(Daqing Oilfield Lishen Pump Co., Ltd. Heilongjiang Daqing 163311)
Sobre el autor: Dong Zhengang, hombre, nacido en junio de 1967, Instituto del Petróleo de Daqing 1991 Se graduó y recibió una maestría en ingeniería de la Universidad de Ingeniería de Harbin en 2002. Actualmente trabaja en Daqing Oilfield Lishen Pump Industry Co., Ltd., dedicándose principalmente al diseño, desarrollo e investigación de aplicaciones de bombas eléctricas sumergibles, como ingeniero senior. Correo electrónico: dongzhg @ power lift. dq. CNPC com.
Con base en el estado actual del desarrollo de metano en capas de carbón en mi país, se analizaron las características técnicas y las ventajas de la producción de gas de drenaje con bombas sumergibles. Se propuso mejorar la eficiencia de las bombas sumergibles en las vetas de carbón. Se introducen varias medidas para la adaptabilidad de la extracción de gas y se introduce la aplicación de bombas sumergibles en la extracción de metano en capas de carbón en Jincheng, Shanxi. Con base en el estado de la tecnología nacional, se propone la dirección futura de la investigación de las bombas sumergibles utilizadas en la extracción de metano en capas de carbón.
Bomba eléctrica sumergible; metano de lecho de carbón
Investigación sobre la adaptabilidad de la bomba eléctrica sumergible en el desarrollo de metano de lecho de carbón
Dong Zhengang, Deng Hui, Wang Huixian
(Daqing Oilfield Lisheng Pump Industry Co., Ltd., Daqing 163311)
Resumen: Según la situación actual del desarrollo de metano de capas de carbón en mi país, las características técnicas y ventajas de la energía eléctrica Se analizan las bombas sumergibles en la producción de gas de drenaje y se presentan sugerencias para mejorar la eficiencia de las bombas sumergibles eléctricas en la producción de gas de drenaje. También se introducen las medidas de adaptabilidad de las bombas sumergibles en el desarrollo de metano en lechos de carbón. También se introduce el desarrollo de metano. Finalmente, se señala la futura dirección de mejora de la bomba eléctrica sumergible, que ha sido bien utilizada en la práctica de producción de CBP.
Palabras clave: bomba sumergible eléctrica; misil balístico continental
Introducción
Como fuente de energía limpia, el metano de carbón se ha convertido en una parte importante del siglo XXI de mi país. energía. Cómo extraer metano de capas de carbón de una manera más razonable y económica es una preocupación común entre la gente de la industria.
La tecnología de bombas eléctricas sumergibles es una tecnología madura de producción de campos petroleros. Después de medio siglo de desarrollo, se ha convertido en un importante equipo de recuperación de petróleo en la industria petrolera. En particular, a través de la mejora continua de su propia tecnología y la aplicación de tecnología moderna, se ha mejorado significativamente su adaptabilidad, incluidas tecnologías adecuadas para petróleo pesado, alto contenido de gas, alta temperatura, corrosión, control de arena, etc., haciendo contribuciones sobresalientes. al desarrollo de yacimientos petrolíferos.
La aplicación de bombas sumergibles en la minería de metano en capas de carbón tiene una cierta historia de desarrollo, especialmente en Estados Unidos en los últimos 20 años. En la minería de metano de yacimientos de carbón, debido a diferentes propósitos, la determinación y el uso de su estado de trabajo y el control de la producción de yacimientos petrolíferos son muy diferentes. Los injertos con tecnología simple no pueden resolver los problemas técnicos que existen en las aplicaciones prácticas. Por ejemplo, las bombas sumergibles adecuadas para metano de capas de carbón son generalmente bombas centrífugas de pequeño desplazamiento con poca adaptabilidad al gas. Cuando una gran cantidad de gas libre ingresa a una bomba centrífuga, se producirá cavitación o bloqueo de aire, lo que provocará que la bomba no funcione correctamente o incluso se dañe. El problema de las bolsas de aire o las esclusas de aire sólo puede resolverse si se abordan de forma eficaz.
1 El principio de funcionamiento de la bomba sumergible y sus características técnicas en la minería de metano en yacimientos de carbón
La bomba sumergible es un tipo de bomba centrífuga multietapa. Su principio de funcionamiento es el mismo. como el de las bombas centrífugas ordinarias en el suelo. En comparación con las unidades de bombeo y los equipos de bombas de tornillo, tiene las características de gran desplazamiento y puede variarse dentro de un rango de desplazamiento mayor mediante conversión de frecuencia. La figura 1 muestra la curva característica de una bomba centrífuga. Esta curva refleja la relación entre el desplazamiento y la altura de la bomba centrífuga, la eficiencia de la bomba y la potencia del eje.
Figura 1 Curva característica de la bomba centrífuga
En condiciones de frecuencia variable, la bomba centrífuga tiene las siguientes características:
Progreso tecnológico en la exploración, desarrollo y desarrollo de metano de capas de carbón en China. utilización: Actas del Simposio Académico sobre Metano de Capas de Carbón de 2006.
En la fórmula: Q1, Q2 - desplazamiento de la bomba a diferentes frecuencias; F1, F2 - frecuencia.
Progreso tecnológico en la exploración, el desarrollo y la utilización de metano de capas de carbón en China: Actas del Simposio académico sobre metano de capas de carbón de 2006.
En la fórmula: H1, H2-cabezal de bomba a diferentes frecuencias.
Progreso tecnológico en la exploración, el desarrollo y la utilización de metano de capas de carbón en China: Actas del Simposio académico sobre metano de capas de carbón de 2006.
En la fórmula: N1, N2: cabezal de bomba a diferentes frecuencias.
eta2=eta1 (4)
Donde: eta1 y eta2——eficiencia de bombeo a diferentes frecuencias.
Utilizando las características inherentes de las bombas centrífugas, el proceso de drenaje y producción de gas se puede controlar de manera flexible. Por ejemplo, en la etapa inicial de la producción de gas de drenaje, es necesario descargar una gran cantidad de fluido del pozo para facilitar la producción de gas.
En este momento, se puede combinar una bomba centrífuga adecuada de acuerdo con los requisitos de desplazamiento, las características de gran desplazamiento de la bomba centrífuga se pueden utilizar para un bombeo rápido y el volumen de producción de líquido se puede ajustar mediante un convertidor de frecuencia. En este momento, la bomba centrífuga funciona principalmente en la zona b. Cuando el fluido del pozo alcanza un cierto grado de fluidez dinámica, la carcasa formará una cierta presión para cumplir con los requisitos de producción. En este momento, es necesario mantener un equilibrio dinámico estable y el volumen de producción de líquido de la bomba cae significativamente, generalmente entre 0 ~ 65438+100 m3/d, lo que pertenece al período normal de producción de metano de yacimientos de carbón. Debido al pequeño desplazamiento durante la producción normal, la bomba centrífuga realmente funciona en el área A de la curva característica y su altura alcanza el nivel más alto. Durante la producción normal de metano de yacimientos de carbón, de acuerdo con las necesidades de la programación de producción, la altura del nivel dinámico del líquido se puede ajustar mediante conversión de frecuencia para lograr un nuevo equilibrio dinámico.
Aunque las bombas sumergibles, las unidades de bombeo y las bombas de tornillo se pueden utilizar para drenaje y producción de gas, en comparación, las bombas sumergibles tienen características incomparables con las unidades de bombeo y las bombas de tornillo:
(1) Mediante la conversión de frecuencia, se puede lograr un drenaje de gran desplazamiento, con resultados rápidos y sin dañar la propia bomba. Las unidades de bombeo y las bombas de tornillo tienen una capacidad limitada para mejorar el bombeo de petróleo, y su confiabilidad se verá muy afectada si se configuran demasiado; alto.
(2) Puede mantener automáticamente la altura del nivel de líquido dinámico y evitar el vaciado. En otras palabras, la altura del nivel de líquido dinámico establecida es el punto crítico para garantizar que la bomba alcance el límite de capacidad de elevación en este punto crítico. Cuando el nivel de líquido dinámico es superior al punto crítico, la bomba aumentará automáticamente la producción de líquido, mejorará la capacidad de bombeo y reducirá el nivel de líquido dinámico; cuando el nivel de líquido dinámico esté cerca del punto crítico, la capacidad de elevación de la bomba alcanzará el máximo; , y el nivel del líquido no disminuirá más. Dado que tanto las bombas de aceite como las bombas de tornillo son bombas de desplazamiento positivo, no tienen funciones de ajuste automático y solo se pueden lograr ajustando los parámetros manualmente. Una vez que se produzca una evacuación, la unidad se dañará rápidamente.
(3) Debido a las características de la propia bomba centrífuga, es muy cómoda de manejar. De acuerdo con los datos del pozo y la curva característica de la bomba, los parámetros se pueden ajustar directamente mediante cálculos teóricos. El sistema de control remoto puede lograr un control directo sin necesidad de depuración y pruebas intermedias.
(4) Debido a que la bomba centrífuga es impulsada por un motor sumergible y no tiene varilla de transmisión, puede usarse para drenaje y producción de gas en pozos inclinados y pozos horizontales. Las unidades de bombeo y las bombas de cavidad progresiva tienen limitaciones significativas en pozos desviados y horizontales porque son accionadas por varillas.
2 Varias medidas para mejorar la adaptabilidad de las bombas sumergibles a la extracción de metano de yacimientos de carbón
Las bombas sumergibles para metano de yacimientos de carbón son generalmente bombas centrífugas de pequeño desplazamiento con poca adaptabilidad al gas libre. Por tanto, solucionar la adaptabilidad de las bombas centrífugas a gas es la clave para garantizar la aplicación de las bombas sumergibles.
(1) Profundice el soporte de la bomba y baje la bomba centrífuga debajo de la capa productora de gas para reducir el impacto del gas en la bomba centrífuga, como se muestra en la Figura 2. Debido a la diferente gravedad específica del gas y del líquido, la mezcla de gas y líquido que sale de la capa productora de gas se mueve hacia arriba y entra en el espacio anular de la carcasa, el líquido fluye hacia abajo y entra en la bomba centrífuga, utilizando la relación de gravedad específica para; Reducir la cantidad de gas que ingresa a la bomba centrífuga. La tecnología de bombas de profundización es una tecnología madura de producción de petróleo, que se ha utilizado ampliamente en pozos de petróleo que contienen gas y ha logrado efectos de aplicación obvios. Para pozos ensacados, profundizar el soporte de la bomba es perjudicial para el enfriamiento del motor. Si el espacio radial de la carcasa es suficiente, agregar una cubierta puede resolver el problema de disipación de calor del motor. La tecnología de suspensión de bombas de profundización generalmente no es adecuada para bombas sumergibles que operan en pozos muy desviados o en pozos horizontales. La razón principal es que no hay suficiente diferencia de altura para asegurar una separación efectiva de la mezcla gas-líquido.
Figura 2 Diagrama esquemático de la instalación de la bomba profundizada de la unidad
(2) Utilice un separador gas-líquido de alta eficiencia. El separador de gas y líquido se llama separador de petróleo y gas en la industria petrolera. Es un dispositivo diseñado para pozos de petróleo que contienen gas y se instala en el extremo de entrada de la bomba centrífuga. Durante el proceso de producción, la mezcla de gas y líquido ingresa primero al separador de petróleo y gas. El gas separado se descarga en el espacio anular de la carcasa a través de la separación de gas y líquido del separador de petróleo y gas. Entrada de la bomba para reducir el impacto del gas libre en la influencia de la bomba centrífuga. Los datos muestran que el separador gas-líquido puede separar el 35% del volumen total de las dos fases gas-líquido y la eficiencia de separación puede alcanzar más del 90%. Para pozos de gas con alto contenido de agua, dado que el gas es la fase principal, el separador de gas-líquido no puede separar completamente el gas. La distancia entre el puerto de succión y el puerto de descarga del separador de gas-líquido es relativamente cercana, generalmente menos de 1 m. , y es posible que no logre efectos obvios. Panhe, Jincheng, provincia de Shanxi. La prueba piloto de metano en capas de carbón también lo verificó. Si se agrega un deflector y se aumenta la distancia entre los puertos de succión y descarga del separador de aire-líquido, el efecto será obvio. Los separadores de gas y líquido de alta eficiencia generalmente no son adecuados para bombas sumergibles que operan en pozos muy desviados o en pozos horizontales. La razón principal es que no hay suficiente diferencia de altura entre el puerto de succión y el puerto de descarga del separador, lo que fácilmente provoca la autocirculación del gas libre, como se muestra en la Figura 3.
(3) Adoptar el método combinado de combinación de bombas. Los diferentes tipos de bombas centrífugas tienen diferente adaptabilidad a los gases. Las bombas centrífugas puras tienen poca adaptabilidad al gas y son propensas a acumulaciones de aire.
Las bombas centrífugas de flujo mixto tienen buena adaptabilidad al aire y no son propensas a bolsas de aire. En términos generales, el impulsor de una bomba con un desplazamiento pequeño (por ejemplo, menos de 250 m3/d) es un impulsor centrífugo para una bomba con un desplazamiento grande, el impulsor es un impulsor de flujo mixto; El método de combinación de la bomba combinada es combinar el impulsor centrífugo y el impulsor de flujo mixto, y aprovechar la gran adaptabilidad del impulsor de flujo mixto al aire para garantizar que toda la bomba no produzca bolsas de aire y mantenga un funcionamiento continuo. Hemos aplicado esta tecnología en el área de prueba piloto de metano de capas de carbón de Panhe en Jincheng, Shanxi, y hemos logrado resultados de aplicación obvios.
Figura 3 Proceso de autocirculación de gas libre
(4) Utilice un procesador de gas especial. El procesador de gas es una nueva tecnología desarrollada en los últimos años. Se instala entre el separador de gas y líquido y la bomba centrífuga y también se puede utilizar solo en lugar del separador de gas y líquido. El impulsor instalado es un impulsor de flujo axial con una fuerte resistencia a la cavitación. Cuando una gran cantidad de gas ingresa al procesador de gas, no se forman bolsas de aire ni esclusas de aire, y la mezcla de gas y líquido es fuertemente empujada para continuar hacia arriba y entrar en la bomba centrífuga. Aunque la mezcla de gas y líquido puede formar bolsas de aire o esclusas de aire después de ingresar a la bomba centrífuga, la sección de la esclusa de aire será empujada hacia arriba por el fuerte empujón del procesador de gas hasta que sea expulsada de la bomba centrífuga, asegurando así el funcionamiento normal. de toda la máquina.
Aplicación de bombas sumergibles en la extracción de metano de yacimientos de carbón en Jincheng, Shanxi
Desde el 10 de junio de 2005, se han puesto en funcionamiento 4 bombas eléctricas sumergibles en el área de pruebas piloto de metano de yacimientos de carbón de Panhe en Jincheng, Shanxi. Consulte la Tabla 1 para aplicaciones específicas.
Tabla 1 Uso de bombas eléctricas sumergibles en el área de prueba piloto de metano en yacimientos de carbón de Shanxi Jincheng
Nota: La fecha límite estadística es el 26 de junio de 2006.
Desde una perspectiva de aplicación, simplemente usar un separador de gas y líquido de alta eficiencia no es tan efectivo como agregar una bomba combinada. Tomemos como ejemplo el pozo PH46-02. Cuando se abrió el pozo por primera vez, la unidad estaba funcionando bien y la producción de líquido era normal. Después de funcionar durante un período de tiempo o de que el nivel del líquido baje a unos 240 metros, ya no se producirá líquido. En este momento, la unidad todavía está funcionando, las tres resistencias y voltajes de CC medidos son completamente normales y la corriente es básicamente la misma que cuando se puso en marcha. Al mismo tiempo, el nivel del líquido comenzó a aumentar y la presión de la carcasa disminuyó gradualmente y cayó a 0,1 MPa en 1 hora. Si la máquina se detiene y se reinicia, se repetirá la acción anterior. Este síntoma muestra que aunque se usa un separador de gas y líquido, el gas restante después de la separación aún causa bloqueo de aire en la bomba. Sin embargo, los pozos PH1-009 y PH1-008 utilizan tecnología de bomba combinada, por lo que no hay problema de bloqueo de aire.
4 Direcciones de investigación futuras
En vista de la particularidad de la extracción de metano en capas de carbón, la aplicación de bombas sumergibles aún se encuentra en la etapa inicial de comprensión para mejorar la confiabilidad y la economía de las bombas sumergibles. aplicaciones es el futuro temas importantes en el desarrollo.
(1) Para los pozos de gas con vetas de carbón poco profundas y buenas condiciones de drenaje y producción, el enfoque principal debe ser un diseño simplificado. Tomando como ejemplo el metano de una capa de carbón en Jincheng, provincia de Shanxi, la profundidad del pozo es generalmente de alrededor de 400 m y la temperatura del pozo es de alrededor de 20 °C. El uso de un conjunto completo de equipos técnicos para bombas eléctricas sumergibles es costoso y la estructura es demasiado compleja.
R. La potencia del motor es baja, generalmente alrededor de 15 kW, y el protector utilizado puede cumplir con los requisitos de uso de 60 kW, por lo que el dispositivo de protección del motor se puede simplificar y el diseño integrado del motor y el dispositivo de protección. incluso se puede realizar, satisface el uso y reduce el costo;
B Reduce el nivel de resistencia a la temperatura de la unidad y ahorra costos de material. Dado que la profundidad de los pozos petroleros es generalmente de más de 1000 m y la temperatura de formación es alta, el motor está diseñado para cumplir con los requisitos de temperatura del pozo de más de 120 °C y el costo del material es relativamente alto. Para pozos de baja temperatura de metano en lechos de carbón, el nivel de resistencia a la temperatura de la unidad aún puede cumplir con los requisitos cuando se reduce a 60 °C;
C investigue cables sumergibles adecuados y de bajo costo. En la actualidad, los cables sumergibles son adecuados para altas temperaturas, alta presión y alto rendimiento de aislamiento, pero son costosos y poco económicos cuando se utilizan para la extracción de metano en capas de carbón poco profundas.
(2) Para pozos de gas con vetas de carbón profundas y malas condiciones subterráneas, el diseño debe centrarse en mejorar el rendimiento de la unidad. Tomando como ejemplo la minería de metano en capas de carbón de Liaohe, la profundidad del pozo es de más de 1800 m, la temperatura del pozo es alta, la producción normal de líquido es de 1 ~ 3 m3 / d y las condiciones de drenaje de líquido son peores que las de los campos petroleros. ninguna buena solución.
(3) Realizar investigaciones sobre producción de gas de drenaje en pozos inclinados y pozos horizontales con bombas electrosumergibles. Dado que la tecnología de bomba colgante de profundización y la tecnología de separador de gas-líquido no pueden adaptarse completamente a la producción de gas de drenaje en pozos inclinados y pozos horizontales, la optimización de la combinación de otras tecnologías, como la tecnología de bomba de tornillo eléctrica sumergible, es la dirección de investigación futura.
(4) Investigación sobre la tecnología de aplicación de la producción de gas de drenaje con bombas sumergibles. Las diferentes condiciones geológicas tienen diferentes requisitos para los equipos, como el contenido de arena, el grado de corrosión, etc., lo que afectará la vida útil del equipo en diversos grados. Por lo tanto, según las diferentes condiciones geológicas y tecnologías de drenaje, una combinación razonable puede maximizar los beneficios.
Referencia
Mei Sijie, Shao Yongshi, Liu Jun, Shi Shigang. 2004. Tecnología de bombas eléctricas sumergibles, Beijing: Petroleum Industry Press, 60, 118.