(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)①

20世紀(jì)90年代，英國(guó)克萊德泵業(yè)公司針對(duì)普通電潛泵采油在高含氣、高井溫、稠油、產(chǎn)液變化大等情況下的不足之處，開始研制水力潛油泵。這種新型泵通過地面動(dòng)力液增壓泵及注入泵向井下注入動(dòng)力液，帶動(dòng)渦輪旋，從而帶動(dòng)井下離心泵旋轉(zhuǎn)，將井下液體通過油管舉升到井上。

水力潛油泵具有較大的排量范圍，最高可達(dá)14 000 m3/d，完全可以滿足海上大排量開采需求；泵的長(zhǎng)度較小，約為電潛泵長(zhǎng)度的1/3，對(duì)于復(fù)雜井況的開采具有較強(qiáng)適應(yīng)性；泵的使用壽命較長(zhǎng)，約為電潛泵的3倍，可以大幅減少檢泵作業(yè)成本。

目前該種泵型在我國(guó)還沒有使用，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)較少[1-10]。但是，隨著水力潛油泵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加快，該泵在國(guó)內(nèi)海上平臺(tái)上將具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 水力潛油泵系統(tǒng)及工作原理

水力潛油泵的工作形式有開環(huán)和閉環(huán)2種，如圖1～2所示。

圖1 水力潛油泵開環(huán)工作形式

圖2 水力潛油泵閉環(huán)工作形式

開環(huán)是動(dòng)力液與油藏流體在油管中混合舉升到井口，混合返液通過井上分離器進(jìn)行分離；閉環(huán)是動(dòng)力液和油藏流體各形成一套循環(huán)管路，動(dòng)力液和油藏流體互不影響。本文以開環(huán)為例進(jìn)行闡述。

水力潛油泵系統(tǒng)由井上和井下2部分組成，如圖3所示。井上部分包括地面管線、分離器、過濾器、動(dòng)力液增壓及注入泵等。井下部分包括封隔器、油管、渦輪、離心泵等。

圖3 水力潛油泵系統(tǒng)示意

水力潛油泵運(yùn)行時(shí)是通過井上動(dòng)力液增壓及注入泵將一定壓力的動(dòng)力液通過地面管路注入到油套環(huán)空中，動(dòng)力液可以注入到一口井中，也可以注入到多口井中，實(shí)現(xiàn)多口井的同時(shí)生產(chǎn)。動(dòng)力液通過油套環(huán)空進(jìn)入渦輪中，驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，繼而帶動(dòng)同一根軸上的離心泵高速旋轉(zhuǎn)。離心泵吸入油藏流體，油藏流體從離心泵上端排出，動(dòng)力液從渦輪下端排出，混合后通過油管舉升到井上，混合液進(jìn)入到井上的分離罐進(jìn)行分離，分離出的動(dòng)力液進(jìn)入過濾器過濾后，通過井上地面增壓及注入泵注入井下，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。分離出的產(chǎn)出液經(jīng)地面管路進(jìn)入處理系統(tǒng)。

水力潛油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，動(dòng)力液進(jìn)入平衡室后，一部分動(dòng)力液用于渦輪的平衡，大部分動(dòng)力液進(jìn)入渦輪并帶動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，這部分動(dòng)力液中的大部分會(huì)進(jìn)入集流環(huán)與產(chǎn)出液混合，但有小部分動(dòng)力液進(jìn)入到泵軸承和泵平衡鼓中。渦輪平衡鼓受到向上的力，與渦輪產(chǎn)生的向下軸向力平衡，泵平衡鼓受到向上的力與泵產(chǎn)生的向下推力平衡，使泵平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖4 水力潛油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

2 技術(shù)參數(shù)及技術(shù)特點(diǎn)

水力潛油泵長(zhǎng)度5.6 m，約為電潛泵的1/3；排量300～14 000 m3/d；揚(yáng)程小于1 500 m；氣體處理能力GVF(泵吸入端氣體體積百分?jǐn)?shù))對(duì)于連續(xù)氣可以達(dá)到75%，對(duì)于段塞氣可以達(dá)到100%；渦輪動(dòng)力1 MW；轉(zhuǎn)速4 000～15 000 r/min并可自動(dòng)調(diào)節(jié)；在固體粒徑100 μm時(shí)，最高可以接受50×10-6含量的固體；酸性環(huán)境可以適用到pH=4.5；可用于開采稠油，對(duì)流體黏度具有較大的適用范圍；適用于斜井及水平井；平均檢泵周期可達(dá)11 a。

1) 可靠性高。

水力潛油泵無井下電機(jī)，電纜等電器組件，無摩擦軸承，無機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有渦輪、葉輪、軸等機(jī)械部件，不會(huì)因電器組件損壞導(dǎo)致檢泵，可靠性高，檢泵周期可達(dá)11 a，約為電潛泵的3倍，在海上使用水力潛油泵可以減少檢泵次數(shù)，大幅度降低作業(yè)成本。

2) 適應(yīng)多種井型。

水力潛油泵長(zhǎng)度為5.6 m，減少狗腿度對(duì)泵下深的影響。渦輪、軸、導(dǎo)輪固定在機(jī)組中間位置，具有自我調(diào)節(jié)的渦輪及泵的推力平衡，不會(huì)因井型變化導(dǎo)致部件發(fā)生接觸磨損，在井下不僅可以下入到穩(wěn)斜段，還可以下入到水平段，適用于斜井、定向井、高狗腿度井和水平井。海上油田大多數(shù)是定向井及水平井，水力潛油泵可以具有較強(qiáng)的適用性。

3) 產(chǎn)液量調(diào)節(jié)范圍大。

泵的產(chǎn)液量可以通過調(diào)整動(dòng)力液的注入壓力和注入量進(jìn)行改變，隨著動(dòng)力液注入壓力和注入量的增加，油井產(chǎn)液量增加，泵的轉(zhuǎn)速在4 000～15 000 r/min，產(chǎn)量可達(dá)300～14 000 m3/d，適用海上油田油井大排量的需求。

4) 氣體處理能力強(qiáng)。

水力潛油泵具有特殊的葉輪推進(jìn)器，抑制氣體在輪鼓處聚集，并且恒定功率渦輪會(huì)根據(jù)泵送流體組分變化自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，顯著增加泵輪的壓力和離心力，有效防止氣鎖產(chǎn)生。水力潛油泵氣體處理能力GVF，對(duì)于連續(xù)氣可以達(dá)到75%，對(duì)于段塞氣可以達(dá)到100%。

5) 安裝簡(jiǎn)單，減少作業(yè)時(shí)間。

水力潛油泵出廠時(shí)為組裝集成單元，安裝時(shí)不用聯(lián)軸器和法蘭對(duì)接，不用螺紋連接，安裝時(shí)間短，減少作業(yè)時(shí)間。海上油田作業(yè)成本高，作業(yè)時(shí)間的減少可大幅降低作業(yè)費(fèi)用。

3 海上油田的應(yīng)用分析

水力潛油泵作為新型采油方式，可以應(yīng)用在海上油田開采如下領(lǐng)域。

1) 邊際油田，特別是無人平臺(tái)。

無人平臺(tái)修井困難，需要額外借助鉆井船進(jìn)行修井作業(yè)，作業(yè)成本高。水力潛油泵使用壽命可達(dá)11 a，可以大幅減少修井頻率，降低70%的修井費(fèi)用，降本增效顯著。

2) 深水大排量油田。

深水油田產(chǎn)液量大，作業(yè)費(fèi)用高，水力潛油泵具有排量范圍大、檢泵周期長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可降低作業(yè)成本，同時(shí)可簡(jiǎn)化水下采油樹設(shè)計(jì)，無需使用水下濕式電接頭及水下配電系統(tǒng)。

3) 稠油冷采油田。

稠油冷采井具有地下原油黏度高，不易開采，產(chǎn)量較小的特點(diǎn)?？梢杂孟∮突蛘邿崴鳛楦邏簞?dòng)力液注入井下，與稠油混合進(jìn)行降黏開采，提高原油產(chǎn)量。

4) 稠油熱采油田。

目前，稠油熱采井多采用電潛泵開采，由于電纜耐溫等級(jí)的限制，開采過程中需注采兩趟管柱。水力潛油泵無電氣元件，熱采井開采只需下一趟管柱，可以節(jié)約￥100多萬元的作業(yè)費(fèi)用。同時(shí)，在注熱的關(guān)鍵時(shí)期減少2 d起下管柱的時(shí)間，減少注熱的損失，保證了熱采的效果，大幅提升產(chǎn)量。

水力潛油泵目前在英國(guó)北海油田成功應(yīng)用了40余口井，有的水力潛油泵已經(jīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)13 a，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

1) 水力潛油泵具有可靠性高、適應(yīng)多種井型、產(chǎn)液量調(diào)節(jié)范圍大、氣體處理能力強(qiáng)及安裝簡(jiǎn)單等顯著特點(diǎn)，比電潛泵具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以在特殊井況中應(yīng)用。

2) 水力潛油泵在海上邊際油田、深水大排量油田、稠油冷采油田及稠油熱采油田開采中有較大應(yīng)用空間。

3) 隨著水力潛油泵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加快，該泵在海上油田開采領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。