海上油田电潜泵井系统效率优化调整对策

海上油田电潜泵井系统效率优化调整对策

李海峰伊兵

海洋采油厂海四生产管理区李海峰伊兵

摘要：随着油田进入高含水期，电潜泵由于具有排量大、地面设备及井下传递能量方式简单等优点而得到比较广泛的应用。如何全面掌握电潜泵井的工况、挖掘油井潜力、保证设备有效工作、提高系统效率就显得非常重要。主要以地层供给能力为依据，以地层与电泵举升设备协调为基础，进行电潜泵系统效率优化设计。

关键词：电潜泵；系统效率；优化设计；数值模拟

引言

电潜泵(ESP)采油工艺具有设备结构简单、效率高、排量大、自动化程度高等优点，广泛应用于非自喷高产井、高含水井和海上油田。统计资料显示，电潜泵的平均产液量是传统杆式泵的2倍以上，国外先进的电潜泵系统，应用于超深下入，高排量开采具有高可靠性、耐高温高压、自动化程度高、兼容性好等优点。电潜泵是一种最早用于采油的人工举升设备，是提高采液速度、实现油井继续稳产的有效途径。但电潜泵井系统效率低、耗电量高，在油田的生产中，合理的生产措施直接关系到电潜泵抽油的经济效益，如何有效提高电潜泵的系统效率是研究的重点，可以应用节点分析方法，对各参数进行优化，使整个系统的工作协调统一，达到提高系统效率、降低电能损耗的目的[2]。

1电潜泵系统效率影响因素

1.1确定泵挂深度和泵型

根据IPR关系确定设计产量和对应的井底流动压力，确定设计产量和井底流动压力后，利用多相管流，从井底向上计算，就可以确定泵深。其中，下泵深度

式中：hs为折算沉没度，m；γl为井液重度，N/m3；Lfc为折算动液面深度，m；H为油层中部深度，m；pwf为转抽方案所要求的泵抽生产时的流压，Pa；ps为沉没压力，Pa。确定泵的深度后，从井口压力pwh开始，用选定的垂直多相管流压力计算方法计算，直至泵挂位置，得到泵的排出口压力，得出泵的举升压差。如图1所示，节点D代表井口压力，根据油井距计量站的远近，由设计者给出；节点A代表井底流压，节点B和节点C分别代表泵入口压力和排出口压力。

由离心泵的特性可知，泵在额定流量工作时叶轮流道内的水力损失最小，泵效最高。选择泵型时，应使所选泵型的额定排量与产液量插值最小，且产液量应在高效范围之内。根据泵的入口体积流量Vin和出口体积流量Vout选择泵型，即Vin和Vout落在最优排量范围内。

1.2确定泵级数和泵功率

在电泵入口到出口之间，泵内流体的体积、密度随压力改变，各压力点处的压力梯度不同，因此需将泵吸入口到排出口之间的压力分成多段，分别进行计算。

1.2.1级数确定。当液体和气体同时泵送时，泵的排量及相应产生的每级压头和梯度会随着流体从吸入值p1升高到排出值p2而发生变化。泵所产生的压力微分形式如下：

2选择电动机。在得出上述功率的基础上，电动机的选择还需考虑套管尺寸因素，在最终选择电动机时，要分别考虑分离器和保护器的机械损耗，同时还要兼顾压井液卸载时对电动机的工作要求。通过选择出电动机的型号，从而确定出电动机的额定电压和电流。

3选择电缆。电缆型号可以根据井下环境、电机功率、电压和电流进行选择。电缆的压降损失和功率损失与电缆的截面积和长度有关，其电力损失直接影响采油成本。所以在选择电缆时，尽可能选用截面积比较大的电缆。

4电潜泵系统效率优化实例

某井目前平均产液量为42m3/d，波动范围为45～70m3/d，含水率为47%～62%，油层压力20.5MPa，生产套管尺寸178mm，原始泵效为38.4%，通过计算得知下泵深度为1800m。使用数值模拟软件建立油井模型，设计了产量分别为50、60m3/d，含水率分别为45%、55%、65%条3/d。本次设计主要选用D400和DN6752种泵型，其中，D400泵合理上下限为31.8～87.44m3/d，DN675泵合理上下限为50.88～131.9m3/d。当设计产量为50m3/d时，选择D400泵，泵效达到51%左右；当设计产量为60m3/d时，考虑到产液量的波动性，后期可能会达到80m3/d，会超出D400泵的合理范围，选择DN675泵，泵效达到48%左右；当设计产量为80m3/d时，选择DN675泵，泵效达到54%左右。其泵效均处于优化区间内。

5结束语

通过以上分析可知，泵挂深度、泵型、泵级数和泵功率的选择直接影响电潜泵的系统效率。首先要根据原始数据确定下泵深度；再根据产液量选择泵型，要确保产液量在泵的合理上下限范围内；然后根据泵排量及相应产生的每级压头和梯度确定泵级数，根据泵功率、流体的相对密度和级数确定泵功率；最后，是选择合适的电动机和电缆，其中，算出的泵功率为电动机在正常工作下要求的输出轴功率，还要考虑分离器和保护器的机械损耗功率，所选电动机的额定功率要比输出轴功率大。

参考文献

1.钱钦,薛晶,郑勇,等.提高电潜泵采油系统效率的优化设计[J].石油天然气学报,2006,28(4):134-135。