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1、潜油电泵采油技术,重庆科技学院石油工程学院制作,重庆科技学院石油工程学院制作,第2页,电潜泵采油它具有排量扬程范围大、功率大、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、机组工作寿命长、管理方便、经济效益显著的特点。,电潜泵采油,重庆科技学院石油工程学院制作,第3页,电潜泵管柱工作示意图,表述电潜泵性能的主要参数有：额定排量Q、额定扬程（压头）H、额定轴功率P、额定效率、额定转速n等参数。电潜泵的额定排量和效率取决于泵型，额定扬程决定于泵型和级数，额定轴功率由额定排量和扬程确定，额定转速取决于电机结构。,重庆科技学院石油工程学院制作,第4页,潜油电泵工作原理,潜油电泵采油原理是潜油电泵机组下入油井
2、内一定深度，在一定的沉没压力下，电动机带动离心泵高速旋转；与此同时，井内油流经过分离器分离出部分游离的气体后，进入多级离心泵，油流在多级离心泵多级增压形成足够的压头，并被举升至地面。,重庆科技学院石油工程学院制作,第5页,一、潜油电泵的结构组成,潜油电泵系统由三部分组成：潜油电泵机组、地面电气设备和动力电缆。潜油电泵的全称为沉没式潜油电动离心泵，简称潜油电泵或电潜泵，英语中简称 ESP（即 ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP的缩写），它是一种无杆式抽油泵，主要由电动机、保护器、分离器、和离心泵四个部件组成。,重庆科技学院石油工程学院制作,第6页,潜油电泵组成,电潜泵井下系统
3、主要由电机、潜油泵、保护器、分离器、测压装置（PSIPHD）、动力电缆、单流阀、泄油阀、扶正器等组成。,重庆科技学院石油工程学院制作,第7页,1电机,电潜泵电机又叫潜油电机，它是电潜泵机组的原动机，一般位于最下端。它是三相鼠笼异步电机，把电能转变成机械能。它与普通电机相比，具有以下特点：机身细长，一般直径160mm以下，长度510m，；转轴为空心，便于循环冷却电机；启动转矩大，0.3s即可达到额定转速；电机内腔充满电机油以隔绝井液和便于散热；有专门的井液与电机油的隔离密封装置保护器。,重庆科技学院石油工程学院制作,第8页,电机系统组成及作用,潜油电机为立式悬挂结构，主要由定子、转子、止推轴承、
4、扶正轴承、电机头、下接头等组成。潜油电机为密闭式，腔内充满高纯度、高介电强度的矿物油，它在电机内起润滑、绝缘和传递热量的作用。1）定子 定子的功能是产生旋转磁场，将电能转变成磁能，主要包括定子铁芯、黄铜夹段和定子绕组等。,重庆科技学院石油工程学院制作,第9页,潜油电机的结构图,重庆科技学院石油工程学院制作,第10页,潜油电机结构示意图,重庆科技学院石油工程学院制作,第11页,潜油电机-循环冷却系统,4）循环冷却系统 潜油电机冷却系统由润滑叶轮、滤网、定子油道、油孔和空心电机轴及电机油等组成，带走电机定子和转子在交流和涡流作用下产生的热量，达到冷却电机和保护绝缘材料的作用，延长电机寿命。,重庆科
5、技学院石油工程学院制作,第12页,潜油电机的工作原理,潜油电机工作原理：当三相交流电通过电缆输送到电机定子绕组时，流入电机的电流在气隙内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电导体在磁场内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电导体在磁场内受磁力作用，转子就会跟着磁场旋转，如果电机轴端带有机械负载，电机就输出机械功率，从而将电能转化为机械能。,重庆科技学院石油工程学院制作,第13页,2.潜油泵,电潜泵具有以下特点：直径小，排量范围大，外径一般为85.5102mm，排量范围可达308000m3d；级数多，长度长，扬程范围宽，扬程
6、一般在1504500m；泵吸口有气体分离，防止气蚀和提高泵效。,重庆科技学院石油工程学院制作,第14页,潜油泵 结构组成,潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成；转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧。电潜泵每级就是一个离心泵。潜油泵按叶轮是否固定分为浮动式、半浮动式和固定式三种。,重庆科技学院石油工程学院制作,第15页,潜油泵,l）叶轮 叶轮是电潜泵的核心部分，它是将机械能转变成生产流体压能的关键部件，液体通过叶轮时，液体的压能和动能都得到增加。,重庆科技学院石油工程学院制作,第16页,潜油泵,2）导轮 导轮是泵的固定部分，它一方面将动能转变成压
7、能和降低速度减小摩阻损失；一方面改变流向，将流体导人下一级叶轮人口。,重庆科技学院石油工程学院制作,第17页,3.油气分离器,对于含气电泵井而言，井液在进入潜油泵之前，要先通过油气分离器进行气、液分离，以减少气体对潜油泵工作性能的影响。其作用：一是作为多级离心泵的吸入口通道；二是将游离气从井液中分离出来，减少气体对离心泵的影响，提高泵效，保证离心泵正常工作。,重庆科技学院石油工程学院制作,第18页,油气分离器的结构原理图,位于潜油泵的下端，是泵的入口，其作用是将油井生产流体中的自由气分离出来，以减少气体对泵的排量、扬程和效率等特性参数的影响，和避免气蚀发生。按不同的工作原理，可将其分为沉降式（
8、重力式）和旋转式（离心式）两种。,重庆科技学院石油工程学院制作,第19页,油气分离器原理,气、液混合物进入分离器后，由叶轮来提高其扬程和旋转速度，然后由倒流轮再进一步提高其旋转速度，使气、液混合物在高速旋转的条件下，质量越大，所受到的离心力也越大。这样，质量较大的液体被甩到分离腔的外缘，而气体则被外缘的液体挤向分离腔中部，两者均呈螺旋上升。从而实现气、液分离。,重庆科技学院石油工程学院制作,第20页,4.保护器,保护器又叫潜油电机保护器，是电潜泵所特有的。其位于电机与气体分离器之间，上端与分离器相连，下端与电机相连，起保护电机作用。,重庆科技学院石油工程学院制作,第21页,保护器结构图,各类保
9、护器腔体内的呼吸通道都是多级迷宫式结构。电机内腔压力与井液压力相差很小，基本处于平衡状态。起到密封作用。,重庆科技学院石油工程学院制作,第22页,保护器的作用,保护器主要是保护潜油电机的，最终目的是阻止井液进入潜油电机，避免烧毁潜油电机。保护器在潜油电泵机组中主要有以下四个作用：（1）密封潜油电机轴的动力输出端，防止井液进入潜油电机。（2）保护器的充油腔体与油井相连通，从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差。当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时，润滑油可通过保护器溢出；当潜油电机因停机温度下降时，保护器可向潜.油电机补充润滑油。（3）内设一个推力轴承，承担作用在泵轴、分离器轴和保护
10、器轴向下的轴向力。（4）连接潜油电机轴与泵轴（或分离器轴），连接潜油电机壳体（或分离器壳体）。,重庆科技学院石油工程学院制作,第23页,保护器的呼吸过程,在使用时，保护器各级腔体内都注满电机油。待下入井中后，电动机、保护器的环境温度逐步升高，其内的电机油便逐步膨胀，于是保护器腔体内多余的电机油便由保护器呼吸孔溢入井筒中。当电动机工作时，电动机和保护器的工作温度大幅度上升，于是电动机停机后，其温度逐渐下降，其内的电机油也逐渐收缩，其电机油空缺部分由保护器内的电机油回流来补充；而保护器内电机油的空缺则由井液通过呼吸孔流入填充，但由于保护器腔体的特殊构造，回流井液开始只限制在特定的腔体内。再开机时，
11、电动机、保护器的工作温度再次升高，这时电动机腔体因膨胀而多出的电机油又排入保护器，保护器则先将井液排出，其中也会排出少量的电机油，直到电动机、保护器工作温度趋于稳定后，保护器停止呼吸、保护器的每次呼吸与电动机、保护器开停前后的温度成正比。,重庆科技学院石油工程学院制作,第24页,6.动力电缆,动力电缆是电机与地面控制系统相联系传送电力纽带和测压信号的通道，工作于油套管之间。分为小扁电缆、大扁电缆和圆电缆。按温度等级可以分为90、120、150等3个等级，,重庆科技学院石油工程学院制作,第25页,7.单流阀,其作用主要是：保护足够高的回压，使得泵在启动后能很快在额定点工作；防止停泵以上流体回落引
12、起机组反转脱扣；便于生产管柱验封。一般安装在泵出口12跟油管处，采用标准油管扣于上下油管连接。,重庆科技学院石油工程学院制作,第26页,8.泄油阀,泄油阀一般安装在单流阀以上12跟油管处，它是检泵作业上提管柱时油管内流体的排放口，以减轻修井机符合和防止井液污染平台甲板和环境。,重庆科技学院石油工程学院制作,第27页,9.辅助工具,扶正器扶正器主要用于斜井，位于电机尾部，使电机居中，使得电机外部过流均匀，散热环境好，防止电机局部高温而损坏。,重庆科技学院石油工程学院制作,第28页,二、地面系统组成及作用,电潜泵采油系统的地面部分由配电盘、变压器、控制柜或变频器。接线盒和采油树井口组成，。1.变压
13、器 有两种变压器系统，一种是一台变压器对一台电潜泵供电的单一变压器，一种是一台变压器对多台电潜泵供电的公用变压器。,重庆科技学院石油工程学院制作,第29页,2.控制柜,潜油泵控制柜是一种专门用于电潜泵启停、运行参数监测和电机保护的控制设备，分手动和自动两种方式。具有短路保护、三相过载保护、单相保护、欠载停机保护延时再启动。,重庆科技学院石油工程学院制作,第30页,3.变频器,变频器是电潜泵采油系统的一种新型控制设备。用于电潜泵采油系统的变频器有两种，一种是恒压源的，一种是恒流源（常称PWM）的。恒流源变频器输出的电流特性比恒压源好。具有以下几大特点：输出频率可在3090Hz范围内连续变化，使得
14、电机的转速17005130rmin内变化，泵排量变化范围是额定排量的0.61.8倍，扬程范围为0.363.24倍；可以在810Hz频率下启动电机，达到恒转矩软启动的目的，启动电流只有额定电流的11.5倍，大大减少了电机启动时的电流和机械冲击，利于延长电机寿命；,重庆科技学院石油工程学院制作,第31页,辅助部分,接线盒接线盒是电潜泵井下电缆与地面电缆之间的过渡连接装置，其作用是排放通过电缆保护套渗到地面的天然气，防止天然气沿电缆进人控制柜而发生爆炸。火灾等不安全事故；另一个作用是方便地面接线工作。它必须安放在通风良好、空气干燥的环境，必须具有防滴、防渗和气体排放等功能。,重庆科技学院石油工程学院
15、制作,第32页,电潜泵洗井管汇,2洗井管汇及流程 对于电潜泵井来说，检泵作业是必然的，必须配备压井和洗井作业设备和流程，要求管线压力等级必须满足洗井压力等级的需要，视油井深度和油层压力而定。,一般油田的洗井流程和管汇是固定的，为了节约投资，部分油田采用临时洗井管线。,重庆科技学院石油工程学院制作,第33页,5.电潜泵故障诊断与排除,(1)电机及保护器故障诊断与处理 电机损坏分电气损坏、电机轴断和机械磨损等情况。电气损坏故障表现十分明显，通常是控制柜过载停机，电流卡片上的电流突然上升后又突然掉下来（如图）三相对地绝缘电阻为零，直阻很不平衡，只能通过检泵作业恢复生产。,电机电气损坏电流卡片,重庆科
16、技学院石油工程学院制作,第34页,机械磨损故障表现为控制柜显示过载停机，机组电气性能良好，电流卡片（如图）显示为电流逐渐上升，停机冷却一段时间后又能重新开机生产运行较长时间，但每次的运行时间间隔逐渐缩短，可以等待适当时机进行检泵作业。电机机械磨损实际上是轴承磨损，与泵、保护器的轴承磨损一致，很难区分开来。发生电机轴断故障时，通常表现为井口无产液，无油压，运行电流低于电机空载电流，电流卡片不光滑，控制柜显示欠载停机，机组电气性能检测时一切正常。,电机磨损电流卡片,重庆科技学院石油工程学院制作,第35页,(2)电缆故障诊断与排除,当电缆发生故障时，一般表现为地面控制柜过载停机，有时配电盘也跳闸，电
17、流卡片上的电流曲线突然上升，与电机电气损坏相似，进行机组电气性能检测时，三相对地绝缘电阻为零，电阻平衡。电缆损坏常有两种情况：一种是在井口或油管挂处损坏，表现为直阻不超过l，一种是远离井口，直阻为23（视井深而定），具体损坏处可以根据每米电缆的阻值进行测算得出。对于在井口损坏情况，可以采取重新接缆来解决；如果在采油树帽以下到几根油管处，可以采取上提油管重新接缆来处理；如果损坏深度较深，则必须检泵作业。,重庆科技学院石油工程学院制作,第36页,(3)电泵故障诊断与处理,在油田现场实际生产中，电泵故障主要是叶轮磨损、断轴、窜轴、轴承磨损等现象。泵叶轮磨损时表现为产量和油压逐渐降低，运行电流逐渐变小
18、，电流卡片比较光滑（如图），也可能出现欠载停机，进行正挤憋压时压力很快升高。发生这种故障时可以继续生产以等待作业换泵。这种故障发生在机组连续运行时间很长、油井轻微出砂或井液有腐蚀情况。泵轴断出现的几率很小，往往是由于油特别稠或油井出砂严重。,电泵叶轮磨损电流卡片,重庆科技学院石油工程学院制作,第37页,对于新防砂完井后就下电泵生产的井，可能是由于完井作业后充填砂为冲洗干净所致，可以采取以下措施解决：上调过载设定值，停机进行反冲洗，调大油嘴。对于电泵试油勘探井，一方面可能是由于油井出砂引起，需要采取洗井和防砂处理后才能重新进行电潜泵试油；一方面可能是由于钻/完井的泥浆为冲洗干净，井液密度过大引起
19、过载停机（如图），这时，可采取洗井措施后就可解决。,井液含有泥浆的电流卡片,重庆科技学院石油工程学院制作,第38页,(4)井液引起的故障与排除,井液引起的故障可能发生在井液含有砂泥等机械杂质井、电泵试油勘探井、新防砂完井下电泵生产的井中，表现是运行电流高，有波动（如图），当超过过载设定值时发生过载停机故障，油嘴还有堵塞的可能。,井液含有砂泥等机械杂质的电流卡片,重庆科技学院石油工程学院制作,第39页,(5)管气引起的故障诊断与排除,油井供液不足时，引起油井液面很低接近泵吸人口，套管环空内的气体进人电泵内导致欠载停泵（如图）。处理办法有几种：将套压控制在很低水平，并调低欠载设定值。采用间歇生产，
20、在等待液面恢复后再开泵生产，可以采取人工方式，也可以实行控制柜自动启泵方式。在调低欠载设定值的同时，缩小油嘴。如果泵挂较浅，可以通过作业加深泵挂深度。检泵作业更换与油井相匹配的小泵。对油层进行酸化、压裂、有机解堵等增产措施。有的井还可以打开未开采层位生产，以补充液源。,油井供液不足的电流卡片,油井供液不足间抽时的电流卡片,重庆科技学院石油工程学院制作,第40页,(6)管柱漏失判断与处理 当管柱发生漏失时，会出现油压下降，产量下降，对于新检泵作业的井产量达不到检泵作业前的产量，进行憋泵和正挤憋压试验时，油压起不来。对于带有泄油阀管柱的井，往往是泄油销被砸断或冲蚀引起。发生这种情况时，只有检泵作业
21、才能恢复生产。对于“Y”管柱和带测压阀的井，可能是它们的堵塞器密封失效引起，可以通过更换堵塞器盘根来恢复生产。(7)机组匹配不合理引起的故障判断与处理 如果电泵机组匹配不合理，也可能引起故障，一种是“大马拉小车”，一种是“小马拉大车”。“大马拉小车”时，一般不会引起事故，但当电机余量太大时，可能发生欠载。“小马拉大车”时，一般会出现运行电流高于额定电流，严重时会出现启动困难和机组烧毁现象。当出现这些情况时，只能等待适当时机进行检泵作业以更换合适的电泵机组。,重庆科技学院石油工程学院制作,第41页,P2PWf,假设流压：P2 Pwf 90,80,70,60,油流因沿程阻力 而消耗能量,油层,套管,油管,P1 P2，即 PWS Pwf（生产时）式中：Pws-地层静压 Pwf-地层流压,炮眼,油井生产时地层能量损失,J,q,Pws pwf,动液面,电泵机组总成,静液面,地层压力在流入井筒的过程中不断消耗能量，到达井筒时变为流压Pwf,动力电缆,
