潛油電泵系統(tǒng)效率影響因素分析及改善

李文超

（大慶油田裝備制造集團力神泵業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，黑龍江 大慶 163311）

油田實際投入開發(fā)過程中，隨著持續(xù)性開采，地下狀況處于運動和變動中，此類變化均可依托生產(chǎn)井的油、氣、水和壓力的指標反映。油井選取潛油電泵進行采油時，動態(tài)化是掌握和分析潛油電泵運行特征規(guī)律，分析油、水、氣處于油層中實際運動規(guī)律和分布狀況，對于保持油井穩(wěn)產(chǎn)十分關(guān)鍵。潛油電泵自身以大排量、高揚程等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于原油生產(chǎn)中，最為當(dāng)下使用頻率較高的采油方法。結(jié)合當(dāng)下實際應(yīng)用狀況，選取潛油電泵缺乏科學(xué)性及合理性，促使其實際運行工作中效率難以提升，有必要深層次分析電潛泵效率影響因素，提出針對性解決措施，保證選泵正確、合理，提高潛油電泵自身工作效率。

1 潛油電泵優(yōu)勢及工作基本原理

隨著當(dāng)下潛油電泵良好發(fā)展，其并非以單一性設(shè)備存在，而是以整套系統(tǒng)存在，潛油電泵系統(tǒng)硬件包含井下溫壓測控裝置、潛油電機、保護器、分離器、潛油離心泵等構(gòu)成，潛油電泵系統(tǒng)關(guān)鍵作用在于高揚程、大排量流體舉升。潛油電泵工作基本原理為將潛油電泵、保護器、油氣分離器等全部放置于井內(nèi)，最大限度應(yīng)用電能，充分采取一系列舉措將電壓傳遞至控制柜內(nèi)，并充分將潛油電纜為核心媒介，實現(xiàn)電能全生命周期傳輸，完成電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，促使?jié)撚捅锰幱谡９ぷ鳡顟B(tài)，潛油泵內(nèi)部各構(gòu)件壓力進一步提升，潛油泵出口部位到達潛油電泵機組要求的舉升揚程，最大限度將井液提升至地面，充分以地面管線為核心，最終將其傳輸至集輸系統(tǒng)內(nèi)部。電泵采油正常條件下，作為一個能量動態(tài)化轉(zhuǎn)化的過程，能量的每次傳遞和轉(zhuǎn)化，均會存在一定的損失。潛油電泵優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾方面：整個操作較為簡易、管理便捷，可實現(xiàn)大排量采液，該泵還可將油井中位于上方水層水轉(zhuǎn)注于下方注水層中；可更佳應(yīng)用斜井、水平井和海上采油；可以安裝井下壓力、溫度等傳感器，可實時將相關(guān)測試信號傳遞至地面，做好測量讀數(shù)。

2 潛油電泵井系統(tǒng)效率公式計算及與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系

2．1 系統(tǒng)效率與油井相關(guān)參數(shù)關(guān)系式推導(dǎo)

為從源頭提高整個潛油電泵井系統(tǒng)工作效率，需積極結(jié)合當(dāng)下實際狀況，掌握其相關(guān)的計算公式，明晰與其相關(guān)的指標參數(shù)，以此為后續(xù)深層次分析相關(guān)影響因素提供保證。潛油電泵自身系統(tǒng)效率與多個因素相關(guān)，與潛油電泵自身有效效率成正相關(guān)，與地面實際輸入功率成反比，實際計算公式如下：

式中，η為潛油電泵自身實際效率，%；P2為潛油電泵有效功率，kW；P1為地面輸入功率，kW。

潛油電泵自身機械效率，主要與潛油電泵實際輸出效率成正比，與潛油電泵輸入功率成反比，其自身實際計算公式如下：

式中，η機械為潛油電泵機械效率，%；P4是潛油電泵輸出功率，kW；P3為潛油電泵實際輸入功率，kW。

2．2 系統(tǒng)效率與選井選泵及油井運行相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系

從上述系統(tǒng)計算公式可明晰系統(tǒng)效率與多個相關(guān)參數(shù)密切相關(guān)，機械效率越高，潛油電泵工作狀況下機械損耗較少，整體系統(tǒng)工作效率顯著提升；正式工作過程中電流增大的同時隨著電纜實際損耗也隨之顯著升高，與整體實際系統(tǒng)工作效率成反比；隨著潛油電泵工作揚程不變，下泵過程中隨著其深度逐步減少，系統(tǒng)工作效率較高；下泵深度固定過程中有效揚程越大，促使整個系統(tǒng)工作效率顯著提高。潛油電泵實際運行工作效率的大小，并非是單一性相關(guān)系數(shù)所決定，而是取決于電流、有效揚程、下泵深度等共同作用的結(jié)果，選井選泵合理選擇相應(yīng)的參數(shù)?；诶碚搶用孢M行分析，排放效率處于80%～120%時，電泵自身機械效率較大，整個系統(tǒng)工作時效率更高。

3 潛油電泵系統(tǒng)效率低原因分析及優(yōu)化建議

3．1 系統(tǒng)效率低原因分析

潛油電泵實際工作過程中，自身系統(tǒng)效率與多個因素密切相關(guān)，需充分結(jié)合實際狀況，不斷深層次分析其低效原因，以此為基礎(chǔ)提出針對性解決措施，體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）選井和選泵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計問題。潛油電泵井優(yōu)化難以有序開展，關(guān)鍵在于油井正式選擇過程中，并未綜合性收集相關(guān)資料信息，進一步開展優(yōu)化設(shè)計過程中需高效的參數(shù)做以支撐，促使其完善性、時效性無法保證，一定程度影響潛油泵正常工作。潛油電泵井具體設(shè)計工作開展中，多依附于主觀經(jīng)驗和生產(chǎn)實際狀況進行優(yōu)化，實際優(yōu)化相關(guān)參數(shù)時難以精準性掌握油井自身相關(guān)參數(shù)，促使油泵選井過程中最終成果與初期設(shè)計目標不盡相同，促使電泵井工作效率低下。

（2）潛油電泵庫影響。油田正式開發(fā)過程中，涵蓋油井自身數(shù)量較多，不同油井內(nèi)部實際開采狀況不一，各油井實際生產(chǎn)方式狀況不盡相同，各揚程和排量的電泵均擁有一定的庫存，具體實踐過程中僅可選取與最終計算結(jié)果最為接近的潛油電泵，受多方面因素的影響，生產(chǎn)中電泵參數(shù)與實際預(yù)期標準需求的電泵存在差距，所以促使系統(tǒng)效率下降。

（3）氣體和黏性液體的影響。一方面，處于油井產(chǎn)氣量較大條件下，氣體處于整體排量中占比較大，一定程度導(dǎo)致產(chǎn)液量大幅度降低，泵實際工作效率低下；大量氣體導(dǎo)致液面實際測定存在較大的差異性，最終系統(tǒng)效率測量缺乏精準性。另一方面，黏性液體影響。稠油井或原油乳化較為嚴重的井，液體進入流道后自身實際阻力增大，促使電泵機械效率降低，整體實際耗能增加，整體系統(tǒng)自身效率便隨之降低。

（4）油井出砂結(jié)垢的問題。油井長周期內(nèi)處于工作狀態(tài)，產(chǎn)生結(jié)垢等現(xiàn)象增加流道堵塞風(fēng)險，變更原有實際系統(tǒng)工作狀態(tài)，不利于整個油井實際正常生產(chǎn)，整體系統(tǒng)效率降低。

3．2 潛油電泵系統(tǒng)效率提高策略和建議

為從本質(zhì)層面保證潛油電泵系統(tǒng)運行可靠性，需積極從多方面提出相應(yīng)的解決措施，以此消除各類影響系統(tǒng)運行效率因素，為后續(xù)高效、正常運行提供支撐，體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）應(yīng)充分以油藏部門做好聯(lián)動，預(yù)先做好數(shù)據(jù)資料共享?？沙浞謶?yīng)用多元化的數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)裝置、井下測壓實際裝置，聯(lián)合計算機裝置實施動態(tài)化監(jiān)測油井，獲取完整、精準的油井資料，積極掌握地層供液實際狀況，為后續(xù)選泵選井提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

（2）針對具體的單井，結(jié)合當(dāng)下已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)信息繪制相應(yīng)的單井IPR曲線，對流壓和產(chǎn)液量實際變更和形式進行精準性的估測，以此科學(xué)、合理選取相應(yīng)的排量、揚程和下泵實際深度，促使其自身匹配度較高。正式運行生產(chǎn)過程中，需對其進行動態(tài)化監(jiān)測工作，始終確保潛油電泵運行處于合理工作狀況下，延長其實際生產(chǎn)年限，提高生產(chǎn)產(chǎn)量。實際潛油電泵、電機、電纜等實際選擇過程中依照以下方法實施：

第一，潛油電泵的選擇。應(yīng)從生產(chǎn)廠家提供的潛油電泵中選取合適的電泵，需結(jié)合油井自身出砂、腐蝕等特殊狀況，選取合理的防研磨、防腐類型的潛油電泵，應(yīng)將設(shè)計產(chǎn)液量與泵性能曲線上相吻合最高效率實際流量進行對比，選取潛油電泵工作范圍內(nèi)接近高效率流量的潛油電泵。兩種泵自身高效率、流量較為接近的狀況下，建議直接選取性能曲線中壓頭較小的潛油電泵。

第二，電機的選擇。潛油電泵設(shè)計工作完成之后，便可計算潛油電泵處于生產(chǎn)過程中實際所需的剎車馬力，進而合理選取電機。電機選擇需綜合性考量套管自身實際局限性，電機自身外殼實際尺寸應(yīng)不超過套管內(nèi)徑，具體實踐過程中，電機自身外徑需超過實際選取潛油電泵外殼自身尺寸。電機選取工作完成之后，需精準性檢驗電機實際冷卻成效，正常狀況下流經(jīng)電機自身殼體表面自身流體速度超過1英尺/秒時，便可吻合電機實際冷卻基本要求。

第三，保護器和電纜的選擇。工程實踐過程中，可充分結(jié)合以往經(jīng)驗合理選取承載止推、傳遞能量和密封性能較佳的保護器，且保護器自身外徑與常規(guī)泵殼外徑應(yīng)實現(xiàn)統(tǒng)一，結(jié)合實際油井生產(chǎn)狀況，合理選取保護器。電纜選擇和設(shè)計過程中，主要涵蓋實際尺寸、類型及長度，電纜尺寸主要取決于電壓降、電流量、套管間隙，電壓降通常要求電壓自身損失不超過電機自身額定電壓的15%。

（3）加強油井管理。油井正式管理過程中，轉(zhuǎn)電泵油井和檢泵井中，處于油壓、流壓和液面深度等參數(shù)的基礎(chǔ)上明晰揚程，配液基礎(chǔ)上合理選取相應(yīng)的排量，促使整個生產(chǎn)過程中沉沒度始終處于合理范圍內(nèi)。正式運行中潛油電泵井，需從實際生產(chǎn)為切合點，不斷對其實際運行參數(shù)進行優(yōu)化，以此精準性保證其高效化工作。加強潛油電泵自身科學(xué)化管理，不斷提高整體管理水平，作為當(dāng)下提高潛油電泵系統(tǒng)實際生產(chǎn)效率最為關(guān)鍵的措施之一。強化和應(yīng)用潛油電泵工藝技術(shù)，力爭將各類干擾因素予以消除，促使?jié)撚碗姳迷O(shè)備處于最高效率運行狀態(tài)下生產(chǎn)，提高潛油電泵井自身系統(tǒng)效率的基礎(chǔ)上，還可延長整個電泵設(shè)備實際運行年限，獲取較佳的經(jīng)濟效益。

（4）優(yōu)化系統(tǒng)配置，降低摩阻損耗。第一，結(jié)合油井實際生產(chǎn)狀況，選用工作效率較高的分離器從本質(zhì)層面解決氣體對泵的干擾，從本質(zhì)層面加大液體進入井泵實際占比，從而提高整體系統(tǒng)工作效率。第二，選用大流道電泵，需采取一系列措施積極落實表面處理工作，顯著保證機械工作效率及質(zhì)量。正常狀況下若導(dǎo)輪處于工作狀況下，其外部流體自身粘性增加，導(dǎo)致其流速顯著降低，內(nèi)部實現(xiàn)摩擦力較大，耗損能量較多，系統(tǒng)整體工作效率降低。相較于正常電泵工作狀態(tài)，大流道電泵自身實際工作面積顯著增大，可進一步緩解改善電泵結(jié)垢，減少因摩擦帶來的多余損耗，保證整個系統(tǒng)應(yīng)用效率。

（5）選用高電壓低電流電機。結(jié)合油井實際工作狀態(tài)，計算電泵系統(tǒng)自身實際耗損，需充分將電纜工作實際耗損功率納入，選取電機需綜合考量該因素。

電機自身處于功率相同狀況下，高電壓工作狀況下電泵自身電流較小，可減少潛油電泵實際電能耗損，實現(xiàn)節(jié)約電能的風(fēng)險，提高整個系統(tǒng)運行效率?？山ㄗh選取變頻調(diào)速裝置，保證供排關(guān)系的變更，潛油電泵正式應(yīng)用過程中變頻調(diào)速技術(shù)可科學(xué)、合理調(diào)整電機實際轉(zhuǎn)速，從源頭保證潛油電泵實際工作性能與油井生產(chǎn)能力相匹配。

4 優(yōu)化實際案例分析

某油井實際優(yōu)化之前電泵實際參數(shù)為，自身排量為100m3d-1,揚程為2000m,功率為56kW,電壓為1173V,電流為40A，下深和沉沒度分別為1994m、1896m，對其進行整體優(yōu)化之后，其各項參數(shù)均有所調(diào)整，自身實際排量提高至150m3d-1，揚程為1500m，功率為72kW,電壓為1200V,電流為50A,下深和沉沒度分別為1502m、829m。該油井實際潛油電泵優(yōu)化系統(tǒng)效率相關(guān)參數(shù)如下，正式優(yōu)化之前動液面為98m，有效揚程為41.76，有效功率為0.92kW,輸入功率為58.96，系統(tǒng)效率為1.56%，對其進行優(yōu)化之后動液面提高至673m,有效揚程為697.9，有效功率為23.99%，輸入功率為66.44%，系統(tǒng)效率為36.1%。從整個數(shù)據(jù)信息顯示，電泵井優(yōu)化之后促使動液面有所下降，提高揚程，產(chǎn)量顯著增加，有效功率和系統(tǒng)功率大幅度提高。以此表明，合理選取電泵，作為提高電泵工作系統(tǒng)效率的核心。

5 結(jié)語

合理化選取潛油電泵自身排量和舉升高度，可從本質(zhì)層面提升該系統(tǒng)工作效率，為提高產(chǎn)量和獲取較佳的經(jīng)濟效益做支撐。需積極明晰潛油電泵自身構(gòu)成和工作原理，從實際計算公式中獲知與系統(tǒng)效率相關(guān)的參數(shù)信息，深究其影響工作效率的關(guān)鍵因素，從本質(zhì)層面提高整個系統(tǒng)運行可靠性，提出相匹配的解決措施，提高電泵實際工作效率，延長整個電泵設(shè)備運行壽命，獲取較佳的經(jīng)濟效益。