非常規井的潛水泵應用

岳勝軍

關鍵詞：非常規井、螺桿泵、電力潛水螺桿泵

前 言：為了使非常規氣井減少靜液壓力并釋放生產天然氣，不同的人工舉升技術已經使用了數十年。在最新的技術里便是利用螺桿泵（PCP）技術的電力潛水泵（ESP），人們熟悉的電力潛水螺桿泵（ESPCP）。緊耦合一個螺桿泵和一個水下電力馬達使得這些原件可以更安靜地運行，高效的抽吸和更長時間的運作。并且由于它具有較低的地面結構，潛水泵適用于居民區附近的天然氣生產和其他需要美學和寧靜地運行作為先決條件的位置。

因為煤層在水平面以下較深位置，通常在大于2000英尺的深度以下，所以非常規氣井的生產就變得更加困難。常規的離心水井泵和標準油田電潛泵被限制在每天250桶的特定的流量或者更少。

為了克服以上問題，一些操作者超速運行一個離心泵，這需要開始和停止循環，為了避免過度抽吸。此項操作是低效的并且縮短了泵和馬達的壽命。并且，大多數離心泵是在此范圍內運行時，具有很小的流量通道容易造成堵塞。一個不同類型的泵需要在這些深低井中高效運行。電力潛水螺桿泵適應這項需求，它結合了電潛泵和螺桿泵的優點。

1.螺桿泵系統：

一個螺桿泵在轉子轉動時，它通過推進液體通過一系列固定形狀但不連續的腔體來傳遞液體。這樣導致容積流速直接正比于旋轉速率，并且減小了在泵流體上的剪切作用。這些獨特的泵腔是向末端錐形變小并且在軸向上與相鄰腔室相重疊，所以在任一給定時刻，多個腔室打開并釋放流體。這就使得流體平滑地流動，不存在間歇性脈沖式動作。

因為轉子良好地密封在腔壁內，所以螺桿泵可以在重要深度處有效地降低流速。缺乏剪切作用的泵對包含壓裂沙、煤粉或者更大的顆粒的流體有好的傳輸效果，尤其實在煤層氣脫水中的應用。

尤其是在針對不同程度的氣體和不同流速時，螺桿泵可以更加輕松地順利、統一的操控它們。此外，高泵效使得適度的低流速就能提供所需能量。富蘭克林（Franklin Electric）已經發現對于電力潛水螺桿泵系統的能級，即使在低至600瓦到3千瓦時，也可以維持在深度900英尺到1300英尺深度時舉升到希望的水平面位置所需的能量。

螺桿泵系統傳統上使用地面馬達和一個長的驅動桿，但是這可能增加問題。這個馬達是嘈雜的并且如果在居民區附近使用時，它經常被認為是可見的爭論源。如果這口井有水平設計，那么驅動桿的處理需要機械支持，例如襯套和軸承來連接井眼軌跡中的曲線部分。這些部分將磨損，增加運行成本。

2.潛水螺桿泵系統：

一個更好的處理辦法就是利用潛水螺桿泵直接連接馬達和泵。對于這樣緊密的結合有許多優點。不涉及到變速箱，消除了可靠性問題的來源。從起初控制的變化上，泵也能更加迅速地反應。

利用上部馬達，從傳動桿經數千英尺長的距離傳輸的扭矩，會導致在馬達轉速與泵速上出現延遲。通過把馬達與泵放在井底，泵內的改變能立即在馬達內檢測到。

放置馬達在井底的另一個優點是，使得重載荷檢查閥放置在原件頂部，當閥門關閉時，阻止碎片沉入泵內。當馬達再一次開始工作時，所選擇的螺桿泵和油管的直徑應滿足，允許高效流速和沉到檢查閥上的沙子返出地面。對于傳統的由地面馬達通過傳動桿驅動的螺桿泵，需要拉出泵來清除碎片，因此增加了運營成本和非生產時間。

由于平穩的開關泵的操作，阻止碎片沉積、馬達和泵的緊密結合使得在井內嚴格地控制水平面水平成為可能。地面的控制單元通過電力連接地下泵和馬達，并且一個井底液面傳感器被安裝在井內和控制單元相連接。由于取消了傳動桿就減小了管的尺寸和減少了振動，所以安裝這個傳感器變得更加容易和更加穩定。

電力潛水螺桿泵需要一個泵的控制系統，這就包括一個可變的驅動頻率來控制馬達速度和一個可以給安裝員和操作員提供調試所需的泵參數的圖形用戶界面（GUI）。這個圖形用戶界面是基于網絡的，它和設備相獨立且使用通用的術語。這個界面屏幕是高直覺性的，允許實際泵上的每個部分都可以被調試，以達到最高效率運行，同時檢測生產重要參數，例如：氣體濃度。

3.總結：

第十四代電力潛水螺桿泵系統應用在中型能源公司，主要在美國西北部的低產非常規氣井的再開發中使用，其下放深度達到3300英尺深。這個系統代替了原先的電潛泵，電潛泵的馬達和泵經常受沙子、煤粉、石蠟和結鹽的影響而堵塞或頻繁的關閉。第一個電力潛水螺桿泵已經安裝并運行了16個月，至今沒有被堵塞，同時從該井再產出的甲烷速率已達到兩倍。

參考文獻：

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