一种应用于低产井的电潜泵回流举升装置及回流举升方法与流程

技术领域：

本发明涉及的是电动潜油离心泵人工举升领域，具体涉及的是一种应用于低产井的电潜泵回流举升装置及回流举升方法。

背景技术：
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人工举升即人为地向油井井底增补能量，将油藏中的石油举升至井口的方法。随着采出石油总量的不断增加，油层压力日益降低；注水开发的油田，油井产水百分比逐渐增大，使流体的比重增加，这两种情况都使油井自喷能力逐步减弱。为提高产量，需采取人工举升法采油（又称机械采油），是油田开采的主要方式，特别在油田开发后期，有泵抽采油法和气举采油法两种。

海上油田由于环境因素的限制，采用电动潜油离心泵效果较好。电动潜油离心泵，简称电泵，是将电动机和泵一起下入油井内液面以下进行抽油的井下举升设备。电潜泵是在井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电泵，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。近年来，国内外电潜泵举升技术发展很快，在油田生产中，特别是在高含水期，大部分原油是靠电潜泵生产出来的。电潜泵在非自喷高产井和高含水井的举升技术中起着重要的作用。

电动潜油离心泵主要依靠潜油电泵带动整个电动潜油离心泵来进行采油工作，其中潜油电泵工作时会产生较大热量。在低产井中井下液量较少，携带热量的效果大大下降，导致潜油电泵温度过高，导致烧泵，进而损坏整个泵组。

技术实现要素：
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本发明的一个目的是提供一种应用于低产井的电潜泵回流举升装置，这种应用于低产井的电潜泵回流举升装置用于解决低产井采油过程中潜油电泵温度过高，导致烧泵的问题，本发明的另一个目的是提供这种应用于低产井的电潜泵回流举升装置的回流举升方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种应用于低产井的电潜泵回流举升装置包括潜油电泵、电潜泵保护器、气水分离器、多级离心泵、油管、液体回流阀、温控阀门系统，油管通过单流阀连接多级离心泵，多级离心器的下端连接气水分离器，电潜泵保护器短接在气水分离器下部，电潜泵保护器下端口短接潜油电泵，液体回流阀设置在气水分离器管壁上；温控阀门系统包括井下发电机、线路板、旋转阀门、电机，潜油电泵处设置温度传感器，温度传感器连接线路板，线路板连接电机，电机输出轴插设于电机上方，电机输出轴向上延伸至气水分离器侧面，电机输出轴上端连接有旋转阀门，旋转阀门控制液体回流阀流量，井下发电机短接在潜油电泵下方，连接电缆一端连接井下发电机，另一端连接线路板。

上述方案中液体回流阀形状为梯形的，梯形的两腰与气水分离器相接，梯形较短的底设置在气水分离器外部，梯形较长的底设置在气水分离器内部，液体回流阀位于气水分离器离心涡轮上方，气水分离管道下方。

上述方案中液体回流阀有4个，均匀分布在气水分离器管壁四周，旋转阀门有4个，每个旋转阀门连接相应的电机输出轴及电机。

上述应用于低产井的电潜泵回流举升装置的回流举升方法：

当气体及套管中的液体混合物进入气水分离器后，由于气液密度差，在离心涡轮的作用下，气体在气水分离器中心位置，沿着气水分离管道排出气水分离器，进入套管；液体在靠近气水分离器管壁位置，距离水分离器管壁近的外层液体压能较大，易通过液体回流阀进入套管，距离水分离器管壁生稍远的内层的液体压能较少，易通过上方的气水分离管道进入多级离心泵，进而进入油管，达到对液体人工举升的作用；

由于液体回流阀为梯形，当流体通过液体回流阀进入套管后，液体回流阀外部的压力变小，在压力作用下使液体持续地通过液体回流阀进入套管，回流的液体将补充套管中液量，使回流的液量达到对潜油电泵冷却所需的液量，回流的液体在重力作用下，向下达到潜油电泵甚至更低的位置，通过热交换的方式来冷却潜油电泵；

温度传感器检测潜油电泵温度，线路板依据潜油电泵温度与设定安全温度控制电机输出轴的转角，对旋转阀门进行转角调节，改变液体回流阀流量的大小，当潜油电泵温度大于设定安全温度，液体回流阀逐渐打开，温度越高，液体回流阀开度越大；当潜油电泵小于或等于设定安全温度，液体回流阀逐渐关闭，温度越低，液体回流阀开度越小，从而实现温度的自动控制，在潜油电泵温度较高时，更多的液用来冷却潜油电泵，在潜油电泵温度较低时，更多的液用来采出。

本发明具有以下有益效果：

1.在低产井中井下液量较少，携带热量的效果大大下降，导致潜油电泵温度过高，导致烧泵，进而损坏整个泵组，本发明在保证低产井采出液量的同时可以有效降低潜油电泵温度，使整个采油装置稳定工作，解决了海洋采油平台上电动潜油离心泵在开采过程中温度过高的问题。

2.本发明能实现潜油电泵温度的自动控制，节能效果好。

附图说明：

图1为本发明应用于低产井的电潜泵回流举升装置示意图；

图2为本发明中气水分离器内部构造示意图；

图3为本发明中温控阀门系统装置图；

图4为验证本发明的室内实验装置图。

图中：1潜油电泵、2电潜泵保护器、3气水分离器、4多级离心泵、5液体回流阀、6输电电缆、7油管、8单流阀、9电缆封隔器、10套管、11离心涡轮、12气水分离管道、13气体、14液体、15气水混合物、16传动轴、17入口、18压力传感器、19流量计、20温控阀门系统、21井下发电机、22连接电缆、23温度传感器、24线路板、25电机输出轴、26旋转阀门、27电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种应用于低产井的电潜泵回流举升装置包括潜油电泵1、电潜泵保护器2、气水分离器3、多级离心泵4、油管7、液体回流阀5、温控阀门系统20，单流阀8短接在油管7下部，单流阀8下部短接有多级离心泵4，气水分离器3的上端口和多级离心泵4的下端口连接，电潜泵保护器2短接在气水分离器3下部，电潜泵保护器2下端口短接有潜油电泵1，输电电缆6一端和井上平台连接，一端通过电缆封隔器9和潜油电泵1连接，电缆封隔器9设置在油管7底部、单流阀8上方，液体回流阀5设置在气水分离器3管壁上。

参阅图3，温控阀门系统20包括井下发电机21、连接电缆22、温度传感器23、线路板24、电机输出轴25、旋转阀门26、电机27。其中温度传感器23设置在潜油电泵1附近，温度传感器23连接有线路板24，线路板24一端连接温度传感器23，一端连接电机27，电机输出轴25插设于电机27上方，电机输出轴25向上延伸至气水分离器3侧面，电机输出轴25上端连接有旋转阀门26，旋转阀门26控制液体回流阀5流量，井下发电机21短接在潜油电泵1下方，连接电缆22一端连接井下发电机21，一端连接线路板24。

液体回流阀5形状为梯形的，梯形的两腰与气水分离器3相接，梯形较短的底设置在气水分离器3外部，梯形较长的底设置在气水分离器3内部，参阅图2，液体回流阀5位于气水分离器离心涡轮11上方，气水分离管道12下方，离心涡轮11由传动轴16带动运转，入口设置在气水分离器3底部。液体回流阀有4个，均匀分布在气水分离器3管壁四周，旋转阀门有4个，每个旋转阀门26连接相应的电机输出轴25及电机27。

本发明属于人工举升方法中泵抽采油法，其中主要关注海上油田人工举升方法。海上油田由于环境因素的限制，采用电动潜油离心泵效果较好。电动潜油离心泵主要依靠潜油电泵1带动整个电动潜油离心泵来进行采油工作，其中潜油电泵1工作时会产生较大热量。在正常产油井中，井下液量充足，温度较低，在采液过程中，流体在流动过程中通过热交换将潜油电泵1产生的热量携带至气水分离器3中，以达到冷却潜油电泵1的效果。在低产井中井下液量较少，携带热量的效果大大下降，导致潜油电泵1温度过高，导致烧泵，进而损坏整个泵组。

针对海洋采油平台上电动潜油离心泵在开采过程中温度过高的问题，本发明采取在气水分离器3上设置液体回流阀5。当气体及套管10中的液体混合物进入气水分离器3后，由于气液密度差，在离心涡轮11的作用下，气体会在气水分离器3中心位置，沿着气水分离管道12排出气水分离器3，进入套管10；液体会在靠近管壁位置，由于液体回流阀5为梯形，并且将梯形较短的一端设置在气水分离器3外部，梯形较长的一段设置在气水分离器3内部，这样的形状可以使当流体通过液体回流阀5进入套管10后，液体回流阀5外部的压力变小，在压力作用下让液体持续的通过液体回流阀5进入套管10，保证回流的液量，回流的液体在重力作用下，将向下达到潜油电泵1甚至更低的位置，通过热交换的方式来达到冷却潜油电泵1的效果。

低产井套管10中液体温度较低，但是液量较少，对于潜油电泵1的冷却效果并不好。气水分离器3上液体回流阀5中会有大量液体流出，流出液体温度较低，液体回流阀5中回流的液体将补充套管10中液量，使其达到对潜油电泵1的冷却效果。

温度传感器23检测潜油电泵1温度，线路板24依据潜油电泵1温度与设定安全温度控制电机输出轴25的转角，即可对阀门进行转角调节，改变阀门流量的大小，当潜油电泵1温度大于设定安全温度，阀门逐渐打开，温度越高，阀门开度越大，当潜油电泵1小于或等于设定安全温度，阀门逐渐关闭，温度越低，开度越小。从而实现温度的自动控制，节能效果好。线路板24依据环境温度与设定温度控制电机输出轴25的转角，属于现有技术。

在离心过程中，液体流动的机械能转化为压能，液体在离心涡轮11的作用下到达靠近管壁的位置，此时在外层的液体压能较大，易通过液体回流阀5进入套管10，内层的液体压能较少，易通过上方的气水分离管道12进入多级离心泵4，进而进入油管7，达到对液体人工举升的作用；同时通过潜油电泵1温度控制液体回流阀5上旋转阀门26大小将控制采出液量，在潜油电泵1温度较高时，更多的液用来冷却潜油电泵1，在潜油电泵1温度较低时，更多的液用来采出。这样在保证采出液量的同时可以有效降低潜油电泵1温度，使整个采油装置稳定工作。

为了验证本发明能够有效降低潜油电泵温度，采取室内实验装置对本发明进行秘密测试，实验装置如图4所示。

室内实验装置主要由潜油电泵1、电潜泵保护器2、气水分离器3、多级离心泵4、液体回流阀5、输电电缆6、油管7、单流阀8、电缆封隔器9、套管10、温度传感器23、压力传感器18、流量计19、井下发电机21、连接电缆22、线路板24、电机输出轴25、旋转阀门26、电机27组成。

单流阀8短接在油管7下部，单流阀8下部短接有多级离心泵4，气水分离器3的上端口和多级离心泵4的下端口连接，电潜泵保护器2短接在气水分离器3下部，电潜泵下端口短接有潜油电泵1，输电电缆6一端和井上平台连接，一端通过电缆封隔器9和潜油电泵1连接，电缆封隔器9设置在油管7底部、单流阀8上方，液体回流阀5设置在气水分离器3管壁上，温控阀门系统20包括井下发电机21、连接电缆22、温度传感器23、线路板24、电机输出轴25、旋转阀门26、电机27。其中温度传感器23设置在潜油电泵1附近，温度传感器23连接线路板24，线路板24一端连接温度传感器23，一端连接电机27，电机输出轴25插设于电机27上方，电机输出轴25上端连接有旋转阀门26，旋转阀门控制液体回流阀5流量，井下发电机21短接在潜油电泵1下方，连接电缆22一端连接井下发电机21，一端连接线路板24，压力传感器18有二个，一个压力传感器设置在套管10底部，实验装置中的套管具有底，另一个压力传感器设置在液体回流阀5外部附近，第二个温度传感器设置在潜油电泵1上，流量计19设置在液体回流阀5外部处。

液体回流阀5形状为为梯形，梯形较短的一端设置在气水分离器3外部，梯形较长的一段设置在气水分离器3内部。位置在气水分离器3内部离心涡轮11上方，气水分离管道12下方，4个液体回流阀5分布在气水分离器3四周。

实验准备：向套管10中注入5l水及二氧化碳，压力传感器23显示初始套管10内压力，整体压力为6mpa。

开始实验：打开电潜泵，当二氧化碳及水进入气水分离器3后，由于气液密度差，在离心涡轮11的作用下，气体会在气水分离器3中心位置，沿着气水分离管道12排出气水分离器3，进入套管10；液体会在靠近管壁位置，其中一部分会在压能作用下通过液体回流阀5进入套管10，记录此时套管10压力及液体回流阀5外部附近压力，液体回流阀5外部的压力很小，在压力作用下让液体持续的通过液体回流阀5进入套管10、液体回流阀5。回流的液体在重力作用下，将向下达到潜油电泵1甚至更低的位置。实验进行20min，记录20min时液体回流阀5处流量以及采出水量，同时记录潜油电泵1温度。

经过室内试验发现，开始实验时套管10内压力为4mpa，液体回流阀5附近压力为1.2mpa，经过20分钟后，液体回流阀5处流量为120ml/min，采出1.8l水，此时潜油电泵1温度为74℃，符合安全工作温度。