稠油中胶质沥青及其形成摩擦阻力对电潜泵运转的影响

王 佶

（渤海石油装备〈天津〉中成机械制造有限公司，中国 天津300280）

0 引言

我国面临着石油资源短缺的困境，为缓解这一现状，需积极研发新技术，提高原油的开采率。稠油是原油的一种，含有大量胶质沥青，黏度强、密度大、流动性差，开采十分困难。随着温度增加，稠油的黏性会有所下降，然而在使用电潜泵抽油时，油流自下而上流动温度逐渐降低，使得摩擦阻力增加，极易出现堵井现象。加上电潜泵井排量大，如果油层温度过低，易增加电机负荷，致使电泵机组不能正常运行，从而影响到开采作业。因此，需对电潜泵加以改进，保证稠油井的稳定生产。

1 案例分析

稠油是相对稀油而言的，多指地面密度在0.943以上，或地下粘度至少为50cP的原油。某石油公司主要经营石油开采、运输加工业务，2010年计划在A、B两油田进行开采。A、B油田均属于稠油井，胶质沥青含量多，形成较大的摩擦阻力，加上油流流动性差，原油很难从井底流向井口。考虑到高温可改变稠油粘度，该公司采用了加热油管、过泵加热等多种方法，利用整筒泵和螺杆泵等设备开展作业，但由于原油粘度过大，导致泵杆多次断脱，阻碍了正常生产。技术人员对油田状况做了仔细勘察，发现原油埋深在3500m以下，渗透率低，井筒容易散热，以至于地温梯度较低，温度场不稳定。在总结经验教训后，决定开展抗稠油电潜泵的先导性试验，原油产量逐渐恢复。

2 油田特征及抗稠油电潜泵技术

2.1 油田特征

A、B油田属于地层不整合碳酸盐岩溶缝洞圈闭类型，储层具有明显的非均质性，裂缝较多，整体互通。在充填作用下，局部存在有油气的封闭储集体系，且油气多储藏于岩溶缝洞中。基于这种地质构造，油井中以稠油为主，胶质沥青含量较高，粘度大、凝固点低，对温度较敏感。如S16号油井为例，温度为50℃时，原油粘度为21650mPa·s；温度为60℃时，原油粘度降至12800mPa·s；在70℃和80℃的温度下，原油粘度继续降低，分别为5600mPa·s、2430mPa·s。

2.2 抗稠油电潜泵技术

是将抗稠油工艺和潜油离心泵相结合，形成的一种新技术。电动机将电能转换为机械能，然后高速旋转（约为2900r/min）；在其动力驱动下，离心泵开始做功，将井液逐渐举升至地面。与以往的开采方法相比，该技术的效率有所提高，但同时也受到稠油的很大影响。

2.3 电潜泵受到的影响

使用电潜泵抽油时，由于原油粘度大，在井底电潜泵、油管流动、生产处理等各个环节都有大量的胶质沥青，相应的摩擦阻力也较大，很有可能会影响到电潜泵的正常运行。

首先，当电动机表面粘附有胶质沥青时，散热性能下降，如果在长期作业中不能顺利散热，必将引起电动机温度不断上升，从而出现各种故障，甚至烧毁。正常运转时，定子和转子之间的热稳定较平衡，若热传递受阻，导致转子膨胀过快，与定子内膨胀的环氧树脂相摩擦而出现异常。

其次，在使用电潜泵举升井液的过程中，离心泵是不可或缺的部件，与泵的整体性能密切相关。随着胶质沥青沉积，加上原油流动时摩擦力增加，使得泵内轴向荷载及径向阻力都随之增大。而转速与泵排量多为线性关系，平方与扬程成正比，立方与功率成正比。所以一旦电动机的输出功率达不到泵实际所需的功率，极易出现断轴、卡死、停机等情况。

此外，密封件也是较为重要的部件，负责驱动轴和吸入轴之间的密封。原油中含有的沥青在密封面内与内部零部件之间的沉积容易引起绝缘油的膨胀，以至于油井流体和电动机润滑油掺杂在一起。此时如果原油粘度较大，沥青将卸压孔堵住，必将导致内部压力失衡，密封件也不能发挥应有的作用。电动机内部易出现真空现象，甚至整个接头都会漏失，最终电动机被烧毁。

3 关于抗稠油电潜泵工艺的改进

3.1 缺陷及技术改良的必要性

从以上分析中可知，抗稠油电潜泵工艺技术的开采效率虽有所提高，但A、B油田的原油埋深较深、粘度大，在电潜泵作业时以产生不利影响，经常会损坏电动机和其他部件。不但阻碍了正常作业的开展，还增加了维修成本。从2011年到2012年，公司的原油总产量并没有明显提高，难以满足越来越多的市场需求，而机械设备维修费用大幅增长，公司很难获利。鉴于此，公司决定对原来的技术进行改良，进一步提高开采效率，以获得更大的经济效益。

3.2 电动机的改进

在A、B油田开采过程中，电潜泵的泵挂深度多在1500m——2400m左右，温度也保持在65℃—72℃。考虑到在胶质沥青的沉积下，电动机易因散热而被烧坏，所以设计使用180℃耐高温电动机，且具有良好的散热性。即便散热条件较差，也能够及时散热稳定运转。而电动机作业时释放的温度还能够降低原有的粘度，以便原油顺利流通。

3.3 平衡器的改进

此次改进采用沉降式和胶囊式相结合而成的复合式平衡装置，包括胶囊、两个沉淀腔、上、中、下放油气孔各两个，以及止推腔几部分。另外还安装有三级机械密封，在抽油时能起到保护的作用。先将电泵机组沉入井底，越来越高的温度会引起电动机油的膨胀，使部分油进入收缩的胶囊；然后启动电动机，随着温度上升，电动机油继续进入胶囊。直至达到一定温度，电动机不再膨胀，保护胶囊的容积完全容纳了由常温到井底温度再到电动机工作温度时膨胀的电动机油；机组停止工作后，温度会逐渐降至井底温度，同时胶囊开始收缩，井液从上接头的连通孔进入胶囊与保护器壳体之间的环形空间；密封件两面的压力平衡，可能会沿离心方向泄漏。

3.4 离心泵的改进

叶导轮宽流道设计及优化泵型：由于粘度的影响会使泵的效率降低是离心泵的固有特性，作为弥补，宽流道设计是较好的选择。以R9、H27两种泵性能比较，都为额定排量100m3/d，前者流道宽度7mm，后者流道宽度4mm，前者是后者的1.7倍，相应的过流面积增加了4.3倍。

叶导轮水利角度的变化：将叶导轮进口及出口角度由32℃提高到38℃，可在相同排量的条件下，降低单级叶导轮功率消耗，客观上表现为摩擦阻力的减小。比较TL-100和TLL-100两种叶导轮，额定排量均为100m3/d，前者额定扬程6.4m，单级功率消耗0.1297KW，后者额定扬程6m，单级功率消耗0.1364KW，单级功率消耗后者是前者的1.2倍。

叶导轮表面耐磨涂层工艺处理：普通叶导轮为镍铸铁精密铸造件，粗糙度肉眼可见，经表面耐磨涂层工艺处理,粗糙度会有所改善，除了防止泵内胶质沥青的沉积，还能减少泵内部件与液体的摩擦阻力，同时也提高了部件的耐磨和耐腐蚀能力。经室内常温试验，泵性能各项指标均可达标。与普通离心泵相比，其抗稠油的能力提高了倍。

4 结束语

作为原油中的重要组成部分，稠油是人来利用的主要资源。但其有着特殊的物理特性，开采难度较大，电潜泵是一种有效的方法，为进一步提高生产效率和生产量，应对其技术做进一步探究。

［1］张海霖，吴玉青，刘海静，王宏杰，周海.抗稠油电潜泵工艺技术与应用[J].石油机械，2004,24（12）：109-110.

［2］潘亿勇.海上稠油油田电潜泵工作的影响因素分析及改进措施[D].油气储运工程，2003.