潛油電泵系統優化設計試驗方法研究

李 帥，周 勇，孫 健

（渤海石油裝備（天津）中成機械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

隨著油田的不斷開發，油層壓力也來越低，為了調高采收率，在不同的區塊均不同程度采用了如注水、主蒸汽、酸化、壓裂等工藝手段，使油井含水量增大，生產壓差減小，這種情況下潛油電泵方式采油得到了廣泛應用。潛油電泵是油田主要的采油設備，同時也成為油田區塊主要的高能耗設備。對勝利油田某區塊潛油電泵能耗做了匯總，該區塊機采設備的能耗占總能耗35%左右。如何能更好的使用潛油電泵，使其高效運行成為焦點，節能降耗意義重大。潛油電泵井生產優化配置，是保證潛油電泵高效運行，延長工作壽命最有效的方法。現提出的潛油電泵系統優化設計試驗方法，是對現場使用過程中所有影響因素進行分析，通過現場數據及試驗總結出主要影響因素，對主要因素進行試驗優化，并介紹如何進行優化試驗的方法。

1 關鍵影響因素

通過對潛油電泵多年的使用數據進行匯總，結合不同區塊的工況差別進行分析。下面以勝利油田某區塊98 口潛油電泵井2018 年第三季度數據為模型，總結出影響潛油電泵的使用效率有以下主要因素。

（1）離心泵主要揚程跨度大，主配揚程跨度最少為340 m，最大的達到950 m；按《潛油電泵技術》的相關理論計算，98 口電泵井的離心泵平均配置揚程高出理論需求揚程達到568 m。配套了3 組不同揚程的泵進行了試驗，通過試驗數據可以看出，平均配泵揚程每增加100 m，電泵每天耗電量增加167 kW·h。

（2）電機功率系列單一，配套單電機43 kW、55 kW,配套雙電機86 kW、110 kW；根據《潛油電泵技術》的相關理論計算，對98 口電泵井平均配套的電機功率為78 kW，實際需求電機功率為52 kW，平均電機配置功率高于實際需要功率26 kW。分別對不同額定功率的電機空載損耗進行了測試，發現電機每增加10 kW，電泵井每天耗電量增加31.2 kW·h。

（3）油層滲透性差，造成電機功率配置過大的僅2 口，占電機功率配置過大的2.9%；造成離心泵揚程配置過高的僅3 口，占離心泵揚程配置過高的5.4%。

（4）電泵系統設計無試驗優化方法，設計時“泵掛深度寧深毋淺、電機功率寧大毋小”，設計標準不統一。

（5）原油物性差，造成電機功率配置過大的6 口，占電機功率配置過大的8.7%；造成離心泵揚程配置過高的4 口，占離心泵揚程配置過高的7.1%；出砂造成電機功率配置過大的3 口，占電機功率配置過大的4.3%。

根據以上因素驗證分析得出，影響潛油電泵現場使用系統效率的主要因素為離心泵主要揚程跨度大，電機功率系列單一，電泵系統設計無試驗優化方法。

2 正交試驗設計

（1）試驗目的：電泵系統參數不優化是造成電泵井百米噸液耗電量高的重要原因。希望通過正交試驗，找出適合電泵工況優化的參數，達到降低電泵井百米噸液耗電量的目的。

考察指標：試驗中把反映生產參數合理性的百米噸液耗電量作為考察指標，指標越小表明生產參數越合理。

（2）因素位級：影響電泵井百米噸液耗電量因子主要有泵型、排量、揚程、電機功率，其間互相影響和制約（表1）。

表1 因素位級表

正交試驗數據表見表2。

表2 L9（34）正交試驗表

（3）試驗結果分析：①比較9 個試驗的百米噸液耗電量，容易看出：第2 號試驗的系百米噸液耗電量值為0.62，最小，即A2B1C1D1。其次是3 號試驗，為0.78；②對于各列，第3 列的R=0.88，比其他各列的極差大，它表明對百米噸液耗電量來說，揚程是重要因素，應該采用好位級；③按照R 值的大小，對因素的大致主次順序，以及選用的位級進行排列（因素從主到次）：揚程→排量→泵型→電機功率。

（4）試驗結論：使指標百米噸液耗電量最小的條件是：揚程合理、排量在經濟區、泵型適合、電機功率合理。

3 油電泵系統優化

（1）電泵系統基本模型的建立：使油井高效率穩定地生產，在生產系統設計時要充分協調各子系統的油井生產規律（表3）。

表3 系統優化基本模型

（2）電泵優化設計方法：①在已知設計產液量的條件下，根據油層的流入動態（IPR 曲線）確定井底流壓并計算其壓力分布和氣液比，以給定的泵入口壓力或泵入口氣液比確定下泵深度；②以井口壓力為起點，向下計算井筒壓力分布，求出下泵深度處的壓力，即為泵出口壓力；③泵出口壓力與泵入口壓力之差即為泵的有效總揚程。

（3）電泵井系統設計優化軟件設計：軟件系統包括產能預測圖、IPR 曲線圖、電泵工況模擬、油井產液量、油井的IPR 曲線和電潛泵的推薦范圍、軟件自動生成泵的壓力分布，得到電潛泵工況模擬結果和電潛泵生產系統協調圖；可得出“電潛泵井優化設計結果”，根據結果對現場潛油電泵應用進行指導性配置。

4 試驗優化應用

根據正交試驗設計，對勝利油田本區塊的10 口油井重新做了設計優化，結果見表4，設計符合率達到了90%，達到預期目標。

表4 電泵優化設計效果

5 優化應用效果

根據以上正交設計試驗及潛油電泵優化設計方法，2019 年在油田的大力推動下，對勝利油田一個區塊內80 口油井進行了優化配置，重新配置后節能效果明顯，而且減少了離心泵應用設備費用；初步統計計算，80 口井按年工作200 天共節約電能374.4 萬kW·h，節約設備費用87 萬元。優化配置降低泵掛深度節約的電纜費用、油管費用150 多萬元。該優化配套節能技術在油田屬于領先地位，為低能耗提液提供了技術支持，隨著本優化方法的推廣及認可，為控制提液電量提供了技術解決思路，為采油廠精細管理、挖潛增效夯實了基礎。