潜油电泵井系统效率影响因素及改善措施

杨 帆，黄志敏，姬虎军，袁 洁

（1.渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280；2.中国石油大港油田分公司第二采油厂，河北沧州 061103；3.中国石油玉门油田鸭儿峡采油厂，甘肃酒泉 735008）

0 引言

潜油电泵运行系统效率直接反映实际能耗，系统效率也是潜油电泵是否处于良好工作状态的重要标志。潜油电泵优化配置设计目标是有效提高运行系统效率，运行系统效率与油井的产能、潜油电泵的优化配置、管路阻力损失等工作特性直接相关。电泵井在选择潜油电泵时涉及多方面因素，油井的生产参数随着不断开采一直在发生变化，必须收集准确完整的完井数据、区块油藏数据、油井生产历史数据，以及考虑将来生产特性，对于科学合理配置潜油电泵的参数非常重要。要进一步开展潜油电泵井系统效率影响因素研究，确定一套适用油田潜油电泵井选井方法和原则，避免盲目配置潜油电泵规格，提高潜油电泵高效运行的成功率，同时对提高潜油电泵井的实际运行系统效率非常有效，将大大降低电泵井的运行能耗。

1 系统效率影响因素

通过长期对多种规格潜油电泵在不同区块油藏工况下运行积累数据进行总结分析，并通过试验数据验证，总结出潜油电泵现场实际运行系统效率的主要影响因素如下：

（1）电泵机组配置元件的运行效率。电泵机组总工作效率与自身的结构组成、泵组成元件磨损及装配精度直接相关。沿着电泵系统能量的逐级传递，电泵机组总效率取决于每一个执行元件的工作效率，主要由电缆效率、电机效率、保护器和分离器效率和离心泵效率组成。各执行单元工作效率（经过反复验证的实践数据）：电源10%，电缆93%，电机73.5%～77%，保护器和分离器96%，离心泵45%～61%，系统效率29.5%～41.9%。可以得出电泵井运行的理论系统工作效率在29.5%～41.9%，只有提高每一个配置元件的实际工作效率，才能提高电泵井运行的系统工作效率。

（2）配套电泵参数不合理，造成泵运行偏离高效工作区，系统工作效率降低。250 m3潜油电泵特性曲线如图1所示，通常选定电泵额定排量的80%～120%作为经济运行区（高效工作区）。当电泵参数配置不优化，会导致排量偏离高效运行区。潜油电泵总工作效率将明显下降，造成系统工作效率降低。因此将选择高效工作区排量作为机、泵优化配置的重要条件。

图1 250 m3 潜油电泵特性曲线

（3）配置离心泵扬程偏大。当配置泵的扬程过大时，电机功率配置随之增加，电机将长期处于低速高能耗运行，泵的机械运转能耗也将增加，为此进行试验。从试验数据（表1）可以看出，相同排量下泵扬程每增加100 m，泵运行日用电量将增加167 kW·h（100 m扬程耗电×24=6.99×24=167 kW·h）。

表1 电泵扬程耗电试验

（4）电机功率配置过大。当电机功率配置过大时，电泵实际运行一直达不到满负荷运行，空载运行能耗占比较高，造成运行功率损耗较高，通过表2试验数据可以说明。测试不同额定功率的电机空载损耗，发现电机每增加10 kW，电泵井每天耗电量增加31.2 kW·h（每千瓦功率损耗×10×24=0.13×10×24=31.2 kW·h）。

表2 机空载运行试验

（5）电泵沉没度过大。当潜油电泵下井沉没度过大时，将增加电缆功率损耗和油管的沿程摩擦阻力。电缆功率损耗受电泵供电电压、电流、电缆电阻（材料）、电缆规格、电缆长度及油井温度等因素影响，主要表现为电缆发热。按常规井控参数计算，当环境温度在20 ℃时，电缆电阻R=0.92 Ω/km，油井温度达到70 ℃时，电缆电阻R=1.11 Ω/km，平均电流为36 A，则电缆功率损耗4.3 kW/km，每天的损耗将达到103 kW·h。油管的摩擦阻力损耗受泵排量、油管规格、管壁光滑状况、输油长度及原油黏度等影响。

（6）节流油嘴能耗。潜油电泵生产时安装节流油嘴，可以实现2个目的：①通过油嘴将电泵的生产压差控制在较合理范围内，保护油藏开采，调节供排流量，保持油层长期稳定的产量，避免过渡开采造成油井抽油流量失调，以及短期内潜油电泵组不匹配，保证生产产量长期稳定；②通过油嘴调节，确保潜油电泵的扬程及排量都处在高效运行区。

当然安装油嘴也增加了排液阻力，同时增加了泵运行的向下轴向力，加速了工作叶轮和壳体的机械磨损、轴承磨损，增加了检泵工作量。当油井选泵、配套、生产参数调整同油嘴选择不匹配时，会造成更大的节流损失。

（7）油层流体性质因素。油层流体性质会对潜油电泵的工作效率及寿命产生影响。当油层流体中含砂量过高时，会增加泵叶轮的磨损，导致泵效持续下降，还可能造成卡泵，直接影响泵运行寿命。当油层流体黏度过大时，会造成电泵吸入困难，增大管路输送阻力，影响泵的排量及效率，加大能耗。当油层含气量过高时，会造成气锁现象和欠载停机，严重影响泵效。以上均是油层流体性质对电泵运行效率造成的影响，现场使用时要根据油层性质进行特殊选配或预处理。

2 提高系统效率的改善措施

潜油电泵动力机组本身能耗损失不可避免，通过严格选井选泵、优化设计、合理配置能有效减少不必要的能耗损失，提高电泵井的系统效率。应从以下方面予以强化。

2.1 严格选井选泵，确保油层、井筒和地面的协调

要进一步开展电泵井选井选泵技术研究，确定一套适用本油田电泵井选井方法和原则，避免盲目配置潜油电泵规格，提高潜油电泵高效运行的成功率，同时有效提高电泵井的系统效率，降低电泵井的能耗。

2.2 优化电泵井设计，有效减少各种功率损失

（1）依据电泵井的历史生产数据，结合区块油藏的地层压力、注采工艺方案，确定合理的油井产量预测，确保配置潜油电泵的输送能力。然后根据确定的输送能力确定合理的潜油电泵排量、泵挂深度，设计确保电泵井沉没度控制在300～500 m，有效提高电泵井的运行系统效率。

（2）配置优化设计潜油电泵的电机功率、排量和扬程，主要依据电泵特性曲线，尽可能使潜油电泵扬程、排量和效率等参数达到最优匹配，使得潜油电泵在最优能耗区运行。

（3）结合潜油电泵井生产企业实际，综合分析、评价目前各单位的几套优化设计软件，开发出一套操作性强、适应性广、科学先进的潜油电泵井优化设计软件，为潜油电泵井的优化设计工作提供技术保障。

2.3 开展电泵机组系列优化配套技术研究

提高电泵应用效益，应本着延长电泵的检泵周期、降低能耗的原则做深入细致的工作，产能预测是优化机、泵配套的基础。通过优化机泵配置及合理有效的工艺配套措施，实现电泵高效运行。