磁悬浮电泵在垦东12区块大位移定向井中的应用

毕玉斌

摘 要新滩油田位于黄河入海的滩涂地带及水深0-10m的浅海水域,北、东、南三面环海,西临孤东、红柳油田,属典型的滩海油田。垦东12区块位于新滩油田东部,受地面条件的限制,区块开发采用建海公路+人工岛+大位移定向井、水平井的采油方式。由于油井造斜点100-200m吗,管、杆偏磨严重影响了常规抽油泵,为此引进了磁悬浮电泵进行采油方式优化。

关键词大位移定向井;磁悬浮泵;现场实施;效果分析

中图分类号TE933文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)112-0051-01

1磁悬浮电泵的基本特点

1.1磁悬浮电泵的工作原理

磁悬浮电泵系统是一种机电一体的新的举升方式,由直线电机、抽油泵和地面智能控制柜三部分组成。直线电机与抽油泵连接后,由普通平式油管下到设计泵深,地面电源通过智能控制柜将交流电经变频后用潜油电缆输送到井下直线电机(主要由永磁动子、定子绕组和机壳三部分组成),当电流进入定子绕组,产生的磁场通过变频方式实现磁极的交变,和永磁动子上固定磁场的相互作用,实现永磁动子的运动,从而使悬浮的永磁动子带动柱塞限位往复运动。

1.2磁悬浮电泵的控制系统

智能控制装置由程序控制设定冲次,采用变频形式进行调速,在最大排量内随意在线调节产量。控制器作为磁悬浮电泵的重要组成部分,其主要功能是给直线电机提供驱动电源、运行参数设定、运行状态监测与指示、运行过程控制和为系统提供安全保护等。在系统运行中如果发生负载短路、动子推力不足、动子和柱塞阻塞、井口结冰或油管结蜡、控制箱内温度过高及电网停电等故障时,系统会自动停止运行,并由“报警指示”灯用不同的闪烁信号给出指示。

2磁悬浮电泵的优点

2.1无杆采油防偏磨

常规抽油机的抽油杆在往复运动中很难始终保持与油管平行,经常有因偏磨而拉断,甚至有将泵筒磨漏的情况发生;而磁悬浮电泵利用交变磁场和永磁动子产生举升推力为基本原理,解决了斜井、丛式井、水平井的开采难题,因取消了抽油杆从而彻底解决了斜井采油中管杆偏磨引起的抽油杆断、脱和油管漏等问题难题,降低了砂卡、气锁故障,延长了油井检泵周期, 节省了作业费用和更换抽油杆和油管的费用。

2.2节电降耗

有杆抽油系统的动力装置体积大、成本高,其主要功率消耗在千米以上的抽油杆上,直接用于提液的功率很小,使得无效功率很大;数控往复式潜油电泵的电机直接与泵在井下连接,去掉了抽油机平衡块和抽油杆的无功损耗,因此举升能耗低、损耗小,去掉了抽油杆的冲程损失,泵效可达90%以上。

2.3生产制度调整智能化

地面智能控制装置由程序控制设定冲次,采用变频形式进行调速,在最大排量内随意在线调节产量。其冲次调节范围为0.1-9.9,调整幅度更精密、更精确,配合抽空保护装置,可实现“零液面”采油,满足间歇生产需要。它还可实现远程控制集中管理。

3垦东12区块基本情况

3.1区块地质概况

新滩油田构造上位于渤海湾盆地-济阳坳陷-沾化凹陷东南部的肯东凸起,四周为凹陷所包围,生油条件好。其东为莱洲湾凹陷,南为青东凹陷,西为富林洼陷,北面为桩东凹陷。垦东12区块位于新滩油田东部的海陆过渡带,本区构造形态较为简单,继承了前第三系潜山顶面南高北低的趋势,整体呈现南高北低的格局。受垦东12断层控制垦东12块为一反向屋脊式构造,地层向北逐渐向桩东凹陷倾伏,地层较平缓,地层倾角3～6°左右。垦东12区块上报含油面积7.7Km2,石油地质储量1759×104t。设计0#、1#、2#、3#、4#、121#海油陆采平台6座,油水井126口。

3.2区块开发概况

截至目前,KD12区块共投产海油陆采平台5座,油井总井94口,开井84口。其中0#、3#、121#岛均采用磁悬浮电泵采油方式,油井累计43口,现开井38口,其中水平井2口,直井1口,定向井40口;1#、2#岛采用高原皮带机+连续杆+偏置泵常规采油方式,油井总井51口,开井46口,水平井1口,直井1口,定向井39口。

0#、3#、121#、1#、2#岛井底平均水平位移分别为709.65m、865.58m、655.98m、781.21m、537.22m,XTKD12-X85达到1602.96m;各岛最大井斜平均值依次为48.48°、55.89°、48.47°、50.12°、42.55°,斜井中XTKD12-X60最大井斜达到77.39°,而水平井XTKD12-P2最大井斜达到95.61°。

1#、2#号岛于2006年12月2日第一口油井投产,截止到现在约两年半的时间里共作业43井次,其中因连续杆断作业14次,因连续杆严重偏磨作业2次,因活塞严重偏磨作业3次,即因抽油杆问题共作业19井次,占到了总作业次数的44.2%。值得注意的是1#、2#号岛使用的是旋转井口,这已经使抽油杆因偏磨造成的作业次数降到了最低。

3.3磁悬浮泵现场应用举例

3.3.1直井

XTKD12-53井,2009年2月3日开井,生产层位Ng21+223,射孔厚度7.3米,参数∮44×890×1.23×5,目前日液8.7吨,日油3.6吨,综合含水58.5%,动液面673米,累计生产74天,累积产油214吨,累积产水375吨,自使用磁悬浮泵开井至现在生产正常。

3.3.2水平井

XTKD12-P2井,2009年3月8日开井,井底水平位移1325.08m,最大井斜95.61°,生产层位Ng32,射孔厚度120米,参数∮44×1210×1.23×7,目前日液15.7吨,日油14.9吨,综合含水5.3%,动液面258米,累计生产46天,累积产油489吨,累积产水172吨,生产正常。

3.3.3斜井

KD12-X100井,2008年5月8日开井,井底水平位移105.95m,最大井斜33.07°,生产层位Ng61,射孔厚度5.7米,原油动力粘度为1181mPa.s,参数∮44×1041.33×1.23×6,目前日液10.0吨,日油3.78吨,综合含水62.2%,动液面845.7米,累计生产397天,累积产油2357.6吨,累积产水1422.4吨,日耗电100度左右。该井于2009年5月23日至29日作业一次。

KD12-X101井,2008年5月8日开井,井底水平位移1206.0m,最大井斜63.86°,生产层位Ng61,射孔厚度3.7米,原油动力粘度为1766mPa.s,参数∮44×1053×1.23×6,目前日液8.5吨,日油8.12吨,综合含水4.5%,动液面933.9米,累计生产397天,累积产油3883.8吨,累积产水172.8吨,日耗电100度左右。

4现场应用存在问题

故障一:“超负荷”是由于新开井原油粘度比较大,直线电机在运行过程中克服重力、摩擦力做功多,载荷大,电流较高,其电流保护程序所设保护值相对较小,造成电机运行过程中由于电流大使得电流保护程序介入,显示“超负荷”并停井,对此类问题一般可采用下列解决方法:对直线电机控制柜进行重启动。一般重启动之后电机会正常工作,若原油粘度确实较大,就需要采用调大电流保护值。此方法将电流保护值调节到工作电流峰值之上,从而正常生产。

故障二:“自降冲次”此故障原因为直线电机工作载荷大,但还未

到“超负荷”的程度,电流保护程序介入,自动降低冲次,以保护电机。出现此故障一般可照常生产,待工况稳定后将冲次上调。

故障三:“堵塞”,此故障为由于原油粘度大,使得直线电机工作载荷过大,远超“超负荷”,解决此问题可尝试调大保护电流后,重启电机控制柜,若不能正常生产则需洗井。

故障四:“主板短路”此故障为由于主板电路之间存在物理连接造成的短路。解决方法为更换主板。

故障五:“控制柜保险烧”造成此故障的原因为电器元件损坏造成瞬间短路将保险烧断,或者由于过载使得峰值电流过大,保护电流值设得过大起不到保护的作用,将保险烧断。解决方法应检查控制柜元件是否有损坏件,若没有则更换完保险后试开井观察电流峰值,若过大,则需洗井。

故障六:“控制柜压敏电阻,电容烧”造成此故障原因为连接控制柜的峰值电压过高,或电阻失效造成压敏元件烧坏,此故障已两次造成甲线跳停。解决此问题应尽量确保元件质量过硬并稳定电压。

故障七:“整流桥烧”造成此故障的原因主要为元件本身质量出现问题,其次就是峰值电压过高造成,解决此问题应尽量确保元件质量过硬和稳定电压。

故障八:“开关管烧”造成此故障主要原因为元件本身质量出现问题或峰值电压过高,解决此问题应尽量确保元件质量过硬和稳定电压。

根据现场故障点和故障类型分析,故障主要集中在控制柜的电路部分,这与现场环境恶劣有关,主要是由于环境湿度大,控制柜内无干燥措施,电子元件质量差,易发生电路故障,电路构造复杂,故障点多,建议增加控制柜的干燥措施,提高电子元件的质量,简化控制电路,减少故障点,或者将控制柜改为室内环境。对于原油粘度较高的井,长时间停井或刚作业完后容易发生超负荷的情况,建议以后在这种情况下可以先洗井再开井,或者提高电路保护定值已适应这种情况。因直线电机这种开采方式没有进行过如此大规模的集中应用,有许多故障需要和厂家结合,提出改进措施,逐步降低故障率。

作者简介:

毕玉斌,男,工程师,石油大学石油开发采油工程专业,现从事油田油藏工程工作。