潛油電泵井系統(tǒng)效率影響因素及改善措施

楊 帆，黃志敏，姬虎軍，袁 潔

（1.渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280；2.中國(guó)石油大港油田分公司第二采油廠，河北滄州 061103；3.中國(guó)石油玉門油田鴨兒峽采油廠，甘肅酒泉 735008）

0 引言

潛油電泵運(yùn)行系統(tǒng)效率直接反映實(shí)際能耗，系統(tǒng)效率也是潛油電泵是否處于良好工作狀態(tài)的重要標(biāo)志。潛油電泵優(yōu)化配置設(shè)計(jì)目標(biāo)是有效提高運(yùn)行系統(tǒng)效率，運(yùn)行系統(tǒng)效率與油井的產(chǎn)能、潛油電泵的優(yōu)化配置、管路阻力損失等工作特性直接相關(guān)。電泵井在選擇潛油電泵時(shí)涉及多方面因素，油井的生產(chǎn)參數(shù)隨著不斷開采一直在發(fā)生變化，必須收集準(zhǔn)確完整的完井?dāng)?shù)據(jù)、區(qū)塊油藏?cái)?shù)據(jù)、油井生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，以及考慮將來生產(chǎn)特性，對(duì)于科學(xué)合理配置潛油電泵的參數(shù)非常重要。要進(jìn)一步開展?jié)撚碗姳镁到y(tǒng)效率影響因素研究，確定一套適用油田潛油電泵井選井方法和原則，避免盲目配置潛油電泵規(guī)格，提高潛油電泵高效運(yùn)行的成功率，同時(shí)對(duì)提高潛油電泵井的實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)效率非常有效，將大大降低電泵井的運(yùn)行能耗。

1 系統(tǒng)效率影響因素

通過長(zhǎng)期對(duì)多種規(guī)格潛油電泵在不同區(qū)塊油藏工況下運(yùn)行積累數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，總結(jié)出潛油電泵現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)效率的主要影響因素如下：

（1）電泵機(jī)組配置元件的運(yùn)行效率。電泵機(jī)組總工作效率與自身的結(jié)構(gòu)組成、泵組成元件磨損及裝配精度直接相關(guān)。沿著電泵系統(tǒng)能量的逐級(jí)傳遞，電泵機(jī)組總效率取決于每一個(gè)執(zhí)行元件的工作效率，主要由電纜效率、電機(jī)效率、保護(hù)器和分離器效率和離心泵效率組成。各執(zhí)行單元工作效率（經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證的實(shí)踐數(shù)據(jù)）：電源10%，電纜93%，電機(jī)73.5%～77%，保護(hù)器和分離器96%，離心泵45%～61%，系統(tǒng)效率29.5%～41.9%。可以得出電泵井運(yùn)行的理論系統(tǒng)工作效率在29.5%～41.9%，只有提高每一個(gè)配置元件的實(shí)際工作效率，才能提高電泵井運(yùn)行的系統(tǒng)工作效率。

（2）配套電泵參數(shù)不合理，造成泵運(yùn)行偏離高效工作區(qū)，系統(tǒng)工作效率降低。250 m3潛油電泵特性曲線如圖1所示，通常選定電泵額定排量的80%～120%作為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)（高效工作區(qū)）。當(dāng)電泵參數(shù)配置不優(yōu)化，會(huì)導(dǎo)致排量偏離高效運(yùn)行區(qū)。潛油電泵總工作效率將明顯下降，造成系統(tǒng)工作效率降低。因此將選擇高效工作區(qū)排量作為機(jī)、泵優(yōu)化配置的重要條件。

圖1 250 m3 潛油電泵特性曲線

（3）配置離心泵揚(yáng)程偏大。當(dāng)配置泵的揚(yáng)程過大時(shí)，電機(jī)功率配置隨之增加，電機(jī)將長(zhǎng)期處于低速高能耗運(yùn)行，泵的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)能耗也將增加，為此進(jìn)行試驗(yàn)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1）可以看出，相同排量下泵揚(yáng)程每增加100 m，泵運(yùn)行日用電量將增加167 kW·h（100 m揚(yáng)程耗電×24=6.99×24=167 kW·h）。

表1 電泵揚(yáng)程耗電試驗(yàn)

（4）電機(jī)功率配置過大。當(dāng)電機(jī)功率配置過大時(shí)，電泵實(shí)際運(yùn)行一直達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行，空載運(yùn)行能耗占比較高，造成運(yùn)行功率損耗較高，通過表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以說明。測(cè)試不同額定功率的電機(jī)空載損耗，發(fā)現(xiàn)電機(jī)每增加10 kW，電泵井每天耗電量增加31.2 kW·h（每千瓦功率損耗×10×24=0.13×10×24=31.2 kW·h）。

表2 機(jī)空載運(yùn)行試驗(yàn)

（5）電泵沉沒度過大。當(dāng)潛油電泵下井沉沒度過大時(shí)，將增加電纜功率損耗和油管的沿程摩擦阻力。電纜功率損耗受電泵供電電壓、電流、電纜電阻（材料）、電纜規(guī)格、電纜長(zhǎng)度及油井溫度等因素影響，主要表現(xiàn)為電纜發(fā)熱。按常規(guī)井控參數(shù)計(jì)算，當(dāng)環(huán)境溫度在20 ℃時(shí)，電纜電阻R=0.92 Ω/km，油井溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，電纜電阻R=1.11 Ω/km，平均電流為36 A，則電纜功率損耗4.3 kW/km，每天的損耗將達(dá)到103 kW·h。油管的摩擦阻力損耗受泵排量、油管規(guī)格、管壁光滑狀況、輸油長(zhǎng)度及原油黏度等影響。

（6）節(jié)流油嘴能耗。潛油電泵生產(chǎn)時(shí)安裝節(jié)流油嘴，可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)目的：①通過油嘴將電泵的生產(chǎn)壓差控制在較合理范圍內(nèi)，保護(hù)油藏開采，調(diào)節(jié)供排流量，保持油層長(zhǎng)期穩(wěn)定的產(chǎn)量，避免過渡開采造成油井抽油流量失調(diào)，以及短期內(nèi)潛油電泵組不匹配，保證生產(chǎn)產(chǎn)量長(zhǎng)期穩(wěn)定；②通過油嘴調(diào)節(jié)，確保潛油電泵的揚(yáng)程及排量都處在高效運(yùn)行區(qū)。

當(dāng)然安裝油嘴也增加了排液阻力，同時(shí)增加了泵運(yùn)行的向下軸向力，加速了工作葉輪和殼體的機(jī)械磨損、軸承磨損，增加了檢泵工作量。當(dāng)油井選泵、配套、生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整同油嘴選擇不匹配時(shí)，會(huì)造成更大的節(jié)流損失。

（7）油層流體性質(zhì)因素。油層流體性質(zhì)會(huì)對(duì)潛油電泵的工作效率及壽命產(chǎn)生影響。當(dāng)油層流體中含砂量過高時(shí)，會(huì)增加泵葉輪的磨損，導(dǎo)致泵效持續(xù)下降，還可能造成卡泵，直接影響泵運(yùn)行壽命。當(dāng)油層流體黏度過大時(shí)，會(huì)造成電泵吸入困難，增大管路輸送阻力，影響泵的排量及效率，加大能耗。當(dāng)油層含氣量過高時(shí)，會(huì)造成氣鎖現(xiàn)象和欠載停機(jī)，嚴(yán)重影響泵效。以上均是油層流體性質(zhì)對(duì)電泵運(yùn)行效率造成的影響，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要根據(jù)油層性質(zhì)進(jìn)行特殊選配或預(yù)處理。

2 提高系統(tǒng)效率的改善措施

潛油電泵動(dòng)力機(jī)組本身能耗損失不可避免，通過嚴(yán)格選井選泵、優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理配置能有效減少不必要的能耗損失，提高電泵井的系統(tǒng)效率。應(yīng)從以下方面予以強(qiáng)化。

2.1 嚴(yán)格選井選泵，確保油層、井筒和地面的協(xié)調(diào)

要進(jìn)一步開展電泵井選井選泵技術(shù)研究，確定一套適用本油田電泵井選井方法和原則，避免盲目配置潛油電泵規(guī)格，提高潛油電泵高效運(yùn)行的成功率，同時(shí)有效提高電泵井的系統(tǒng)效率，降低電泵井的能耗。

2.2 優(yōu)化電泵井設(shè)計(jì)，有效減少各種功率損失

（1）依據(jù)電泵井的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)塊油藏的地層壓力、注采工藝方案，確定合理的油井產(chǎn)量預(yù)測(cè)，確保配置潛油電泵的輸送能力。然后根據(jù)確定的輸送能力確定合理的潛油電泵排量、泵掛深度，設(shè)計(jì)確保電泵井沉沒度控制在300～500 m，有效提高電泵井的運(yùn)行系統(tǒng)效率。

（2）配置優(yōu)化設(shè)計(jì)潛油電泵的電機(jī)功率、排量和揚(yáng)程，主要依據(jù)電泵特性曲線，盡可能使?jié)撚碗姳脫P(yáng)程、排量和效率等參數(shù)達(dá)到最優(yōu)匹配，使得潛油電泵在最優(yōu)能耗區(qū)運(yùn)行。

（3）結(jié)合潛油電泵井生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際，綜合分析、評(píng)價(jià)目前各單位的幾套優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，開發(fā)出一套操作性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、科學(xué)先進(jìn)的潛油電泵井優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，為潛油電泵井的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供技術(shù)保障。

2.3 開展電泵機(jī)組系列優(yōu)化配套技術(shù)研究

提高電泵應(yīng)用效益，應(yīng)本著延長(zhǎng)電泵的檢泵周期、降低能耗的原則做深入細(xì)致的工作，產(chǎn)能預(yù)測(cè)是優(yōu)化機(jī)、泵配套的基礎(chǔ)。通過優(yōu)化機(jī)泵配置及合理有效的工藝配套措施，實(shí)現(xiàn)電泵高效運(yùn)行。