電潛泵采油系統效率優化設計

王小瑋

中國石油新疆油田分公司彩南油田作業區，新疆阜康831511

電潛泵采油系統效率優化設計

王小瑋

中國石油新疆油田分公司彩南油田作業區，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，提高其系統效率，文章以電潛泵井各部分功率損失與系統效率的關系為基礎，從電潛泵井產液量、動液面、配套電機功率、電泵揚程、下泵深度等參數入手，編制了電潛泵工況分析及優化設計軟件，并應用該軟件對彩南油田21口電潛泵井耗電量高、系統效率低的問題進行了原因分析，且對21口井重新進行優化設計。通過優化后的效果分析，系統效率提高了20.01%，噸液耗電降低了6.67 kW·h，年節約電費262.41萬元。

電潛泵；系統效率；優化設計；工況分析

0 引言

隨著油田開發進入高含水期，潛油電潛泵采油工藝以其優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用，在油田增油上產方面發揮了巨大的作用，但電潛泵井系統效率低、耗電量高，如何提高電潛泵采油系統效率，降低電潛泵采油井耗電量，使電潛泵在最佳經濟區運行，已成為當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成、各舉升參數與系統效率的關系，并通過對電潛泵井生產參數、舉升參數計算方法的研究，系統優化下泵深度、電潛泵揚程、電機功率等參數，達到提高電潛泵采油系統效率和節能降耗的目的。

1 電潛泵采油系統效率分析

電潛泵采油系統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備功率損失。而潛油電機是電潛泵采油系統的主要能耗點，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，日產液1 849.2 t，日產油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效率分類對比見表1。

表1 彩南油田電潛泵采油系統效率分類對比

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

2.1 有效揚程和日產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、系統效率關系曲線。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、日產液量過低是造成有效功率低的關鍵因素。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%優化設計電機功率，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化設計值25.39 kW。若按此優化值計算，則平均系統效率將達到40%，可在目前21口電潛泵井平均系統效率為16.19%的基礎上提高23.81%。

圖1 有效揚程、揚程、系統效率關系曲線

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效率的重要途徑。

圖2 電機功率對比曲線

當然，造成電潛泵井系統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，是多種因素相互作用、相互影響的結果。因此，為提高電潛泵采油系統效率、降低耗電量，系統地研究各運行參數的相互關系，優化各運行參數，建立合理的供排關系是提高電潛泵采油系統效率、節能降耗的根本途徑。

3 提高電潛泵采油系統效率優化設計

為達到提高電潛泵采油系統效率的目的，根據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化設計軟件，主要優化設計步驟如下:

（1）根據地層壓力、區塊開發特點，確定合理的提液量。

（2）根據確定的目標提液量，以泵吸入口壓力為控制參數，計算下泵深度。

（3）計算舉升目標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計井口壓力條件下舉升目標提液量所需要的有效揚程。

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

（5）結合泵特性曲線，選擇合理排量的電潛泵。

（6）計算舉升目標提液量所需要的有效功率。

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

3.1 優化前后電潛泵井系統參數對比分析

表3為優化設計前后電潛泵井各參數平均值對比，由表3可知，21口電潛泵井優化后平均沉沒度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%、系統效率36.20%，泵效和系統效率較優化前分別提高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 優化前與優化設計后電潛泵井平均值對比表

3.2 經濟效益評價

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

4 結論

（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效率低下、日耗電量高的主要原因。

（2）根據彩南油田三工河組的地質特性，應用電潛泵工況分析及優化設計軟件對彩南油田電潛泵井進行優化設計，系統效率較優化前提高了20.01%，日耗電量下降了489.45 kW·h，實現年節約電費262.41萬元。

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Efficiency Optimization Design of Oil Production System Using Electric Submersible Pumps

Wang Xiaowei
Cainan Oilfield Operation District of PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Fukang 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年畢業于長江大學油氣田開發專業，碩士，從事采油工藝方向的理論研究工作。

2014-07-15；

2015-02-03