非常规井的潜水泵应用

岳胜军

关键词：非常规井、螺杆泵、电力潜水螺杆泵

前 言：为了使非常规气井减少静液压力并释放生产天然气，不同的人工举升技术已经使用了数十年。在最新的技术里便是利用螺杆泵（PCP）技术的电力潜水泵（ESP），人们熟悉的电力潜水螺杆泵（ESPCP）。緊耦合一个螺杆泵和一个水下电力马达使得这些原件可以更安静地运行，高效的抽吸和更长时间的运作。并且由于它具有较低的地面结构，潜水泵适用于居民区附近的天然气生产和其他需要美学和宁静地运行作为先决条件的位置。

因为煤层在水平面以下较深位置，通常在大于2000英尺的深度以下，所以非常规气井的生产就变得更加困难。常规的离心水井泵和标准油田电潜泵被限制在每天250桶的特定的流量或者更少。

为了克服以上问题，一些操作者超速运行一个离心泵，这需要开始和停止循环，为了避免过度抽吸。此项操作是低效的并且缩短了泵和马达的寿命。并且，大多数离心泵是在此范围内运行时，具有很小的流量通道容易造成堵塞。一个不同类型的泵需要在这些深低井中高效运行。电力潜水螺杆泵适应这项需求，它结合了电潜泵和螺杆泵的优点。

1.螺杆泵系统：

一个螺杆泵在转子转动时，它通过推进液体通过一系列固定形状但不连续的腔体来传递液体。这样导致容积流速直接正比于旋转速率，并且减小了在泵流体上的剪切作用。这些独特的泵腔是向末端锥形变小并且在轴向上与相邻腔室相重叠，所以在任一给定时刻，多个腔室打开并释放流体。这就使得流体平滑地流动，不存在间歇性脉冲式动作。

因为转子良好地密封在腔壁内，所以螺杆泵可以在重要深度处有效地降低流速。缺乏剪切作用的泵对包含压裂沙、煤粉或者更大的颗粒的流体有好的传输效果，尤其实在煤层气脱水中的应用。

尤其是在针对不同程度的气体和不同流速时，螺杆泵可以更加轻松地顺利、统一的操控它们。此外，高泵效使得适度的低流速就能提供所需能量。富兰克林（Franklin Electric）已经发现对于电力潜水螺杆泵系统的能级，即使在低至600瓦到3千瓦时，也可以维持在深度900英尺到1300英尺深度时举升到希望的水平面位置所需的能量。

螺杆泵系统传统上使用地面马达和一个长的驱动杆，但是这可能增加问题。这个马达是嘈杂的并且如果在居民区附近使用时，它经常被认为是可见的争论源。如果这口井有水平设计，那么驱动杆的处理需要机械支持，例如衬套和轴承来连接井眼轨迹中的曲线部分。这些部分将磨损，增加运行成本。

2.潜水螺杆泵系统：

一个更好的处理办法就是利用潜水螺杆泵直接连接马达和泵。对于这样紧密的结合有许多优点。不涉及到变速箱，消除了可靠性问题的来源。从起初控制的变化上，泵也能更加迅速地反应。

利用上部马达，从传动杆经数千英尺长的距离传输的扭矩，会导致在马达转速与泵速上出现延迟。通过把马达与泵放在井底，泵内的改变能立即在马达内检测到。

放置马达在井底的另一个优点是，使得重载荷检查阀放置在原件顶部，当阀门关闭时，阻止碎片沉入泵内。当马达再一次开始工作时，所选择的螺杆泵和油管的直径应满足，允许高效流速和沉到检查阀上的沙子返出地面。对于传统的由地面马达通过传动杆驱动的螺杆泵，需要拉出泵来清除碎片，因此增加了运营成本和非生产时间。

由于平稳的开关泵的操作，阻止碎片沉积、马达和泵的紧密结合使得在井内严格地控制水平面水平成为可能。地面的控制单元通过电力连接地下泵和马达，并且一个井底液面传感器被安装在井内和控制单元相连接。由于取消了传动杆就减小了管的尺寸和减少了振动，所以安装这个传感器变得更加容易和更加稳定。

电力潜水螺杆泵需要一个泵的控制系统，这就包括一个可变的驱动频率来控制马达速度和一个可以给安装员和操作员提供调试所需的泵参数的图形用户界面（GUI）。这个图形用户界面是基于网络的，它和设备相独立且使用通用的术语。这个界面屏幕是高直觉性的，允许实际泵上的每个部分都可以被调试，以达到最高效率运行，同时检测生产重要参数，例如：气体浓度。

3.总结：

第十四代电力潜水螺杆泵系统应用在中型能源公司，主要在美国西北部的低产非常规气井的再开发中使用，其下放深度达到3300英尺深。这个系统代替了原先的电潜泵，电潜泵的马达和泵经常受沙子、煤粉、石蜡和结盐的影响而堵塞或频繁的关闭。第一个电力潜水螺杆泵已经安装并运行了16个月，至今没有被堵塞，同时从该井再产出的甲烷速率已达到两倍。

参考文献：

[1]Don Brown. Technology Update[J]. Journal of Petroleum Technology， 2014： 36.