产数据的变化，建立以电机、泵及管柱系统为基础的各种典型故障图版，以满足对直线电机系统进行故障判别的要求［4］。

图2为井下直线电机无杆采油系统运行中可能出现的各种典型故障图版，可为生产系统运行故障诊断提供依据。

图2 典型故障图版

3 现场应用试验

3．1 低渗透油藏试验

直线电机采油作为一种新型采油技术，近年来，先后在我国大庆、辽河、胜利、等油田进行了现场试验与应用，其中大庆油田下井无故障最长运行时间已达近900d。

长庆油田自2007年起，先后在安塞、陇东地区等低渗透油藏进行了27口井现场试验，平均泵效由试验前的41%上升到65%，平均节电率22%；并针对试验初期出现的电机动子磁环腐蚀、动子杆弯曲，易造成电机故障的问题，采取了更换材质、改进加工工艺等措施，提高了电机的可靠性，最长无故障运行时间达813d。

3．2 超低渗透油藏试验

鉴于低渗透油藏的良好应用效果，将井下直线电机无杆采油及配套技术应用于长庆超低渗透油藏的X153区块进行现场试验，共试验6口井，试验井冲次0～10次／min无级调参，可实现油井最佳供排协调，试验井生产情况如表1所示。

表1 试验井生产情况统计表

试验结果表明，试验期间平均泵效达74．6%，较邻井 （泵效47．4%）提高了27．2个百分点。另外，无杆采油系统可有效解决管杆偏磨问题，下井后至今已连续正常生产782d，未出现偏磨、漏失等故障，相邻可对比井平均检泵周期492d，井下直线电机无杆采油及配套技术的成功应用在实现油井最佳供排协调、节约日常维护成本的同时还提高了油田数字化管理水平。

4 结论及认识

1）直线电机无杆采油系统可从根本上解决管杆偏磨问题，可大幅降低维修作业成本，适用于用丛式大井组开发油井。

2）该技术可根据地层出液情况随时便捷调整工作参数 （0．1～10次／min），排量可在0．1～10．9m3／d（使用滥28mm泵）之间实现连续调整，为精细调整供排关系、控制流压，合理高效开发提供基础。该技术的试验与应用，对超低渗油藏探索新型采油方式，实现效益开发，提供了新的技术思路。

3）远程数据传输、设备控制、清防蜡等几个方面采油配套研究，为油井数字化生产管理及直线电机采油系统平稳高效运行提供了技术保障。

井下直线电机无杆采油及配套技术在长庆超低渗透油藏开采中的成功应用仅仅是一个良好的开端，下步还需在各复杂井眼轨迹、数字化系统之间的整合、降低单井成本等方面继续进行深入探讨和研究。

［1］曹刚 ．人工举升工艺新进展 ［J］．国外油田工程，2003，19（8）：13～16．

［2］王善政 ．井下电潜式往复泵技术研究 ［D］．东营：中国石油大学，2009．

［3］黄晓，石歩乾，范喜群，等 ．潜油电泵油井井下工况诊断技术简介 ［J］．油气井测试，2000，9（4）：59～61．

［4］曲海，魏秦文，梁政，等 ．直线电机抽油泵泵阀不同工况特点研究 ［J］．石油矿场机械，2010，39（3）：12～17．