淺析潛油電泵系統(tǒng)效率影響因素及改善

袁永麗

（大慶油田裝備制造集團(tuán)力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶 163311）

在實(shí)際的油田開發(fā)中，采出程度越來越高，地下條件是在不斷變化，這就給油田帶來了很大壓力。油井采油在選擇潛油電泵的時(shí)候，動(dòng)態(tài)就是對潛油電泵工作特點(diǎn)的把握與分析，就是油水之間、油層中氣的真實(shí)移動(dòng)與分布狀況，維持了油井穩(wěn)產(chǎn)。潛油電泵自身憑借較大的排量、揚(yáng)程較高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于原油的生產(chǎn)，在采油方式中使用最普遍。結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)用，潛油電泵選擇缺乏科學(xué)合理性，很難提高它們的實(shí)際運(yùn)行效率，需要對潛油電泵的效率影響因素進(jìn)行深入剖析，并有針對性地提出了解決方案，確保了泵選擇的正確性和合理性，提升潛油泵自身工作效率。

1 潛油電泵優(yōu)勢和工作原理

眾所周知，潛油電泵是一種利用高壓直流電將油氣混合物轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械采油方法。它具有操作簡單方便、能耗低、不受環(huán)境影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于油田開采過程中。在此前提下，潛油電泵要能夠充分發(fā)揮出作用，就必須保證各項(xiàng)功能全面發(fā)揮出來。第一，要保證各裝置結(jié)構(gòu)完整穩(wěn)定。第二，要注意各個(gè)零部件的合理安裝以及維護(hù)保養(yǎng)。第三，要做好相關(guān)安全保障。第四，要重視維修與管理工作。潛油電泵，其基本原理就是把潛油保護(hù)裝置、油氣分離器之類放置在井中，使電能得到最大化的使用，并且在電氣方面采取了一系列的措施來減小電壓。采用輸送、過濾、加壓等方式將水轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率輸出給機(jī)械部件。潛油電泵送油是一項(xiàng)較為復(fù)雜的作業(yè)，需要工作人員具有一定的技術(shù)能力和安全意識。第五，運(yùn)輸?shù)郊斚到y(tǒng)中。在電泵采油的正常情況下，一般要消耗大量的能量。因此，潛油電泵采油過程中需對各種能源進(jìn)行合理利用，才能取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。每一次能量轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)換，都會有不同程度的虧損。潛油電泵的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：整體操作更簡單，管理更方便，可以實(shí)現(xiàn)大排量采液，這種泵也能把井內(nèi)處于上部注水層的水質(zhì)注入下部注水層，同時(shí)，具有較高的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，其節(jié)能潛力巨大。

2 計(jì)算潛油電泵井系統(tǒng)效率的公式及與有關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系

2.1 系統(tǒng)效率和油井有關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系

以期從根本上提高潛油電泵井系統(tǒng)整體工作效率，需主動(dòng)結(jié)合現(xiàn)狀，通過技術(shù)進(jìn)步來改善設(shè)備性能，從而達(dá)到提高整個(gè)油田生產(chǎn)水平，對后續(xù)投入運(yùn)行起到了保證作用。潛油電泵系統(tǒng)效率主要由多種因素決定，因此，必須從多方面綜合考慮，才能真正地發(fā)揮潛油電泵的最佳效能。實(shí)際公式如下：η=P2/P1，式中，η 是泵自身實(shí)際效率的百分?jǐn)?shù)；P2 是潛油電泵有效動(dòng)力，kW；P1 為地面輸入功率，kW。潛油電泵在工作過程中需消耗一定的電能，如抽油泵泵效較低，就需要加大電機(jī)出力以增大單位時(shí)間內(nèi)的吸程；另外，還需要保持足夠大的揚(yáng)程及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速等，這些都取決于η 值的大小。它本身的實(shí)用計(jì)算公式是：η機(jī)械park=P4/P3 ≤P2/P1 式中η機(jī)械是指潛油電泵，其機(jī)械效率以%表示；P4 是潛油電泵的輸出功率，kW；P3 為潛油電泵實(shí)際輸入功率，kW。

2.2 系統(tǒng)效率和選井、選泵、油井作業(yè)等有關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系

由上述系統(tǒng)的計(jì)算公式可見，系統(tǒng)效率的高低和若干有關(guān)參數(shù)有著密切的關(guān)系：機(jī)械效率高，潛油泵工作工況機(jī)械損失大，整個(gè)系統(tǒng)工作效率將得到大幅度的提高；因電纜實(shí)際損耗也顯著增加，和系統(tǒng)的實(shí)際總工作效率成反比關(guān)系；因潛油電泵工作揚(yáng)程恒定，抽水時(shí)，隨水深的增加而遞減，且其曲線形態(tài)逐漸變緩，從而使耗電量減少；由于電脫水器可避免井底高壓對地面設(shè)備造成損壞。潛油電泵實(shí)際運(yùn)行效率并不由一個(gè)相關(guān)系數(shù)確定，但通過電流，有效揚(yáng)程、抽水深度與其他因素綜合影響，在選井選泵過程中，要謹(jǐn)慎地選擇有關(guān)的參數(shù)。在理論分析的基礎(chǔ)上，建立了適合該類型電機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，即根據(jù)井下工況及所需功率計(jì)算出最佳泵型方案；再結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià)得出最優(yōu)泵組配置方案，最終達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

在實(shí)際的油田開發(fā)中，隨著采出程度越來越高，地下條件是不斷移動(dòng)、不斷變化的，這一改變可從生產(chǎn)井中的油氣中得到水與壓的指標(biāo)體現(xiàn)。油井采油在選擇潛油電泵的時(shí)候，動(dòng)態(tài)就是對潛油電泵工作特點(diǎn)的把握與分析以及對油水、油層中氣的真實(shí)移動(dòng)與分布規(guī)律，維持油井穩(wěn)產(chǎn)。潛油電泵自身憑借較大的排量、揚(yáng)程較高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于原油的生產(chǎn)，在采油方式中，使用最普遍。結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)用，潛油電泵選擇缺乏科學(xué)合理性，很難提高它們的實(shí)際運(yùn)行效率，需要對潛油電泵的效率影響因素進(jìn)行深入剖析，并有針對性地提出了解決方案，確保了泵選擇的正確性和合理性，提升潛油泵自身工作效率。

3 潛油電泵系統(tǒng)運(yùn)行效率低下的成因分析

基于此，本文提出了有針對性的解決措施，主要表現(xiàn)如下。

3.1 井中最佳設(shè)計(jì)選型及泵送選型參數(shù)

潛油泵井的優(yōu)選難以有序進(jìn)行，關(guān)鍵是在正規(guī)選井中，相關(guān)數(shù)據(jù)和信息還沒有完全收集到，要確定的位置上，并且這些信息存在不確定性，就需要高效的參數(shù)，所以不能做到它的完整性、時(shí)效性，對潛水泵正常工作造成不同程度的影響。在對潛油油泵井進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)工作時(shí)，以主觀經(jīng)驗(yàn)為主，以實(shí)際生產(chǎn)情況為輔的優(yōu)化方法，對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)際的優(yōu)化，難以準(zhǔn)確把握油井自身有關(guān)參數(shù)，導(dǎo)致最后效果。結(jié)果油泵井的選擇過程與原來的設(shè)計(jì)目標(biāo)有較大偏差，仍然造成電泵井的運(yùn)行效率不高。

3.2 潛油泵組效果

油田正式開采階段，油井本身數(shù)量較大，每口井的實(shí)際產(chǎn)量都不一樣，每口油井的實(shí)際生產(chǎn)方式不同，每種揚(yáng)程是不同的，所有排量的電泵均有庫存問題，僅能選用與最后計(jì)算結(jié)果最接近的潛水電泵。在諸多因素的作用下，投產(chǎn)后，電泵參數(shù)和實(shí)際滿足標(biāo)準(zhǔn)要求有差距，造成系統(tǒng)效率的降低。

3.3 氣體與黏性液體的作用

一方面，是油井大產(chǎn)氣時(shí)，氣體在總排量中占有相當(dāng)大的比重，造成產(chǎn)液量大幅度下降，該泵實(shí)際工作效率處于一定范圍較低水平；氣體量大，造成實(shí)際液位測量結(jié)果相差很大，最后衡量系統(tǒng)效率就會不夠精確。另一方面，是黏性液體的作用。對稠油井或者稠油乳化井來說，流體在流入流道時(shí)，實(shí)際阻力有所增加，降低了電泵的機(jī)械效率，提高實(shí)際總能耗，降低了系統(tǒng)的綜合效率。

3.4 油井的出砂與沉積物等問題

油井作業(yè)時(shí)間長，沉積物和其他現(xiàn)象加大流道堵塞危險(xiǎn)，使系統(tǒng)原實(shí)際工作情況發(fā)生變化，對整口井的正常實(shí)際生產(chǎn)是不利的，并且整個(gè)系統(tǒng)的效率會降低。

4 提高潛油電泵系統(tǒng)效率等方面提出了策略與建議

為了從根源上確保潛油電泵系統(tǒng)工作的安全性，有必要積極地在不同層面上提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q措施，排除了各種影響操作的因素，對正常工作的支持，表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

4.1 水庫部門應(yīng)實(shí)現(xiàn)全面聯(lián)網(wǎng)，預(yù)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

建立一套完善的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，便于油田管理人員隨時(shí)掌握各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)信息；利用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將采集的各項(xiàng)參數(shù)及時(shí)準(zhǔn)確傳遞給調(diào)度中心。以便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,有效保障安全生產(chǎn)。同時(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控井口壓力變化情況和井底流壓變化規(guī)律等方法來確定是否需要調(diào)整泵效以及合理調(diào)節(jié)注水量。充分利用多樣化的數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)設(shè)備、井下壓力表并配合計(jì)算設(shè)備對油井進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測以得到完整的數(shù)據(jù)、精確油井?dāng)?shù)據(jù)，主動(dòng)了解地層流體供給的真實(shí)情況，對后續(xù)選泵，選井提供了有力的資料支撐。

4.2 使用高壓小電流電機(jī)

根據(jù)油井實(shí)際工況，電泵系統(tǒng)自身實(shí)際消耗量需全部納入電泵系統(tǒng)實(shí)際消耗量計(jì)算，選用電機(jī)的時(shí)候，一定要充分考慮到這一因素。在低壓條件下，采用高壓大電流電機(jī)可有效減小電動(dòng)機(jī)的耗電量，從而達(dá)到節(jié)電目的，延長了使用壽命，且隨著負(fù)載率的增大，節(jié)能效果越明顯。在低壓狀況下，選用高壓電機(jī)即可滿足現(xiàn)場需求。電機(jī)自身性能不變時(shí)，甚至是高壓工況，電泵電流亦較小，能夠減少潛油電泵實(shí)際耗電，承認(rèn)節(jié)約電能所帶來的危險(xiǎn)，并且有利于提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益確保進(jìn)出流量比的改變，以及泵效系數(shù)的變化對整個(gè)油田開發(fā)影響不大。

4.3 優(yōu)化系統(tǒng)配置，降低摩擦損失

首先，根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇合適的電機(jī)型號；其次，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備選型及配套做出詳細(xì)規(guī)定：最后，從源頭上杜絕各種可能造成電泵磨損的因素，從而最大限度地保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。一定要多措并舉，積極推行表面處理，為了能夠進(jìn)一步提高油井產(chǎn)能必須重視對井下工具的維護(hù)工作。平時(shí)，定子在運(yùn)行狀態(tài)下，外部流體自身黏度升高，使其流量明顯減少，內(nèi)部摩擦越大能耗越大，整體工作效率下降的體系。通過對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對比分析后提出了一種全新設(shè)計(jì)理念，即將葉輪葉片采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得其沿軸向排列呈S 形分布方式。相對電泵的正常運(yùn)行情況，極大地增加了大流道電泵自身實(shí)際運(yùn)行區(qū)域，能夠進(jìn)一步緩解，提高電泵污染，降低了摩擦帶來的不應(yīng)有損失，并確保了系統(tǒng)整體應(yīng)用效率。

4.4 特定單井

基于所述當(dāng)前所獲取數(shù)據(jù)信息，繪制了相關(guān)單井IPR 曲線，精確估算流動(dòng)壓力與產(chǎn)液量之間的真實(shí)變化與形貌，為了科學(xué)地選擇適宜的單井系列，顯然是從體積上、揚(yáng)程與下泵實(shí)際水深顯示高度一致。在正式的生產(chǎn)過程的操作中，開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作是十分必要的，時(shí)刻確保潛油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)在合理的工況下進(jìn)行，提高了它的實(shí)際生產(chǎn)壽命，提高了生產(chǎn)效率。在實(shí)際選擇潛油電泵、電機(jī)、電纜和其他設(shè)備時(shí)，主要采取了以下幾種方式：（1）選擇潛油電泵。要從廠家供應(yīng)的潛油電泵中選對，應(yīng)考慮到油井自身抽砂及其他特殊條件，選用合理耐磨、耐腐蝕潛油電泵，性能曲線符合實(shí)際情況。用最有效率的流量作對比，在潛油電泵運(yùn)行范圍內(nèi)，選用高效流量附近潛油電泵。若兩泵效率均較高，流量亦較相近，則直接選擇性能曲線揚(yáng)程小的潛油電泵比較合適。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)選型。潛油電泵在完成設(shè)計(jì)后，便可算出潛油電泵實(shí)際所需制動(dòng)功率，然后對電機(jī)進(jìn)行合理的選型。在選用電機(jī)時(shí)，應(yīng)充分考慮軸套自身實(shí)際約束，電機(jī)外殼實(shí)際大小不得大于軸套內(nèi)徑。電機(jī)選型工作結(jié)束后，需要準(zhǔn)確地檢測出電機(jī)的實(shí)際降溫情況，一般情況下，液體以每秒1 英尺以上的速度流過電機(jī)本身表面，即可滿足基本的要求，本申請用于對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)際冷卻。通過計(jì)算得到電機(jī)最大溫升不超過25℃,從而可以保證電機(jī)安全運(yùn)行。（3）優(yōu)化配套方案。根據(jù)不同工況選取合適的驅(qū)動(dòng)方式以及水泵型號，最終達(dá)到節(jié)能增效目的。

4.5 強(qiáng)化油井管理

油井正式處理過程中，會消耗大量能源，其中電能約占50%左右。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，在油井開采過程中，應(yīng)合理選擇泵型和電動(dòng)機(jī)容量，盡量采用變頻調(diào)速技術(shù)。通過調(diào)整抽油機(jī)沖次及懸點(diǎn)載荷來控制井口壓力，進(jìn)而有效降低能耗，提高工作效率。同時(shí)，要重視日常維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)排除故障隱患，確保油田正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由于不同型號的電動(dòng)潛油電泵所適用的工況條件存在較大差異，因此需要結(jié)合現(xiàn)場具體情況選用合適的類型。對正式作業(yè)潛油泵井來說，可以根據(jù)其性能特點(diǎn)確定最佳操作方案；而對于臨時(shí)試驗(yàn)或檢修潛油電泵井，就必須制定相應(yīng)的操作規(guī)程才能保證安全高效生產(chǎn),從而為油田開發(fā)提供可靠保障。

5 結(jié)語

對潛油電泵排量、揚(yáng)程等參數(shù)進(jìn)行了合理的選擇，可極大地提高系統(tǒng)工作效率，有利于提高產(chǎn)量，較好地提高經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于電泵工作環(huán)境比較惡劣，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)存在許多問題，嚴(yán)重影響著電泵的正常運(yùn)行，甚至發(fā)生故障造成經(jīng)濟(jì)損失。改善總體運(yùn)行可靠性的基本等級的制度，提出了適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。解決之道在于，提高電泵的實(shí)際工作效率，本實(shí)用新型提高了電泵整體設(shè)備的使用壽命，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。