利用測試分析提高電泵井系統(tǒng)效率

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

利用測試分析提高電泵井系統(tǒng)效率

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

潛油電泵是油田開發(fā)生產(chǎn)過程中的一種重要的機(jī)械采油設(shè)備，提高電泵井系統(tǒng)效率，節(jié)約電能，開展?jié)撚碗姳镁到y(tǒng)的節(jié)能潛力分析與研究是十分必要的。闡述了潛油電泵井系統(tǒng)效率的測試內(nèi)容和計算方法，分析了潛油電泵系統(tǒng)的功率損失和影響潛油電泵井系統(tǒng)效率的因素，提出了應(yīng)用變頻控制技術(shù)、高壓電動機(jī)、高效系列潛油電泵、自動調(diào)節(jié)油嘴、高效分離器、無功自動補(bǔ)償裝置和智能節(jié)電控制柜，加強(qiáng)電泵井優(yōu)化設(shè)計與參數(shù)優(yōu)選，以及加強(qiáng)科學(xué)管理8項(xiàng)措施。實(shí)踐證明，這些措施效果良好。

潛油電泵井 測試 分析 系統(tǒng)效率

引言

潛油電泵是油田開發(fā)生產(chǎn)過程中的一種重要的機(jī)械采油設(shè)備，具有排量大、揚(yáng)程高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于油井停噴后的高產(chǎn)油井、高含水井、深井及定向井中，是油田實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。以勝利油田孤東采油廠為例，目前全廠有潛油電泵井36口 ， 電 動 機(jī) 總 額 定 功 率 1327.8kW， 平 均 含 水91.05% ， 平 均 產(chǎn) 液 量 154m3/d， 平 均 下 泵 深 度935.2m，單井日平均耗電 1856kWh。經(jīng)現(xiàn)場測試平均系統(tǒng)效率為 29.8%，其電動機(jī)控制方式分別為軟啟動控制裝置和變頻調(diào)速控制裝置，其中變頻調(diào)速控制裝置18臺，軟啟動控制裝置18臺。

提高機(jī)械采油系統(tǒng)的運(yùn)行效率，已成為各油田節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的一個重要 的 手 段[1]。 近 幾 年 來 ， 各 油 田 圍 繞 如 何 提 高 電 泵井系統(tǒng)的運(yùn)行效率這一問題做了大量的工作，取得了良好的效果，但仍有很大的挖掘潛力。從前幾年采油廠能耗統(tǒng)計的結(jié)果來看，隨著老油田開發(fā)難度的逐年增大，機(jī)采系統(tǒng)的總能耗量還存在著一定的增長之勢，降本增效已成為各采油廠急需解決的重要問題。為此，圍繞提高機(jī)采系統(tǒng)電泵井系統(tǒng)效率這一課題，強(qiáng)化技術(shù)調(diào)研和系統(tǒng)能耗跟蹤測試分析工作，采取了多種技改措施。

1 潛油電泵井系統(tǒng)效率的測試與計算

1.1潛油電泵井系統(tǒng)效率的測試

潛油電泵井系統(tǒng)效率的測試，參照石油和天然氣行業(yè)關(guān)于機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試和計算標(biāo)準(zhǔn)SY/T5266—1996 《機(jī) 械 采 油 井 系 統(tǒng) 效 率 測 試 方法》，其測試參數(shù)包括電氣測試參數(shù)：輸入功率（或電流、電壓）、功率因數(shù)，其中輸入功率是指井下電纜或變頻裝置的輸入功率；井口測試參數(shù)：油壓、套壓、產(chǎn)液量和含水率；井下測試參數(shù)：油井動液 面 、 油 管 吸入口深 度[2]。

1.2潛油電泵井系統(tǒng)效率的計算

潛油電泵井系統(tǒng)效率反映了電泵提液的效率，是電泵提液做的凈功與電泵系統(tǒng)耗電量的比值，反映了電泵井的節(jié)電效果。系統(tǒng)效率是從變壓器功率輸出到傳送、提液至井口等各環(huán)節(jié)效率的乘積，即

式中， η 為潛油電泵井系統(tǒng)效率； η1為變壓器效率； η2為控制柜效率； η3為電纜效率； η4為電動機(jī)效率； η5為保護(hù)器效率； η6為分離器效率； η7為潛油泵效率； η8為油井管柱效率。

根據(jù)潛油電泵系統(tǒng)的組成情況，可以把潛油電泵系統(tǒng)的功率損失分為八個部分，即變壓器損失、控制柜損失、電纜損失、電動機(jī)損失、保護(hù)器損失、分離器損失、潛油泵損失和油井管柱損失。

1）變壓器損失分為鐵損和銅損，這兩項(xiàng)損失都包含基本損失和附加損失。一般情況下，變壓器損失占系統(tǒng)總損失的比例較小，但如果變壓器現(xiàn)場配置不合理，也會產(chǎn)生較大損失。如孤東油田GD65P1為電泵井，用 2臺變壓器帶動，1臺為降壓變壓器，1臺為升壓變壓器，其變壓器累加損耗率達(dá)到了 32.45%，明顯高于 1 臺變壓器的損耗。

2）控制柜損失主要指部分電氣元件的發(fā)熱損失，控制變壓器的鐵損和銅損以及中心控制器的損耗等?？刂乒駬p耗相對較小，一般不超過 2kW，效率在98%左右。

3）當(dāng)電流與電壓一定時，電纜損失與電纜的截面積及長度有關(guān)。

4）電動機(jī)是電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的設(shè)備，在能量轉(zhuǎn)換過程中必然有損失，其損失包括定子銅損、轉(zhuǎn)子銅損、主磁能在定子鐵芯中產(chǎn)生的鐵損、軸承摩擦損失和通風(fēng)損失。電動機(jī)的最大效率在 70%～100%范圍內(nèi)，額定負(fù)載時，潛油電動機(jī)的效率在75%～94%之間。

5）保護(hù)器損失主要指機(jī)械摩擦損失，對于一定型號的保護(hù)器來說，其損耗基本為定值。

6）分離器損失由水力損失、容積損失和機(jī)械損失等組成，分離器損失相對較小，其工作效率一般為95%左右。

7）潛油泵損失由機(jī)械損失、水力損失和容積損失三部分組成。在不同排量下，離心泵效率為單位時間內(nèi)流過離心泵的液體從泵那里得到的能量，即有效功率與電動機(jī)輸入到離心泵液體上的功率之比，它反映的是能量之比。一般情況下，離心泵的總效率可達(dá)85%～90%。

8）油井管柱損失主要指液體在油井管柱中流動過程所產(chǎn)生的摩擦損失和水力損失，這部分損耗相對較小，一般不超過2kW。

2 影響潛油電泵井系統(tǒng)效率的因素

目前影響潛油電泵井系統(tǒng)效率的主要因素有：

1）泵機(jī)組揚(yáng)程大小與電泵級數(shù)有關(guān)，電泵級數(shù)越高，揚(yáng)程越高，舉升消耗的功率也越高。如某電 泵 井 排 量 為 45～80m3/d， 節(jié) 數(shù) 為 2 節(jié) 泵 ， 平 均 揚(yáng)程為 1800m，平均噸液耗電 29.91kWh；當(dāng)節(jié)數(shù)為 3節(jié)時，其揚(yáng)程為 3000m，平均噸液耗電 47.05kWh。

2）泵吸入口壓力高對油井生產(chǎn)有益處，但過高的泵吸入口壓力會造成油管壓力頭和動力電纜功率損失。如某油田統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，泵吸入口壓力大于 7MPa的油井與 2～5MPa的油井對比，動力電纜的功率損失高出 1.04kW，兩項(xiàng)損失功率折算日耗電量高出 121.9kWh。

3）現(xiàn)場應(yīng)用測試數(shù)據(jù)表明，潛油電泵下泵深度對潛油電泵電纜功率損失、油管壓力頭損失功率影響較大，且成正比關(guān)系，下泵深度越深，功率損失越大。

4）目前大部分油井配套的潛油電動機(jī)功率大，而有效功率小，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低，電動機(jī)能源利用效率低，油井噸液耗電量高。

5）變壓器配套容量過大，或多臺變壓器串聯(lián)運(yùn)行，導(dǎo)致變壓器功率損失增大，能耗增加，嚴(yán)重影響系統(tǒng)效率。系統(tǒng)耗電量與電動機(jī)電壓有關(guān)，且影響較大。當(dāng)電動機(jī)電壓增加時，系統(tǒng)總能耗明顯減少，即要降低系統(tǒng)的總能耗電量，最理想的做法采用高壓電動機(jī)。

6）油井地層供液變化時，若地面配套設(shè)置不合理，容易造成無法自動控制排量，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行效率。

7）潛油電泵功率大，全壓啟動時，啟動電流大 （為額定電流的 5～8倍），對泵的機(jī)械特性沖擊損害較大，電泵巨大的吸力可能把砂子吸入機(jī)組造成砂卡或電纜擊穿；而停泵時，要在電泵系統(tǒng)中產(chǎn)生放電反沖擊，不僅浪費(fèi)電量，而且對電動機(jī)和電纜的使用壽命造成影響。

8）潛油電泵的工況點(diǎn)是由油井的流入特性、泵特性及管路特性共同決定。如果潛油電泵的泵型、泵掛、揚(yáng)程等參數(shù)選擇不合理，將嚴(yán)重影響電泵井的系統(tǒng)效率。

3 提高系統(tǒng)效率的措施

針對潛油電泵井系統(tǒng)效率的影響因數(shù)，提出有針對性的對策措施：

1）推廣應(yīng)用變頻控制技術(shù)。該技術(shù)是通過變頻改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)離心泵的排量，使其泵特性和油井供液生產(chǎn)能力相匹配，確保機(jī)組工作在最 佳 高 效 工 作 區(qū) 內(nèi)[3]。 它 具 有 軟 啟 動 控 制 、 穩(wěn) 壓 保護(hù)、軟失速和其他控制功能，起到穩(wěn)油控水的作用，同時延長了電泵井的使用壽命。

2）推廣應(yīng)用高壓電動機(jī)。將原來額定電壓為660V 潛油電動機(jī)改造為額定電壓 1500V 或額定電壓1800V潛油電動機(jī)，有效降低油井系統(tǒng)總能耗。

3）應(yīng)用高效系列潛油電泵。使其適應(yīng)不同排量、溫度的油井，電泵機(jī)組級數(shù)可任意組合，降低電泵機(jī)組功率，提高系統(tǒng)效率。如某油井原機(jī)組設(shè)計 排 量 160m3/d， 級 數(shù) 290 級 ， 系 統(tǒng) 效 率 為 25.6% ，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計后，機(jī)組型號不變，將級數(shù)降為 250級，裝機(jī)功率降低，則系統(tǒng)效率為 40.1%，較原系統(tǒng)效率提高了 14.5%。

4）應(yīng)用自動調(diào)節(jié)油嘴。通過改變井口油嘴大小控制整個系統(tǒng)處于高效區(qū)工作，即按照油井最大產(chǎn)液量匹配潛油電泵；當(dāng)實(shí)際產(chǎn)液量與其不匹配時，利用油嘴調(diào)節(jié)產(chǎn)液量的大小。自動調(diào)節(jié)油嘴具有自動穩(wěn)壓，自動調(diào)節(jié)產(chǎn)量，穩(wěn)定可靠，簡單易行，價格低廉等特點(diǎn)，是目前減小電泵井節(jié)流損失和排量調(diào)節(jié)的最有效措施之一。通過實(shí)施更換自動調(diào)節(jié)油嘴，以提高電泵井的效率。

5）應(yīng)用高效分離器。高氣液比會導(dǎo)致泵的排量降低，氣蝕、腐蝕嚴(yán)重，檢泵周期縮短。采用高效分離器，可以提高泵排量，延長機(jī)組運(yùn)行時間和檢修期。

6）應(yīng)用無功自動補(bǔ)償裝置和智能節(jié)電控制柜。通過應(yīng)用無功自動補(bǔ)償裝置降低無功電流，提高電動機(jī)功率因數(shù)，確保電動機(jī)功率因數(shù)在接近1.0 下高效運(yùn)行。通過應(yīng)用智能節(jié)電控制柜，在負(fù)載發(fā)生變化或供電電壓波動時，自動調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓，讓電壓處于最佳效率區(qū)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)提高功率因數(shù)，降低電能消耗。

7）加強(qiáng)電泵井優(yōu)化設(shè)計與參數(shù)優(yōu)選。運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)軟件，優(yōu)化設(shè)計確定每一口電泵井的泵型、泵掛、揚(yáng)程等生產(chǎn)參數(shù)，使油井的流入特性、泵特性和管路特性三者處于統(tǒng)一平衡，從而提高整體系統(tǒng)效率。通過對往年作業(yè)資料進(jìn)行深入分析，利用成功的井例反復(fù)推演，建立了電泵井優(yōu)化設(shè)計模型；并依照優(yōu)化設(shè)計模型，針對腐蝕、結(jié)垢等不同井況進(jìn)行了電泵適應(yīng)性改進(jìn)與整體優(yōu)化，不僅實(shí)現(xiàn)了電泵作業(yè)井機(jī)組參數(shù)的優(yōu)化配置，也有效解決了腐蝕、結(jié)垢難題。

8）加強(qiáng)科學(xué)管理。利用“系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)”分析方法加強(qiáng)潛油電泵井系統(tǒng)效率測試分析工作，做到每季度對所有電泵井測試一次，并對測試數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，提出有針對性的改進(jìn)意見?！跋到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)”管理模式中確定的各級節(jié)點(diǎn)，相輔相成，互相促進(jìn)。電泵系統(tǒng)按照節(jié)點(diǎn)模式也被分為“電泵工藝設(shè)計優(yōu)化”、“電泵管理”等 3個層級 15個節(jié)點(diǎn)。井況分析與優(yōu)化設(shè)計是電泵系統(tǒng)的兩個三級節(jié)點(diǎn)。按照勝利油田電泵井管理規(guī)范指標(biāo)，中高滲整裝油藏電泵井檢泵周期 600天，復(fù)雜斷塊油藏 450天，低滲透砂巖油藏 360 天，對電泵井實(shí)施有效科學(xué)管理。日常巡井與故障處理是電泵系統(tǒng)的另外兩個三級節(jié)點(diǎn)。專門制訂了嚴(yán)格的巡井制度，在巡井過程中要求及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，做到事前處理，從而杜絕管理漏洞。同時，堅持 24h值班制度，人不離崗、崗不離人，確保突發(fā)事件與突發(fā)故障得到及時處理。

4 實(shí)施效果

2008年以來，勝利油田孤東采油廠按照“系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)”精細(xì)化管理模式，強(qiáng)化電泵井的測試分析，找出影響電泵井系統(tǒng)效率的因素，提出相應(yīng)的對策措施，對全廠 36口電泵井進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化和管理，對低效電泵井實(shí)施專項(xiàng)治理，收到明顯成效。目前36口電泵井全部運(yùn)行于高效工況區(qū)，其中，免修期在2年以上的“長壽井”有 26口，占總電泵井?dāng)?shù)的72.2% ， 平 均免 修 期 達(dá)到 876 天 ，電泵 井 平均檢 泵周期已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了油田規(guī)定的指標(biāo)要求。單井平均日耗電由 2008 年的 2316kWh 下降到目前的 1856 kWh，噸液耗電量由原來的 16.74kWh 下降到目前的 12.05kWh， 平 均 系 統(tǒng) 效 率 由 原來的 25.7%提 高 到目前的 29.8%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5 結(jié)束語

綜上所述，運(yùn)用“系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)”分析方法，加強(qiáng)潛油電泵井系統(tǒng)測試分析，找出影響電泵井系統(tǒng)效率的主要因素，形成電泵井系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造的成套技術(shù)，對電泵井系統(tǒng)耗能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐一分析，探究各節(jié)點(diǎn)的能源損失現(xiàn)狀，制定有效對策，是油田開展節(jié)能降耗工作的有效途徑。提高潛油電泵井系統(tǒng)效率必須對各影響因素進(jìn)行綜合分析，并采取多種綜合性的有效節(jié)能措施，才能將系統(tǒng)效率提高到一個理想的水平。

[1]朱益飛,石曉明,馬冬梅.提高孤東油田機(jī)采系統(tǒng)效率的探討[J].電力需求側(cè)管理,2009,11(4):44-48.

[2]SY/T5266—1996《機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試方法》[S].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

[3]朱益飛,淳永忠,張恒鈺,董玉忠.變頻調(diào)速技術(shù)在油田電潛泵中的應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2011,13（1）:46-48.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.008.001

2012-12-13）

朱益飛，高級工程師，1989年畢業(yè)于華東石油學(xué)院生產(chǎn)過程自動化專業(yè)，從事油田節(jié)能新技術(shù)新工藝的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用 工 作 ， E-mail： zhuyifei112.slyt@sinopec.com， 地 址 ： 山 東省 東 營市仙河鎮(zhèn)勝利油田孤東采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督站，257237。