防垢潜油电泵研制及在渤海油田的应用

纪树立，梁凤儒，周怀亮，李令喜，孙　涛，马绪鹏

(1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)*



防垢潜油电泵研制及在渤海油田的应用

纪树立1，梁凤儒1，周怀亮2，李令喜1，孙涛1，马绪鹏1

(1.中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300452)*

摘要：渤海油田有部分油井及水源井结垢严重，检泵周期短、电泵故障率高。开发了2种主要结构形式的防垢潜油电泵，主要由潜油泵、潜油电机、潜油保护器及防垢分离器或防垢装置组成。有效地解决了结垢问题，在渤海油田油井及水源井使用取得了显著的效果。

关键词：潜油电泵；防垢；开发；应用

渤海油田有部分油井及水源井结垢严重，应用于该种井况的常规潜油电泵使用情况并不理想，经常发生潜油电泵叶导轮因结垢导致叶轮流道阻塞，油井产液量降低，同时机组负荷加大，并常出现机组因垢层脱落造成磨损或卡泵现象。潜油电泵机组寿命受到结垢影响较为严重，不能长时间的正常工作，缩短了检泵周期，增加了检泵次数及费用。针对结垢问题采取了注入化学药剂等多种措施，在一定程度上缓解了这一现象的产生，但存在污染地层、费用成本高、操作工艺复杂等问题。因此，研制了新型防垢潜油电泵(专利号：CN201320213073)，可有效解决电泵机组的结垢问题，以延长电泵运行寿命，降低检泵作业费用，同时避免其他防垢措施带来的负面影响。

1技术分析

1.1防垢原理

在防垢潜油电泵中，防垢装置是防垢潜油电泵技术的核心部件。井液只要流经该部件，就能够实现防止潜油电泵结垢功能[1]。该核心部件内部都装有防垢功能的防垢片，防垢片为由9种金属组成的特殊合金材料[2]，合金材料所包含元素的电负性比液相中的离子低，当与流体接触时，形成一种特殊的电化学催化体，在多孔合金材料与流体间形成无数微电场，使流体产生极化效应，改变流体的物理性质，产生以下效果：

1)使固相颗粒处于悬浮分散状态，抑制垢的形成。

2)使原油中的蜡和胶体物质呈悬浮状态，不易聚集吸附于管壁上。

3)使液相中的各种离子及杂质不易结合形成垢。

4)减弱溶液组合对金属的氧化作用，增强其还原作用，抑制金属的腐蚀。

1.2防垢结构

1.2.1外部防垢结构

带导流罩防垢潜油电泵是防垢潜油电泵主要结构形式之一。该防垢潜油电泵主要由潜油泵、潜油电机、潜油保护器、分离器(吸入口)、电缆、导流罩及防垢装置等组成，如图1所示。导流罩将离心泵吸入口、电动机保护器和潜油电动机罩于其内，迫使油井液和井口注人液从护罩下端流经潜油电动机进人离心泵吸人口。其中，导流罩下部的防垢装置是防垢潜油电泵的核心部件。

1—防垢装置；2—导流罩底座；3—导流罩；4—电机；

井液经过防垢装置进入导流罩与潜油电泵机组之间的环形空间，通过导流罩内的分离器入口进入潜油电泵举升系统，经由泵举升到地面。防垢装置具有防垢功能，由于井液经过防垢装置，就能够起到防垢的效果，保证从防垢装置流过的井液不会在电机、保护器、分离器、泵及油管中结垢。

该结构由于导流罩与防垢装置配套使用，还具有如下功能[3]：

1)在低产稠油井中，电潜泵配置护罩，可从井口注入降黏剂或水，从而降低原油的黏度并增大流经潜油电动机的流速，不仅满足多级离心泵举升的要求，而且有利于冷却潜油电动机和延长整套机组的运转寿命。

2)在高油气比油井中，将带护罩电潜泵机组安装在油层的下部，气体不能进人离心泵，可防止气锁，保证电潜泵机组连续运转。

3)在低产大直径套管井中，强制井液流经潜油电动机外壳与护罩之间的环形流道，增大潜油电动机的散热量，防止电动机的电磁线绕组因温度过高使电气绝缘过快老化引起短路故障，提高潜油电动机的运转寿命。

4)在单套管底部密封的口袋井中安装带护罩电潜泵，可对低压来水实施无泄漏增压注水。

1.2.2内部防垢结构

带防垢分离器(吸入口)的潜油电泵是防垢潜油电泵第2种结构形式。该防垢潜油电泵主要由潜油电泵、潜油电机、潜油保护器及防垢分离器(防垢吸入口)组成，如图2所示。其中，与保护器和泵连接的防垢分离器(吸入口)是防垢潜油电泵的核心部件。

1—电机；2—保护器；3—防垢分离器(吸入口)；

井液从防垢分离器(吸入口)进入潜油电泵举升系统，经由泵举升到地面。防垢分离器(吸入口)具有防垢功能，井液经过防垢装置，就能够起到防垢的效果，保证从防垢装置流过的井液不会在电机、保护器、分离器、泵及油管中结垢。其中：防垢分离器(如图3所示)具有防垢和分离气体的功能，适用于含气量高需要分离游离气体的油井；防垢吸入口具有防垢功能，适用于含气量低的油井或水源井。

防垢分离器主要由上接头、衬筒、诱导分离轮、防垢片、轴承支架、中心轴和下接头组成。防垢分离器连接在潜油泵的下部，能同时对潜油泵及潜油泵以上井筒进行防垢处理。其中防垢片沿气液分离器中心轴串联布置，能减少电泵气锁及腐蚀，提高泵效，延长泵的使用寿命。

1—上接头；2—壳体；3—衬筒；4—诱导分离轮；5—轴承支架；6—挡圈；7—防垢片；8—下接头。

1.2.3防垢潜油电泵特点

将防垢装置与分离器相结合，开发出了防垢分离器，具有防垢、处理气体功能。将导流罩与防垢装置结合，开发出了带导流罩的防垢潜油电泵，既有导流罩的功能又有防垢功能。防垢潜油电泵具有如下性能和特点：

1)能防止和减少蜡、垢以及腐蚀的形成。

2)无需任何化学添加剂，无磁、无电，不会污染所处理的流体。

3)工作条件不受压力、温度、磁场或其他因素的影响。

4)节省化学处理成本。

5)减少热洗作业成本。

6)提高设备的工作效率，延长使用寿命。

7)易于安装，维护工作量小，寿命长。

8)有效工作时间5 a。

2防垢潜油电泵的应用

此防垢潜油电泵技术于2009-06首次开始使用，截至目前在渤海油田已经使用了30多套，取得了比较好的效果。检泵周期由原先的几十天提高到了300 d以上。

1)典型案例1。在渤海油田结蜡结垢较为严重的P1井，应用了带导流罩防垢潜油电泵。之前该井仅生产半年就需要检泵，采用防垢潜油电泵技术后，正常工作2 a，拆检无垢，效果良好。

2)典型案例2。在结垢较为严重的P8井，采用带防垢分离器潜油电泵技术。之前该井仅生产200 d左右就需要检泵，使用防垢潜油电泵技术后，运行周期延长到了2 a以上，效果良好。

3)典型案例3。在结垢严重的P4油井使用了带导流罩防垢潜油电泵，下井后运行平稳，生产曲线如图4所示。后因电缆故障检泵作业，并对电泵进行拆检验证防垢效果，发现叶轮无垢，并与安装防垢器前的电泵叶轮对比，如图5所示。

图4　BZ34-2P4井应用防垢泵生产曲线对比

图5　BZ34-2P4井应用防垢泵潜油效果对比

4)典型案例4。在结垢严重的P8油井使用带导流罩的防垢潜油电泵，效果良好，目前该井已经使用4套。生产曲线如图6所示，效果对比如图7所示。

图6　BZ34-2P8井应用防垢泵生产曲线对比

图7　BZ34-2P8井应用防垢泵潜油效果对比

5)典型案例5。渤海油田J10井主要结钡锶垢，因结垢每生产2～3个月就需要检泵作业。自下入防垢潜油电泵后一直稳产高产，检泵周期从以前的平均80 d延长到目前的1 301 d，于2009-11-27因转注提泵。 生产曲线如图8所示。

图8　SZ36-1J10井应用防垢泵生产曲线对比

3结论与建议

1)防垢潜油电泵能够提高潜油电泵在结垢井中的运行时间。对不同井况，可以选择适用的结构形式。在海上油田的油井中，采用带导流罩的防垢潜油电泵能够满足高温油井防垢的要求。

2)防垢潜油电泵使用效果好，适应性强，因此具有比较广泛的推广应用价值。

3)带防垢分离器的潜油电泵机组壳体外部结垢问题需要进一步分析和研究。

参考文献：

[1]王猛.油田管道结垢治理技术研究综述[J].黑龙江科技信息，2011(33)：45.

[2]赵德喜，徐振东.流速对Cu-Zn-X合金防垢效果影响研究[J].中国新技术新产品，2013(17)：17-18.

[3]李波，邵雷，程时全，等.带护罩电动潜油泵机组的研究与应用[J].石油机械，2001，29(11)：41-42.

Development and Application of Antiscale ESP in Bohai Oilfield

JI Shuli1，LIANG Fengru1，ZHOU Huailiang2，LI Lingxi1，SUN Tao1，MA Xupeng1

(1.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.，Tianjin300452,China；2.CnoocCo.，Ltd.,Tianjin300452,China)

Abstract：Scale exists seriously in some of the oil wells and water wells in Bohai oilfield.It results in pump operation cycle shorten and pump failure rate to rise.In order to solve this problem，an antiscale ESP is developed.This technology is mainly composed of submersible pump，submersible motor，submersible protector and antiscale separator or antiscale devices.There are two main structural forms.This technology there are more than 30 sets of this ESP used in Bohai oilfield，solve effectively the problem of scale formation in the oil wells and water wells.The results show that the development of the antiscale ESP can meet the need of oilfield production.

Keywords：antiscale；electric submersible pump；development；application

中图分类号：TE933.3

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.04.023

作者简介：纪树立(1981-)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，主要从事潜油电泵技术与开发工作，E-mail： jishl@cnooc.com.cn。

基金项目：中国海洋石油总公司基金资助项目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 06 LTD NFCJF 2012-04)

收稿日期：2015-10-18

文章编号：1001-3482(2016)04-0088-04