[科普中国]-定向井用电潜泵

研制原因

由于定向井的特殊井身结构, 潜油电泵应用于定向井受到限制, 所遇到的主要技术问题有: 潜油电泵机组在定向井的安装, 只有潜油电泵机组安全通过定向的最大“ 狗腿角”,才能将机组下到设计井段; 潜油电泵在特殊井段———水平井段的采油工艺问题。针对定向井的开采井段绝大多数在稳斜段, 因此, 主要解决潜油电泵机组在定向井的安装问题, 包括三大技术难关: 潜油电泵机组的整体抗弯曲变形能力; 动力电缆、引接电缆的安全保护; 潜油电机保护器的适用性。

结构组成定向井用潜油电泵机组结构改进和配套技术包括:

①对机组具有法兰结构特征的各连接底座, 采用特殊结构设计, 降低部件应力集中系数, 均衡机组的抗弯性能;

②机组各连接螺栓采用碟形垫圈, 使机组处于挠性压缩状态, 可释放过大的弯曲应力;

③新型并联胶囊保护器可在油井内的任何井段有效工作;

④设计小扁电缆保护块, 实现机组在井筒通过造斜点处的滚动, 使电缆远离井壁, 与在油管中部设计的橡胶电缆保护装置、油管接箍处钢制电缆保护装置一起, 起保护电缆作用。1

工作原理(1) 根据弹塑性力学原理, 对潜油电泵机组各组成部件的几何形体进行分析, 对具有法兰结构特征的连接座进行结构设计改进, 与机组各连接螺栓采用碟形垫圈一起, 降低高应力集中等级, 提高机组的整体抗弯曲变形能力。

(2) 专门设计的并联胶囊保护器, 上部胶囊的内腔与下部胶囊的外腔相通, 下部胶囊的内腔与电机内部相通, 也就是说, 潜油电机被“ 包容” 在下部的胶囊内, 形成了一种用层层包围的结构形式, 这样, 除上部胶囊直接与井液接触外, 其他胶囊则完全浸没在具有良好工作环境的电机油中。当上部胶囊在电泵机组正常工作时发生破裂, 井液不会直接侵入到电机内部, 此时由下部胶囊发挥保护作用, 只有下部胶囊发生破裂时, 电机才有可能发生失效。

因此, 并联胶囊型保护器具有层层保护功能。在保证潜油电机对电机油呼吸量要求的前提下, 使用一节保护器配置电泵系统, 其功能及工作寿命完全可替代两节沉降式保护器和两节串联胶囊式保护器。这样, 整个机组的几何长度大大缩短, 油气适合定向井对机组长度的要求。

(3) 在机组通过弯曲井段时, 电缆保护块与机组导向块首先与弯曲套管壁相接触, 机组受到弯曲载荷的作用。由力学原理, 机组将以套管为中心产生滚动, 使机组含有引接电缆的一侧逐渐远离机组与套管壁的挤压面, 避免电缆遭受过大的挤压力而破坏。1

主要技术参数适用套管直径: ≥115 mm

允许最大造斜率: 8°/ 30 m

工作温度: 120 ℃

工作段最大井斜角: 80°1