潜油电泵油井优化配套设计方法

涂 东

（中国石化西北油田分公司塔河采油二厂，新疆轮台 841604）

0 引言

提高潜油电泵使用效益，就是要合理选井、选泵。以潜油电泵井的优化设计为重点，一方面开展优化潜油电泵井工艺配套技术，延长潜油电泵检泵周期；另一方面则要开展潜油电泵优化配套技术，合理配置机、泵，可以有效降低潜油电泵的运行能耗。根据近年潜油电泵现场使用调研，影响潜油电泵现场使用效果及应用效益的主要因素如下。

（1）没有充分了解新使用潜油电泵井的参数及地质条件，导致潜油电泵选型设计不合理，最终造成现场使用部分功能失效，达不到预期效果。

（2）优化设计时，对油井产能预测及井况评估过大或过于保守，造成配套不合理。这类占比较高。

（3）现场盲目使用潜油电泵，没有进行任何针对油井工况参数的配套优化设计或初步选择方案，造成潜油电泵配置选择不合理，现场电泵井运行效率低，能耗偏高。要进一步开展潜油电泵井选井选泵技术研究，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，同时对提高潜油电泵井的实际运行系统效率非常有效，有效降低电泵井的运行能耗。

潜油电泵运行系统效率直接反映实际能耗的高低，系统效率也是潜油电泵井是否处于良好工作状态的重要标志。潜油电泵的优化配置设计目标是有效提高运行系统效率。运行系统效率的高低与油井的产能、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发生变化，必须收集准确完整的完井数据、区块油藏数据和油井生产历史数据，还应考虑油田区块预期的生产特性。这对于科学合理配置潜油电泵非常重要。这些是潜油电泵优化配套设计的第一步，也是关键的一步。潜油电泵优化配套设计方法介绍了电泵井选择的基本原则、优化设计所需资料、油井产能预测、泵挂深度的选择、多级离心泵的选择、电机及保护器的选择、油气分离器吸入口的选择，以及特殊井的处理方法。下面针对每一部分做详细说明。

1 油井选择的基本原则

（1）套管最小内径应大于机组最大投影尺寸6 mm。

（3）油井含砂量不大于0.5‰。

（4）潜油电泵电机外壳处井液流速大于0.3 m/s。对于具有腐蚀性的油井，电机表面流速最大值为3.657 6 m/s（含砂环境小于2.133 6 m/s），以防止壳体腐蚀、冲蚀。

（5）注采系统完善。

（6）超出上述使用条件，应采取相应措施。

2 优化设计所需资料

（1）油井原始资料。包括油井套管规格及下入深度、油管规格及其联接螺纹规格、油层中部深度及射孔井段、原油及天然气相对密度、井底温度、原油黏度、饱和压力及原始气油比、含砂量、结蜡及腐蚀情况。

（2）油井目前生产数据。包括油压、套压和回压、油井产液量及含水率、采液指数及采油指数、地层压力及井底流压、生产气液比及总产气量。

（3）其他资料。包括井身结构（斜井轨迹图及数据表）、套管损坏情况及部位、井场网路电压、对应水井注水状况、目前存在问题、地层状况分析、产能预测（液量、油量、动液面和含水）。

3 产能预测

油井产能预测是优化机泵配置的基础。通过优化机泵配置及合理有效的工艺配套措施，实现潜油电泵高效运行。油井的产能预测水平的高低直接影响设计优化。

（1）对于潜油电泵井日常维护检查，可根据前期基本生产参数泵型、排量、扬程、电机功率、油嘴大小、油压、回压、套压、液量、油量、含水、动液面、泵深、气液比、出砂、出胶，原油黏度、矿化度、井温、对应注水井的变化情况、现场作业描述和鉴定结果等因素，综合分析油井的生产状况及将来的生产特性综合考虑。

（2）对于新配置潜油电泵井，在考虑上述因素的同时，还应参考区块特点、注采条件及预期生产特性。

4 确定泵挂深度

式中 Hp——泵挂深度，m

Hd——动液面深度，m

Hs——沉没度，一般取300～500 m。（斜井、高含气井，根据井身轨迹以及气液比等资料进行校正）

5 多级离心泵的选择

泵扬程计算见式（2）。

式中 H——泵扬程，m

Hp——泵挂深度，m

P——泵吸入口压力折算压头，m

Pd——井口回压折算压头，m

Ft——油管摩擦阻力损失压头，按10%计算

6 驱动电机选择

首先确定离心泵参数，再根据介质的性质、油井结构、输送高度和所需功率，选择驱动电机型号。

式中 N轴——潜油电机轴功率，kW

Q——泵的实际排量，m3/d

H——泵的总动压头，m

ρ——井液密度，g/cm3

η——泵效，%

ΔN——分离器、保护器上的功率损耗，kW，（取3 kW）

K——功率系数，取1.1～1.2

7 保护器选择

（1）潜油电泵系列化设计配置不同驱动电机，应选择相应保护器。

（2）根据电泵驱动电机功率、节数等参数，对应选择单节或双节保护器。

（3）当斜井中配置潜油电泵，设计优先选用胶囊式保护器。当直井中配置潜油电泵，则设计选用沉降式或胶囊式保护器。

8 油气分离器/吸入口的选择

在泵吸入口压力下，气液比≤30%，可不配置油气分离器；气液比＞30%，可只采用单分离器；气液比＞40%，可采用双分离器；若含气量特别大时，气液比＞60%，必须采用气液泵装置，防止气蚀现象。

9 特殊油井优化配套方法

（1）油井出砂是目前普遍现象，一般情况下含砂不超过0.5‰时，普通机组具有一定的携砂能力。当含砂量较大时，应采取措施，例如，采用防砂泵、防砂分离器或其他防砂措施等。

（2）出胶问题，特别是注聚扩大区的出胶问题，应采用适当工艺措施。

（3）油井腐蚀严重时，要考虑机组耐腐蚀能力。

（4）油井结垢对离心泵的性能影响较大，主要是阻塞流道，影响排量扬程。结垢严重的油井应采用防垢装置。

（5）高温油井，目前普遍采用90 ℃的机组。温度过高，将影响电机、电缆的运行寿命，应采用高温机组、电缆配套。

10 结束语

2014 年以后，针对新使用的电泵井以及维护改造的电泵井，均采用上述潜油电泵油井优化配套设计方法，有效减少各种功率损失。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，以有效提高电泵井的运行系统效率。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、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。为潜油电泵井的优化设计工作提供技术保障。本设计方法的推广采用，提高了潜油电泵使用效益，延长了潜油电泵的检泵周期，有效降低潜油电泵使用能耗。