電潛泵采油系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計

王小瑋

中國石油新疆油田分公司彩南油田作業(yè)區(qū)，新疆阜康831511

電潛泵采油系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計

王小瑋

中國石油新疆油田分公司彩南油田作業(yè)區(qū)，新疆阜康831511

為了降低彩南油田潛油電潛泵采油井的耗電量，提高其系統(tǒng)效率，文章以電潛泵井各部分功率損失與系統(tǒng)效率的關(guān)系為基礎(chǔ)，從電潛泵井產(chǎn)液量、動液面、配套電機功率、電泵揚程、下泵深度等參數(shù)入手，編制了電潛泵工況分析及優(yōu)化設(shè)計軟件，并應(yīng)用該軟件對彩南油田21口電潛泵井耗電量高、系統(tǒng)效率低的問題進行了原因分析，且對21口井重新進行優(yōu)化設(shè)計。通過優(yōu)化后的效果分析，系統(tǒng)效率提高了20.01%，噸液耗電降低了6.67 kW·h，年節(jié)約電費262.41萬元。

電潛泵；系統(tǒng)效率；優(yōu)化設(shè)計；工況分析

0 引言

隨著油田開發(fā)進入高含水期，潛油電潛泵采油工藝以其優(yōu)越的強采能力和排量大的特點在高含水期油田得到廣泛應(yīng)用，在油田增油上產(chǎn)方面發(fā)揮了巨大的作用，但電潛泵井系統(tǒng)效率低、耗電量高，如何提高電潛泵采油系統(tǒng)效率，降低電潛泵采油井耗電量，使電潛泵在最佳經(jīng)濟區(qū)運行，已成為當(dāng)前降低電潛泵采油成本的一條重要途徑。因此，本文研究了電潛泵井的各部分損失功率構(gòu)成、各舉升參數(shù)與系統(tǒng)效率的關(guān)系，并通過對電潛泵井生產(chǎn)參數(shù)、舉升參數(shù)計算方法的研究，系統(tǒng)優(yōu)化下泵深度、電潛泵揚程、電機功率等參數(shù)，達到提高電潛泵采油系統(tǒng)效率和節(jié)能降耗的目的。

1 電潛泵采油系統(tǒng)效率分析

電潛泵采油系統(tǒng)消耗的總功率分為井下、中間和地面三部分，即潛油電機輸入功率、潛油電纜功率和地面設(shè)備功率損失。而潛油電機是電潛泵采油系統(tǒng)的主要能耗點，能耗占總功率的80%以上，因此，為便于分析電潛泵井的井下功率損耗，將潛油電機的輸入功率進一步細化為以下四個部分：一是電潛泵系統(tǒng)舉升液體所消耗的水功率（即有效功率P有效）；二是油管壓頭損失功率（P油管）；三是潛油電機本身的功率損失；四是井下分離器、保護器功率損失。

2 彩南油田電潛泵采油系統(tǒng)效率低的原因分析

目前彩南油田共有電潛泵采油井21口，日產(chǎn)液1 849.2 t，日產(chǎn)油87.04 t，平均含水95.3%，電潛泵排量以80～150 m3/d為主，單井日耗電達1 098.1 kW，噸液耗電13.86 kW·h。21口井平均系統(tǒng)效率只有16.19%，平均有效功率只有7.5 kW，而平均輸入功率高達45.77 kW。彩南油田電潛泵采油系統(tǒng)效率分類對比見表1。

表1 彩南油田電潛泵采油系統(tǒng)效率分類對比

從表1的統(tǒng)計結(jié)果看，系統(tǒng)效率小于10%的有5口，平均系統(tǒng)效率只有5.97%，平均有效功率只有2.92 kW；系統(tǒng)效率大于10%、小于30%的有14口，平均系統(tǒng)效率為18.62%；系統(tǒng)效率大于30%的只有2口，平均系統(tǒng)效率為34.70%。因此，有效功率低、輸入功率高是造成電潛泵井系統(tǒng)效率低的最根本、最主要的原因。

2.1 有效揚程和日產(chǎn)液量過低造成有效功率低

表2為電潛泵有效功率分類對比，圖1為有效揚程、揚程、系統(tǒng)效率關(guān)系曲線。由表2可知，有效功率低于10 kW的有15口，其平均有效功率只有5.15 kW，平均系統(tǒng)效率只有11.64%，平均有效揚程為620.98 m，而電潛泵揚程高達1 221.37 m，有效揚程與電潛泵揚程的差值為600.39 m，日產(chǎn)液量只有80.05 t/d；有效功率大于10 kW的有6口，平均有效功率13.38 kW，平均系統(tǒng)效率為27.57%，平均有效揚程為1 097.66 m，電潛泵揚程為1 111.43 m，有效揚程與電潛泵揚程的差值為13.83 m，日產(chǎn)液量為108.08 t/d。

表2 電潛泵有效功率分類對比

由圖1和表2可得出：有效揚程與電潛泵揚程的差值過高、日產(chǎn)液量過低是造成有效功率低的關(guān)鍵因素。因此，合理地匹配電潛泵揚程，使電潛泵揚程等于或略大于有效揚程，以及在地層靜壓一定的情況下，確定合理的提液量和合理的下泵深度，是提高有效功率的主要途徑。

2.2 沉沒度和配置的潛油電機功率過高造成輸入功率高

由表2可看出，有效功率低于10 kW的15口電潛泵井平均沉沒度高達617.97 m，造成平均泵吸入口壓力為7.14 MPa，超出了合理的泵吸入口壓力（1.0～5.0 MPa）；彩南油田潛油電潛泵井配置的潛油電機平均電機功率為44.14 kW，由于舉升液體所做的有效功率低，平均有效功率只有7.5 kW。在保持有效功率不變的情況下，按照電機效率80%、泵效50%優(yōu)化設(shè)計電機功率，則21口井平均所需要的電機功率僅18.75 kW，平均電機功率高于優(yōu)化設(shè)計值25.39 kW。若按此優(yōu)化值計算，則平均系統(tǒng)效率將達到40%，可在目前21口電潛泵井平均系統(tǒng)效率為16.19%的基礎(chǔ)上提高23.81%。

圖1 有效揚程、揚程、系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

圖2為電機功率對比曲線，由圖2可得出：電泵井的電機功率配置均存在功率偏大、大馬拉小車現(xiàn)象，造成電機功率利用率低。因此，合理地配置電機功率和確定合理的沉沒度是降低輸入功率、提高電潛泵采油系統(tǒng)效率的重要途徑。

圖2 電機功率對比曲線

當(dāng)然，造成電潛泵井系統(tǒng)效率低的原因除以上幾種主要原因外，還與井口壓力、電機工作電壓、動力電纜損失等多種因素有關(guān)，是多種因素相互作用、相互影響的結(jié)果。因此，為提高電潛泵采油系統(tǒng)效率、降低耗電量，系統(tǒng)地研究各運行參數(shù)的相互關(guān)系，優(yōu)化各運行參數(shù)，建立合理的供排關(guān)系是提高電潛泵采油系統(tǒng)效率、節(jié)能降耗的根本途徑。

3 提高電潛泵采油系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計

為達到提高電潛泵采油系統(tǒng)效率的目的，根據(jù)提高有效功率和降低輸入功率的原則，編制了電潛泵工況分析及優(yōu)化設(shè)計軟件，主要優(yōu)化設(shè)計步驟如下:

（1）根據(jù)地層壓力、區(qū)塊開發(fā)特點，確定合理的提液量。

（2）根據(jù)確定的目標(biāo)提液量，以泵吸入口壓力為控制參數(shù)，計算下泵深度。

（3）計算舉升目標(biāo)提液量下所需要的有效舉升高度和油管壓頭損失高度，并確定電潛泵井在設(shè)計井口壓力條件下舉升目標(biāo)提液量所需要的有效揚程。

（4）根據(jù)舉升目標(biāo)提液量所需要的有效揚程，在電潛泵系列中優(yōu)選吻合程度最高的電潛泵揚程。

（5）結(jié)合泵特性曲線，選擇合理排量的電潛泵。

（6）計算舉升目標(biāo)提液量所需要的有效功率。

（7）計算所需要的潛油電機功率，結(jié)合井況，在潛油電機系列中優(yōu)選吻合程度最高的潛油電機功率。

3.1 優(yōu)化前后電潛泵井系統(tǒng)參數(shù)對比分析

表3為優(yōu)化設(shè)計前后電潛泵井各參數(shù)平均值對比，由表3可知，21口電潛泵井優(yōu)化后平均沉沒度308.19 m、泵吸入口壓力3 MPa，揚程與有效揚程差108.09 m、輸入功率24.74 kW、泵效51.65%、系統(tǒng)效率36.20%，泵效和系統(tǒng)效率較優(yōu)化前分別提高29.59%和20.01%，日耗電量減少489.45 kW·h，噸液耗電量降低6.67 kW·h。

表3 優(yōu)化前與優(yōu)化設(shè)計后電潛泵井平均值對比表

3.2 經(jīng)濟效益評價

優(yōu)化后平均單井日節(jié)電489.45 kW·h，21口井年節(jié)電489.45×21×365=375.16萬（kW·h），每度電按0.7元計算，年節(jié)約電費262.41萬元。因此，提高電潛泵采油系統(tǒng)效率技術(shù)具有較廣泛的推廣應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

（1）彩南油田電潛泵井的泵效低、部分井沉沒度過大、泵排量與日產(chǎn)液量不匹配、有效功率低、配置電機功率過高等因素是造成系統(tǒng)效率低下、日耗電量高的主要原因。

（2）根據(jù)彩南油田三工河組的地質(zhì)特性，應(yīng)用電潛泵工況分析及優(yōu)化設(shè)計軟件對彩南油田電潛泵井進行優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)效率較優(yōu)化前提高了20.01%，日耗電量下降了489.45 kW·h，實現(xiàn)年節(jié)約電費262.41萬元。

[1]姚春東，蘇艷玲，冷陸游.電泵井系統(tǒng)效率的仿真模型[J]．石油機械，2013，41（5）：64-68.

[2]姜民政，朱君.電潛泵井系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J]．石油機械，1997，25（4）:2-24.

[3]師世剛.潛油電泵采油技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[4]梅思杰，邵永實，劉軍，等.潛油電泵技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004.

[5]黃曉，石步乾，范喜群.電泵井優(yōu)化設(shè)計及工況診斷技術(shù)的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2000，23（6）：87-89.

[6]李雙成，樓振英，李廣超.潛油電泵井參數(shù)優(yōu)選設(shè)計[J].河南石油，1999，13（2）：34-36.

[7]周明卿.小排量潛油電泵深抽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].斷塊油氣田，1997，4（6）：35-38.

[8]GAalles D J，Larson J B.Optimized Electric Submersible PumpingtoExtendEconomicOilProductionina High-water-cut Environment[J].JPT，1996（1）：56-62.

Efficiency Optimization Design of Oil Production System Using Electric Submersible Pumps

Wang Xiaowei
Cainan Oilfield Operation District of PetroChina Xinjiang Oilfield Company，F(xiàn)ukang 831511，China

In order to reduce the power consumption and raise the system efficiency of the oil production wells using electric submersible pumps in Cainan Oilfield，the analysis and design optimization software of electric submersible pump working conditions is developed based on the relation between power losses of oil well sections and whole system efficiency，also on the parameters of well fluid production rate，variable fluid level，matching motor power，pump head，pump submerging depth and so on.The software is applied to analyze the causes of problems of high power consumption and low system efficiency in 21 wells and perform the optimization design again for the 21 wells.The optimization results show that the system efficiency is raised by 20.01%，power consumption per ton liquid is reduced by 6.67 kW·h and annual electricity cost is saved by 2 62 410 yuan.

electric submersible pump；system efficiency；optimization design；working condition analysis

圖片報道：工作中的抽油機

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.008

王小瑋（1985-），男，湖北黃岡人，助理工程師，2013年畢業(yè)于長江大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，碩士，從事采油工藝方向的理論研究工作。

2014-07-15；

2015-02-03