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电泵井技术管理培训教材 目录 序言潜油电泵结构及组成潜油电泵安装及作业施工潜油电泵的管理 维护及故障处理电泵井管理中的主要技术分析 序言 在中国的油田开发历史上 潜油电泵采油技术的发展是引进 消化 吸收 创新的过程 大庆油田从1981年开始推广应用潜油电泵采油技术 至今历时20余年 全油田从推广初期的70口电泵井发展到目前的近2400口电泵井 无论从生产规模还是技术发展上看都有了长足的进步 在这个过程中 油田公司第一采油厂一直走在潜油电泵技术应用的最前列 是全油田最早应用潜油电泵井的采油厂 也是目前应用潜油电泵井数最多的采油厂 电泵井数达到近800口 占全油田电泵井数的三分之一 从历史和横向的角度看 潜油电泵井采油技术在我厂推广应用的历史最长 生产规模和经济效益最大 是我们厂乃至全油田采油技术领域中的重要组成部分 因此 了解和掌握潜油电泵采油技术对油田生产管理者来说是非常必要和重要的 一 潜油电泵结构及组成 潜油电泵有七个部分组成 潜油电机保护器分离器潜油泵潜油电缆 控制柜和接线盒 与其配套使用的还有小扁电缆护罩 电缆卡子 单流阀 泄油阀等 一 潜油电泵结构及组成1 潜油电机 潜油电泵机组中使用的电机为二极三相鼠笼式异步电动机 该电机在50Hz频率工作时 转速为2850r min 在60Hz频率I作时 转速为3420r min 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受磁力的作用 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 从而将电能转变为机械能 潜油电机工作电压一般为400 2500V 电流一般为30 120A 电机功率与电机长度成正比 但节电机长度最长不大于10m 电机可以串联使用 一 潜油电泵结构及组成2 保护器 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 密封潜油电机轴的动力输出端 防止井液进入潜油电机 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 内设一个推力轴承 承担作用在泵轴 分离器轴和保护器轴向下的轴向力 联接潜油电机轴与泵轴 或分离器轴 连接潜油电机壳体与潜油泵壳体 或分离器壳体 一 潜油电泵结构及组成2 保护器 从保护器工作原理上区分 主要有 沉淀式保护器 连通式保护器和胶囊式保护器三种 目前普遍应用的是胶囊式结构的保护器 这种保护器通过胶囊的弹性变形和单向阀来满足润滑油的体积变化 并且利用胶囊将井液与润滑油隔离开 使两者不会直接相接触 从而保证润滑油不会被污染 胶囊式保护器结构有单胶囊式和双胶囊式两种 大庆油田应用的多数是单胶囊式FSB400型保护器 这种保护器上部为胶囊 下部为沉淀式结构 它有以下特点 1 用胶囊来隔离井液与电机油的 是采用直接隔离的方法 只要胶囊不破损 井液就不能进入电机 2 具有沉淀式保护器的优点 三级机械密封分散安装 改善了机械密封的散热条件 3 依靠胶囊实现电机油的热膨胀呼吸作用 可以减少电机油的漏失 一 潜油电泵结构及组成2 保护器 保护器的工作原理 当机组下入井底后 由于温度升高使电机油膨胀 有部分电机油进入收缩的胶囊 电机启动后温度升高 又有部分电机油进入收缩的胶囊 达到温度最高值时电机油不再膨胀 保护器胶囊的容积完全容纳了由常温到井底温度再到电机工作温度时膨胀的电机油 胶囊不承受压力 当机组停机后 温度降至井底温度 电机油体积变小 胶囊收缩 井液从上接头的连通孔进入胶囊与保护器壳体之间的环型空间 胶囊式保护器的三级机械式密封的两面压力是平衡的 泄露的主向是离心方向 首级机械密封泄露到一定体积 胶囊无法再收缩时 泄露主向发生改变 使从首级机械密封进入胶囊内井液量增大 从首级机械密封进入的井液进入下边第一级沉淀腔 按沉淀式保护器原理进行工作 直至第二级沉淀腔失效 整个保护器就失效了 目前这种保护器在大庆油田应用效果较好 一 潜油电泵结构及组成3 分离器 对于含气电泵井 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 旋转式分离器工作原理 气 液混合物由下接头的吸入口进入分离器后 由抗气蚀性能良好的诱导轮引入到叶轮 由叶轮来提高其扬程和旋转速度 然后由导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进入分离腔 在相同运动条件下 质量愈大 所受到的离心力也愈大 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 上升至分流环时 气体经分流轮中的气体流道被引出分离器 进入套管与油管的环形空间 液体经分流轮中的液体流道被引入潜油泵 从而实现气 液分离 一 潜油电泵结构及组成4 潜油泵 潜油泵是一种多级离心泵 当机组被启动后 潜油电机带动潜油泵轴及轴上叶轮高速旋转 在这一过程中 叶轮中的液体绕流叶片 在绕流运动中液体作用一升力于叶片 反过来叶片以一个与升力大小相等 方向相反的力作用于液体 这个力对液体做功 使液体得到能量而流出叶轮 这时液体的动能与压能均增大 流出叶轮的液体直接进入导壳中的压出室 压出室把这部分液体收集起来 适当降低液体的流动速度 将部分动能转化为压能后 再将这部分液体引入导壳的另一端 吸入室 供下一级叶轮抽吸 这样液体逐级流过泵内所有的叶轮 导壳 每流过一级叶轮 导壳 其压能就提高一次 经逐级压能叠加后 在潜油泵的出口处就获得一定的能量的增值 产生一定的扬程 达到抽送液体的目的 一 潜油电泵结构及组成5 控制柜 电缆及接线盒 潜油电泵的启动和停机 以及运行中的一系列控制 需要专门的控制设备来完成 潜油电泵专用控制柜分为手动 自动两种控制方式 供电电源为交流50Hz 工作电压为400 2500V 额定电流最大为150A 控制柜具有短路保护 单相保护 三相过流保护和欠载停机 延时自动启动功能 通过仪表可随时测量电机运行电压 电流参数 并自动记录电机运行电流 从而使电泵管理人员及时掌握和判断潜油电机的运行状况 控制柜箱体采用薄铁板制成落地式 高 低压部分用绝缘板隔离开 后门用普通螺钉紧固 前门用专用门锁 门上装有电压表 电流记录仪 电机中心控制器及对应的信号指示灯 潜油电泵控斜柜电气部分由主回路 控制回路及测量显示三大部分组成 一 潜油电泵结构及组成5 控制柜 电缆及接线盒 潜油电泵动力电缆是一种用特殊材料绝缘并密封 外加钢带铠装的潜油动力电缆 其功能是将地面的电能输送到井下的潜油电机 结构上主要包括 导体 绝缘层 保护层和钢带铠装 导体主芯线为三芯独根铜线或三芯七股铜绞线 绝缘层是在每根主芯线外部烧结或挤塑绝缘层 它具有很高的介电强度和密封性 护套层在每根主芯线绝缘层的外面再挤塑一层橡胶 或铅 护套 具有耐油 气 水腐蚀 以及耐高温 高压和良好的气密封性 从而有效也防止绝缘层受潮和其它化学媒介的侵蚀 钢带铠装是在三相总包护层外用镀锌钢带 或蒙耐尔合金钢带 进行瓦棱铠臣 将其束缚 以防止起下泵过程中损伤护套和绝缘层 一 潜油电泵结构及组成5 控制柜 电缆及接线盒 接线盒的作用是连接控制柜到井口之间的潜油电泵动力电缆 以排除电缆中的气体 防止油井中的易燃气体进入控制柜 发生火灾或爆炸 因此每口电泵井都必须安装接线盒 接线盒距井口的距离不小于3m 高度不低于0 5m 接线盒到控制柜的电缆应埋地0 2m以下 1 潜油电泵的安装2 潜油电泵井起下泵作业 1 施工生产准备 2 起电泵管柱 3 起电泵机组 4 下电泵管柱 5 地面设备安装及投产 二 潜油电泵安装及作业施工 在电泵井作业施工当中 下泵作业之前需要在井口将潜油电泵机组各个部件进行安装 潜油电泵的现场安装过程必须由专业技术人员来完成 主要包括以下几个步骤 设备摆放及检查 潜油电机安装 电机与电缆安装 保护器安装 分离器和泵安装 单流阀和测压阀安装以及最后电泵井井口的安装 对于一般管理人员来说 需要特别注意的是潜油电机和保护器注油工序的质量 电机部分是从电机尾部注油孔注油 要求摇动注油泵的速度为15r min 直到电机顶部出油 再重复三次 每次间隔5 10分钟 确保电机内腔气体排净 保护器注油要在电机与电缆头连接后进行 要求摇动注油泵的速度为8 15r mim 直至各个放气孔出油无气泡为止 二 潜油电泵安装及作业施工1 潜油电泵的安装 1 施工生产准备安装电缆导向滑轮和电缆绞车 架设电缆滚筒 电缆滚筒应放在距井口15m 25m与作业机中心连线的夹角为35度 50 的位置 导向滑轮悬挂固定于井架腰部 距地面8m 10m处 并与井口 电缆滚筒中心成一直线 安装 调试电泵专用变压器 控制屏和接线盒 复查机组的对地绝缘电组和三相直流电阻 2 起电泵管柱试提管柱 观察井下活门是否密封 油管或套管是否有溢流 起电缆时留出lm长度放在滚筒中心 其余的要求整齐地排列在滚筒上 起油管时 电缆应始终保持对准井口中心 拉电缆的力量要适中 油管的上提速度与电缆滚筒的转动速度一致 其油管时要打好备钳 严防井内管柱转动并保持电缆与井下管柱同步上行 以防电缆堆集 二 潜油电泵安装及作业施工2 潜油电泵井起下泵作业 3 起电泵机组现场检查内容 检查机组外观有无磨损或断裂现象 机组盘轴是否灵活 由电泵机测电机 电缆的对地绝缘电阻和三相直流电阻值 检查花键套 0 型环和铅垫的完整情况 从保护器内腔或外腔 电机头或尾部放油孔处取样 起泵操作时注意防止电缆卡子或小件物体落人井内 将起泵时的异常情况应描述清楚并把机组和资料应及时送检修厂和有关部门 二 潜油电泵安装及作业施工2 潜油电泵井起下泵作业 4 下电泵管柱电泵机组按下井的先后顺序捅杆与扶正器直接连在一起 随尾管下人井内 分离器 保护器 电动机及仪表应连在一起 中间不得加短接 连接机组时 井口应加盖专用隔板 以防小工具及螺丝等掉人井内 将电缆头与机组连好 其电缆通过机组部分 外面加护罩保护 保护器和泵侧面的扁电缆及电缆护罩要与轴线平行 扁电缆不允许有弯曲或绕在油管上的现象 扁电缆护罩要卡紧 表面要平整光滑 不得有凹痕 以防损伤电缆 电缆要置于导槽中 打电缆卡子时 卡子要穿过护罩槽孔 然后固定在泵体 并和保护器及泵的外壳相平行 下油管时电缆应始终保持对准井口中心 拉电缆的力量要适中 油管的上提速度与电缆滚筒的转动速度一致 每根油管上打两个卡子 其位置应在油管接箍上下0 2m 0 3m处 二 潜油电泵安装及作业施工2 潜油电泵井起下泵作业 5 地面设备安装及投产电泵井投产前应按标准安检查安装好变压器 控制柜 接线盒和地面电缆 检测电泵机组直流电阻和绝缘电阻 直流电阻要求不平衡度500M 一般情况下 投产时憋泵油压可以达到6MPa以上 开井投产待机组工作电流稳定以后在控制柜对机组过欠载整定值进行调整 整定的原则是 过载调整按机组额定电流的1 2 1 25倍整定 过载动作时间2s 5s 欠载调整按机组运行电流的0 8倍整定 欠载动作时间5s 10s 二 潜油电泵安装及作业施工2 潜油电泵井起下泵作业 潜油电泵井的管理1 地面设备检查部位及内容2 电泵井投产后一般的管理要求3 电泵井资料录取4 电泵井清蜡潜油电泵运行电流卡片分析及故障处理1 正常运行的电流卡片2 泵在受气体影响的井中运行的电流卡片3 欠电流停泵的电流卡片4 过载停机的电流卡片5 泵在有杂质的井液中运行电流卡片 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 电泵井投产成功以后就移交给采油队 进入正常管理阶段 一口电泵井管理的好坏 不但影响着原油产量 也直接影响着电泵机组的运转周期 因此 必须制定出切实可行的规章制度 加强日常管理 加强电泵机组的维护和故障处理 才能提高电泵机组的使用寿命 增加原油产量 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 1 地面设备检查部位及内容变压器的检查 1 变压器声音是否正常 有无异常声响 2 油位 油色是否正常 有无渗漏现象 如果变压器缺油应及时上报并补加合格变压器油 3 检查高压隔离开关接触是否良好 刀片吃入深度应大于80 控制柜的检查 1 运行中要注意检查接触器吸合是否稳定 接触器部分应由采油队电工或专业电泵管理人员检查 及振动噪音情况 2 电流记录仪走时是否准确 卡片上的电流值与仪表量程是否相符合 接线盒检查 接线盒是否漏雨水或积雪 若有应及时处理 井口检查 1 井口放气阀 油压表 套压表 回压表是否齐全好用 2 闸门开关是否灵活 有无渗漏 锈蚀现象 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 一 潜油电泵井的管理 2 电泵井投产后一般的管理要求电泵井的正常启停机组由值班采油工进行操作 发生故障时必须由持有 电泵操作证 的专业人员进行处理 电泵机组投入正常运行后 要注意更换电流卡片 投产前或各种原因停机时应随时进行电流记录仪零位校正 以便以保证记录的准确性 对于正常运行的电泵井 电流记录仪的走纸速度调到168h r 一周 圈 对于作业开井或异常后需要核实的电泵井则调至24h r 一天 圈 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 一 潜油电泵井的管理 2 电泵井投产后一般的管理要求另外 电流卡片上应按照规定填写机组的相关数据和信息 并且每口电泵井在现场都应设有运转记录卡片 写明井号 电泵机组生产厂家及型号 扬程 排量 额定功率 额定电压 额定电流 泵挂深度 施工日期和投产时间等信息 以便管理人员及时了解掌握 电泵井要根据油井结蜡情况适当制定清蜡措施 对于机械清蜡的井 就要制订一个切合实际的清蜡周期 并且在清蜡设备和人员上加强管理 3 电泵井资料录取按照现行的油田公司或厂的有关部门要求的油井资料录取规定来进行电泵井的常规资料录取 对于各种异常井和措施开井后需要加密录取资料的 应该服从上级管理部门的要求 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 一 潜油电泵井的管理 4 电泵井清蜡目前油田上电泵井清蜡措施主要还是依靠机械清蜡方式 即机械刮蜡片清蜡 实施电泵井清蜡操作的人员必须按照有关刮蜡片清蜡操作规程施工 电泵井投产后根据单井具体情况 合理制定清蜡周期 刮蜡片下放深度严格控制在测压阀以上50米 电泵井投产后一周内进行一次清蜡通井 下刮蜡片的速度一般为50m min 用于 62mm普通油管的刮蜡片 上端直径为59 5mm 下端直径为60 5mm 清蜡操作应保证质量 做到起下顺利 不带硬蜡 不顶钻和不堵井筒 严防各类清蜡事故 并且清蜡后要建立相关的电泵井清蜡资料台帐 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 一 潜油电泵井的管理 1 正常运行的电流卡片如图所示为潜油电泵正常运行情况下的电流卡片 在这种情况下 电流记录仪所画出的是一条光滑对称的曲线 其电流值等于或接近电机的额定电流值 这说明潜油电泵的选择和设计是合理的 设计功率和实际功率基本相等 潜油电泵实际的运转也可能产生一条类似的曲线 记录的电流值略高或低于电机的额定电流值 但只要此曲线是对称的 波动范围在规定值内 并且天天始终一致 则运转也属于正常 卡片出现的任何一种较大的变化 都表明油井的生产条件发生了变化 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 二 潜油电泵运行电流卡片分析及故障处理 2 泵在受气体影响的井中运行的电流卡片如图所示为泵在含气井中运行的电流卡片 此电流卡片说明 潜油电泵的选择基本符合要求 但是井中含有大量或一定量的气体 电流波动是由于原油脱气进泵所引起的 这种情况将会降低总的产量 另外这种情况也可能是由于泵内的液体被气体乳化所引起的 曲线的低值表示乳化液进入泵叶轮的一瞬间 这种乳化液还不致于影响叶轮的正常工作 只是降低了泵效 对于气体影响严重的井 目前还没有很好的办法来消除气体对潜油泵的影响 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 二 潜油电泵运行电流卡片分析及故障处理 3 欠电流停泵的电流卡片图为欠电流停泵的电流卡片 此电流卡片表示当泵启动后 运行了一段时间后 因欠电流而停机 再次启动机组后 仍然欠电流停机 这种情况一般是由于井液密度过低或产量过少所造成 不足以使机组运行电流值高于欠载电流整定值以上而导致机组欠载停机 第二是由于延时再启动系统或欠载保护装置损坏所引起的 第三是由于泵轴断或花键套脱离所引起的 对于第一种原因需要重新进行选泵更换合适的机组 第二种原因可由电泵井专业管理人员进行处理 第三种情况就需要起井检查更换机组 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 二 潜油电泵运行电流卡片分析及故障处理 4 过载停机的电流卡片如图所示为正常过载停机的电流卡片 机组在电流低于额定电流的情况下启动 启动后电流逐渐恢复到额定值并且正常运行 随着时间的延长 电流逐渐增加 或突然上升 最后达到过载电流整定值 机组就过载停机 出现这种现象时应检查过载原因 通过分析过载前的电流卡片形状 以及现场核实电系统的直流绝缘和对地绝缘数值 综合判断机组过载是由于井液中的砂粒等杂质造成卡泵后过载 还是电机扫膛原因或电缆绝缘下降原因造成的过载 对砂卡井应采取机组反转或洗井等方式处理 而对于由电系统造成的过载则需要在提高过载整定值的前提下试验性的启机 如果还能保持低绝缘 高运转电流下的稳定运行 就应当全力坚持不停机运行的生产管理方式 尽量延长机组寿命直到烧毁 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 二 潜油电泵运行电流卡片分析及故障处理 5 泵在有杂质的井液中运行电流卡片如图所示为泵在含有杂质的井液中运行的电流卡片 这种电流卡片表明了井液中含有松散的泥砂或碎屑 在电泵井的管理中 这种现象并不常见 三 潜油电泵的管理 维护及故障处理 二 潜油电泵运行电流卡片分析及故障处理 电泵井整定套压合理放气利用实测流压折算电泵井动液面与沉没度减少停机次数是延长检泵周期的有效手段潜油泵的特性曲线 四 电泵井管理中的主要技术分析 在潜油电泵工作处于高含气环境时 由于分离器对含气液体脱气的能力限制 往往存在井液气体进入离心泵后对泵效的影响 因此 合理放气对于电泵井生产管理是非常重要的 相对于自喷生产井 机械抽油井井底流动压力大幅度下降 在饱和压力以下 原油在井底甚至在油层内部就开始脱气 这使得井液中含有大量的游离气体 对于潜油电泵井而言 将导致进入多级离心泵的气体体积也大量增加 潜油电泵是一种多级离心泵 在运转过程中 如果井液中含有大量的游离气 将会严重影响潜油电泵的工作特性 扬程 排量及泵效会下降 若游离气体过多 叶轮流道的大部分空间被气体占据 将使离心泵停止排液 在实际使用情况和现场实验来看 气量过大 电泵工作不正常 排量下降甚至暂时无液量 地面所记录的电流波动很大 机组严重欠载 典型的电流曲线表现出持续的波峰与波谷 四 电泵井管理中的主要技术分析1 电泵井整定套压合理放气 套管环空内的结构 井液的性质 局部温度的变化等等因素可能都会影响井液中气体含量的实际情况 套压的整定显然不能只根据理论计算出的一个唯一的标准值来整定 如果让电泵井液面处于适当的位置 使得泵吸入口处的气液达到比较理想的值 就可以降低气体对电泵井离心泵的影响 此时 泵吸入口的井液密度比较大 泵的实际排量提高 电泵井的产量也就随着提高 具体实施上在保证供液水平的前提下可以适当憋套压达到这个目的 在实际的电泵井生产运行过程当中 整定套压是非常必要的 具体单井具体整定是个基本的原则 由于油田开发地面地下的实际情况比较复杂 单井的地层压力 流压 饱和压力 溶解油汽比以及产液量 含水等具体情况差异较大 所以不适宜规定统一的套压整定标准 每当生产形势有所变化 波及到的单井在套压整定上也必然要相应变化 四 电泵井管理中的主要技术分析1 电泵井整定套压合理放气 电泵井套压整定的标准应该紧密结合现场试验 压力与产量及电流特征的变化是判断套压是否合理的依据 应该树立以下原则 1 具体单井具体整定2 结合现场试验 在实际整定过程当中 首先测量并记目前生产状况下的套压值与产液量 然后通过控制套压放气阀将套压向上整定 一般上浮0 1到0 3兆帕为宜 稳定生产1天后 在套压稳定的情况下测量与该套压相对应的产液量并记录 并按同一方法继续取3到5个相对应的套压值和产液量值 取全向上整定的套压值后 再回到一开始时的套压值状态向下整定套压值并取得相应的数据 这样 可以根据测量的数据得出套压值与产液量值关系的曲线 根据单井的套压 产量曲线 就可以选定一个最理想的套压值作为该井的套压整定值 四 电泵井管理中的主要技术分析1 电泵井整定套压合理放气 潜油电泵是重要的机械采油设备 对这类井来说 动液面与沉没度是重要的生产参数和管理指标 系统效率 白米吨液耗电 举升高度等 也是衡量产能 设备匹配和机组运行工况依据 确定动液面和沉没度常用方法是双声道测试仪实测 但是这种方法 对在油套环空间形成泡沫段或死油段的井测试结果误差太大 而油套环空间存在死油段更影响其准确度 为了解决这个问题 可以利用实测流压折算工业面和沉没度的方法 具体公式如下 四 电泵井管理中的主要技术分析2 利用实测流压折算电泵井动液面与沉没度 1 油井油套环空间至油层中部压力关系为 PL Pt Pg Py公式中 PL实测压力MpaPt套压MpaPg气段压力MpPy泡沫段所产生的压力Mp气体密度很小 气柱段形成压力可忽略 PL Pt Py 2 油井生产情况下井液密度确定 y w o 1 w 公式中 y生产情况下井液密度 o油田静化油密度 大庆油田取0