電潛泵在新灘油田的應用

魏延梅

【摘 要】本文探討了油井產(chǎn)能分析與預測問題、機組選型優(yōu)化與配套問題、油井高溫問題、油井含砂含氣問題、機組變頻變速問題以及電潛泵抽油井系統(tǒng)效率問題。指出電潛泵選井選泵工作是確保電潛泵抽油井高效生產(chǎn)，機組處于最佳運行狀態(tài)的重要前提。

【關鍵詞】電潛泵；抽油井；選型配套變頻技術

電潛泵機組的合理選井選泵，是保證其最大限度發(fā)揮工作效能，油田獲得最大經(jīng)濟效益的重要前提。在電潛泵機組的實際選井選泵過程中，某些認識有可能忽視一些重要的應用條件，導致選擇結果不利于電潛泵機組的合理、穩(wěn)定、可靠地工作。因此，下面就電潛泵機組選井選泵所涉及到的幾個問題進行探討。

1.油井產(chǎn)能分析與預測

電潛泵機組選井選泵首先要解決的問題是油井產(chǎn)能的預測。產(chǎn)液能力預測的準確與否直接影響著所設計的電泵井系統(tǒng)的工作性能。預測產(chǎn)液能力的方法有IPR曲線法、VOGEL方程，PI方法等，這些方法各有特點，并有各自的適用范圍[1]，系統(tǒng)設計時具體選用哪種方法應視具體情況而定。

（1）一般情況下，采用廣義IPR曲線進行油井產(chǎn)能分析與預測。

（2）高含水條件下（含水率>70%），采用PI方法進行線性預測；當含水率>90%時，可不考慮產(chǎn)液乳化；泵吸入口壓力大于等于0.7MPa。

（3）含氣條件下，選擇泵吸入口壓力大于等于井液飽和壓力。

（4）若未知油井飽和壓力，綜合考慮產(chǎn)液含水、氣、油比的大小，應用無因次IPR曲線和PI曲線分別求得油井產(chǎn)能，然后與該井開采歷史數(shù)據(jù)對比，進行必要的加權修正。

（5）可根據(jù)一定周期內(nèi)的已知油井采油指數(shù)曲線變化趨勢，擬合油井當前和今后一段時期的產(chǎn)能，從而確定合理的電潛泵采油排量。

2.機組選型優(yōu)化與配套

已知預測產(chǎn)液量和揚程后，即可對電潛泵機組進行選型。下面就機組選型優(yōu)化與配套容易忽視的幾個問題進行探討。

2.1泵的優(yōu)化選型與配套

2.1.1泵軸功率

最好的做法是根據(jù)選定泵型的排量系列[1]，用對應的單級葉導輪最大軸功率而不是高效點的單級軸功率來求得泵軸功率。若采用大批整機試驗得到的實測泵軸功率統(tǒng)計值，則能更加準確計算所選泵型的軸功率。建議采用這種方法來確定泵軸功率。

2.1.2泵有效工況區(qū)

由離心泵的特性曲線可知，泵存在一最優(yōu)的高效工作點，包含該點的小區(qū)域構成離心泵的有效工況區(qū)。對全浮式葉導輪來說，在有效工況區(qū)內(nèi)工作意味著葉輪不會因液壓失衡而產(chǎn)生上磨或下磨，大多數(shù)情況下，泵往往在偏離高效工作點的一定區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定工作。因此，必須對此區(qū)域內(nèi)部及其邊界排量、揚程、軸功率進行綜合分析與驗算。

2.1.3泵軸載荷

多數(shù)情況下，泵軸承載能力沒有問題。當泵的排量較大、揚程較高時，泵軸啟動載荷明顯增加，此時應核算泵軸承載能力。

2.1.4泵沉沒度

泵的許用沉沒度不僅滿足離心泵本身的吸高要求，而且避免井液分離出過多自由氣進入離心泵。因此，在離心泵選型時，如沒有對應于額定排量的泵型，最好采用小一號的泵型，但應根據(jù)預測產(chǎn)量對應的揚程要求來計算葉導輪級數(shù)，從而使泵沉沒度長期保持不變。

2.1.5泵工作的穩(wěn)定性

對多節(jié)串聯(lián)離心泵配置，當單節(jié)泵殼體長度顯著不同時，泵易振動，嚴重時會引起連接螺釘疲勞破壞斷裂，使機組掉井。所以，應當盡可能均勻分配多節(jié)泵殼體號。

2.2附加功率損耗

小排量、高揚程機組在實際應用過程中，作用在保護器和分離器上的附加功率損耗與離心泵軸功率相比占據(jù)較大比例，有時這類功耗可達離心泵軸功率的15%以上。

2.3潛油電動機配套

潛油電動機配套除了滿足功率匹配外，還應考慮如何保證自身散熱條件和降低潛油電纜的壓降損失。為了保證自身散熱，建議潛油電動機外殼流體流速大于0.3048m/s。為了降低動力電纜壓降損耗，建議優(yōu)先采用高電壓、低電流電動機。對于大功率電潛泵機組，還要考慮電動機軸承載能力校驗問題。在套管內(nèi)徑足夠大的條件下，優(yōu)先采用大直徑潛油電動機。

2.4動力電纜選擇

動力電纜的選擇需要考慮以下3個主要因素：

（1）確保電纜電壓降損失不影響潛油電動機啟動電壓。

（2）確保電纜與套管之間有足夠間隙。

（3）確保動力電纜絕緣等級足夠。

3.油井高溫問題

常規(guī)電動機允許最高工作溫度（井溫）105～115℃，由于涉及到井下電力傳遞絕緣性能和電潛泵機組運動副熱效應，在高溫油井（井底溫度>115℃）中的電潛泵機組應用問題一直屬于電潛泵應用難題。選井選泵時，除了采用具有特殊性能的高溫潛油電動機外，對潛油電動機和電纜的規(guī)格尺寸選取還應有特殊要求。

4.油井含砂、含氣、機組變頻變速及軟啟動

電潛泵機組在含砂油井的應用問題較多。盡管目前已經(jīng)出現(xiàn)各種類型的防砂電潛泵如目前新灘油田使用的寬流道耐砂泵，但其使用壽命距離我們的需求還很遠。在含砂油井電潛泵選井選泵過程中，需要明確井液含砂量、酸溶性、砂粒度、石英砂含量、砂粒幾何特性等。上述參數(shù)可以通過試驗取得經(jīng)驗數(shù)據(jù)。如果上述數(shù)據(jù)不全，應當謹慎考慮是否下防砂電潛泵。

在潛油離心泵吸入口處，當自由氣與產(chǎn)液的體積比達8%～10%時，泵的工作性能開始惡化。因此，在選井選泵時，需考慮加裝氣體分離器。通常單節(jié)旋轉式分離器分離效率可達90%，當預測由井油氣比較高時可采用兩節(jié)旋轉式分離器。此外，需要根據(jù)氣體性質(zhì)選擇合適的防腐機組和電纜材料。

電潛泵機組的變頻控制允許機組轉速在額定轉速附近上下變化，從而使機組與油井工況最佳，達到穩(wěn)定生產(chǎn)和系統(tǒng)節(jié)能的目的。由于離心泵變頻參數(shù)滿足相似定律，所以泵工作參數(shù)隨頻率變化而顯著變化。為此，進行機組變頻匹配選型時，應當遵循下列原則：

（1）離心泵的額定排量參數(shù)必須介于最小頻率和最大頻率各自對應的排量值之間。

（2）采用變頻裝置后，變頻電性能可能導致潛油電動機發(fā)熱量增加10%以上。因此，變頻機組電動機選取應遵循前述高溫電動機的參數(shù)選取原則。

5.電潛泵抽油井系統(tǒng)效率

電潛泵抽油井的系統(tǒng)效率與經(jīng)濟效益密切相關。在選井選泵時需要進行優(yōu)化設計。提高離心泵的水力功率或者降低電動機的輸入電功率，均有助于提高系統(tǒng)效率?？梢酝ㄟ^以下兩種方法進行電潛泵機組優(yōu)化。

（1）對不同類型的潛油電動機與離心泵組合，優(yōu)化匹配參數(shù)，從中選出最佳配套。

（2）采用變頻技術，對給定機組進行工作參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化。

6.結論與建議

（1）電潛泵是新灘油田最主要的采油方式，電潛泵選井選泵工作是確保電潛泵抽油井高效生產(chǎn)、機組處于最佳運行狀態(tài)的重要前提，因此我們應高度重視，靈活掌握正確的選井選泵原則。

（2）建議加大電潛泵機組選井選泵相關研究，不斷改進和完善選井選泵方法，提高選井選泵水平，確保電潛泵機組高效、穩(wěn)定、長期、可靠地工作。

（3）針對新灘油田出砂嚴重和油田高效、高速開發(fā)實際，建議加強防砂技術及高效耐砂電泵機組研究工作。 [科]

【參考文獻】

[1]畢玉芬.石油工業(yè)對電潛泵的新要求.國外石油機械，1996，02.

[2]白廣文.潛油電泵技術.石油工業(yè)出版社，1993.