潜油电泵系统效率影响因素分析及改善

李文超

（大庆油田装备制造集团力神泵业技术研发中心，黑龙江 大庆 163311）

油田实际投入开发过程中，随着持续性开采，地下状况处于运动和变动中，此类变化均可依托生产井的油、气、水和压力的指标反映。油井选取潜油电泵进行采油时，动态化是掌握和分析潜油电泵运行特征规律，分析油、水、气处于油层中实际运动规律和分布状况，对于保持油井稳产十分关键。潜油电泵自身以大排量、高扬程等优势被广泛应用于原油生产中，最为当下使用频率较高的采油方法。结合当下实际应用状况，选取潜油电泵缺乏科学性及合理性，促使其实际运行工作中效率难以提升，有必要深层次分析电潜泵效率影响因素，提出针对性解决措施，保证选泵正确、合理，提高潜油电泵自身工作效率。

1 潜油电泵优势及工作基本原理

随着当下潜油电泵良好发展，其并非以单一性设备存在，而是以整套系统存在，潜油电泵系统硬件包含井下温压测控装置、潜油电机、保护器、分离器、潜油离心泵等构成，潜油电泵系统关键作用在于高扬程、大排量流体举升。潜油电泵工作基本原理为将潜油电泵、保护器、油气分离器等全部放置于井内，最大限度应用电能，充分采取一系列举措将电压传递至控制柜内，并充分将潜油电缆为核心媒介，实现电能全生命周期传输，完成电能转变为机械能，促使潜油泵处于正常工作状态，潜油泵内部各构件压力进一步提升，潜油泵出口部位到达潜油电泵机组要求的举升扬程，最大限度将井液提升至地面，充分以地面管线为核心，最终将其传输至集输系统内部。电泵采油正常条件下，作为一个能量动态化转化的过程，能量的每次传递和转化，均会存在一定的损失。潜油电泵优点体现在以下几方面：整个操作较为简易、管理便捷，可实现大排量采液，该泵还可将油井中位于上方水层水转注于下方注水层中；可更佳应用斜井、水平井和海上采油；可以安装井下压力、温度等传感器，可实时将相关测试信号传递至地面，做好测量读数。

2 潜油电泵井系统效率公式计算及与相关参数的关系

2．1 系统效率与油井相关参数关系式推导

为从源头提高整个潜油电泵井系统工作效率，需积极结合当下实际状况，掌握其相关的计算公式，明晰与其相关的指标参数，以此为后续深层次分析相关影响因素提供保证。潜油电泵自身系统效率与多个因素相关，与潜油电泵自身有效效率成正相关，与地面实际输入功率成反比，实际计算公式如下：

式中，η为潜油电泵自身实际效率，%；P2为潜油电泵有效功率，kW；P1为地面输入功率，kW。

潜油电泵自身机械效率，主要与潜油电泵实际输出效率成正比，与潜油电泵输入功率成反比，其自身实际计算公式如下：

式中，η机械为潜油电泵机械效率，%；P4是潜油电泵输出功率，kW；P3为潜油电泵实际输入功率，kW。

2．2 系统效率与选井选泵及油井运行相关参数间的关系

从上述系统计算公式可明晰系统效率与多个相关参数密切相关，机械效率越高，潜油电泵工作状况下机械损耗较少，整体系统工作效率显著提升；正式工作过程中电流增大的同时随着电缆实际损耗也随之显著升高，与整体实际系统工作效率成反比；随着潜油电泵工作扬程不变，下泵过程中随着其深度逐步减少，系统工作效率较高；下泵深度固定过程中有效扬程越大，促使整个系统工作效率显著提高。潜油电泵实际运行工作效率的大小，并非是单一性相关系数所决定，而是取决于电流、有效扬程、下泵深度等共同作用的结果，选井选泵合理选择相应的参数。基于理论层面进行分析，排放效率处于80%～120%时，电泵自身机械效率较大，整个系统工作时效率更高。

3 潜油电泵系统效率低原因分析及优化建议

3．1 系统效率低原因分析

潜油电泵实际工作过程中，自身系统效率与多个因素密切相关，需充分结合实际状况，不断深层次分析其低效原因，以此为基础提出针对性解决措施，体现在以下几方面：

（1）选井和选泵参数优化设计问题。潜油电泵井优化难以有序开展，关键在于油井正式选择过程中，并未综合性收集相关资料信息，进一步开展优化设计过程中需高效的参数做以支撑，促使其完善性、时效性无法保证，一定程度影响潜油泵正常工作。潜油电泵井具体设计工作开展中，多依附于主观经验和生产实际状况进行优化，实际优化相关参数时难以精准性掌握油井自身相关参数，促使油泵选井过程中最终成果与初期设计目标不尽相同，促使电泵井工作效率低下。

（2）潜油电泵库影响。油田正式开发过程中，涵盖油井自身数量较多，不同油井内部实际开采状况不一，各油井实际生产方式状况不尽相同，各扬程和排量的电泵均拥有一定的库存，具体实践过程中仅可选取与最终计算结果最为接近的潜油电泵，受多方面因素的影响，生产中电泵参数与实际预期标准需求的电泵存在差距，所以促使系统效率下降。

（3）气体和黏性液体的影响。一方面，处于油井产气量较大条件下，气体处于整体排量中占比较大，一定程度导致产液量大幅度降低，泵实际工作效率低下；大量气体导致液面实际测定存在较大的差异性，最终系统效率测量缺乏精准性。另一方面，黏性液体影响。稠油井或原油乳化较为严重的井，液体进入流道后自身实际阻力增大，促使电泵机械效率降低，整体实际耗能增加，整体系统自身效率便随之降低。

（4）油井出砂结垢的问题。油井长周期内处于工作状态，产生结垢等现象增加流道堵塞风险，变更原有实际系统工作状态，不利于整个油井实际正常生产，整体系统效率降低。

3．2 潜油电泵系统效率提高策略和建议

为从本质层面保证潜油电泵系统运行可靠性，需积极从多方面提出相应的解决措施，以此消除各类影响系统运行效率因素，为后续高效、正常运行提供支撑，体现在以下几方面：

（1）应充分以油藏部门做好联动，预先做好数据资料共享。可充分应用多元化的数据监测数据装置、井下测压实际装置，联合计算机装置实施动态化监测油井，获取完整、精准的油井资料，积极掌握地层供液实际状况，为后续选泵选井提供强有力的数据支撑。

（2）针对具体的单井，结合当下已经获取的数据信息绘制相应的单井IPR曲线，对流压和产液量实际变更和形式进行精准性的估测，以此科学、合理选取相应的排量、扬程和下泵实际深度，促使其自身匹配度较高。正式运行生产过程中，需对其进行动态化监测工作，始终确保潜油电泵运行处于合理工作状况下，延长其实际生产年限，提高生产产量。实际潜油电泵、电机、电缆等实际选择过程中依照以下方法实施：

第一，潜油电泵的选择。应从生产厂家提供的潜油电泵中选取合适的电泵，需结合油井自身出砂、腐蚀等特殊状况，选取合理的防研磨、防腐类型的潜油电泵，应将设计产液量与泵性能曲线上相吻合最高效率实际流量进行对比，选取潜油电泵工作范围内接近高效率流量的潜油电泵。两种泵自身高效率、流量较为接近的状况下，建议直接选取性能曲线中压头较小的潜油电泵。

第二，电机的选择。潜油电泵设计工作完成之后，便可计算潜油电泵处于生产过程中实际所需的刹车马力，进而合理选取电机。电机选择需综合性考量套管自身实际局限性，电机自身外壳实际尺寸应不超过套管内径，具体实践过程中，电机自身外径需超过实际选取潜油电泵外壳自身尺寸。电机选取工作完成之后，需精准性检验电机实际冷却成效，正常状况下流经电机自身壳体表面自身流体速度超过1英尺/秒时，便可吻合电机实际冷却基本要求。

第三，保护器和电缆的选择。工程实践过程中，可充分结合以往经验合理选取承载止推、传递能量和密封性能较佳的保护器，且保护器自身外径与常规泵壳外径应实现统一，结合实际油井生产状况，合理选取保护器。电缆选择和设计过程中，主要涵盖实际尺寸、类型及长度，电缆尺寸主要取决于电压降、电流量、套管间隙，电压降通常要求电压自身损失不超过电机自身额定电压的15%。

（3）加强油井管理。油井正式管理过程中，转电泵油井和检泵井中，处于油压、流压和液面深度等参数的基础上明晰扬程，配液基础上合理选取相应的排量，促使整个生产过程中沉没度始终处于合理范围内。正式运行中潜油电泵井，需从实际生产为切合点，不断对其实际运行参数进行优化，以此精准性保证其高效化工作。加强潜油电泵自身科学化管理，不断提高整体管理水平，作为当下提高潜油电泵系统实际生产效率最为关键的措施之一。强化和应用潜油电泵工艺技术，力争将各类干扰因素予以消除，促使潜油电泵设备处于最高效率运行状态下生产，提高潜油电泵井自身系统效率的基础上，还可延长整个电泵设备实际运行年限，获取较佳的经济效益。

（4）优化系统配置，降低摩阻损耗。第一，结合油井实际生产状况，选用工作效率较高的分离器从本质层面解决气体对泵的干扰，从本质层面加大液体进入井泵实际占比，从而提高整体系统工作效率。第二，选用大流道电泵，需采取一系列措施积极落实表面处理工作，显著保证机械工作效率及质量。正常状况下若导轮处于工作状况下，其外部流体自身粘性增加，导致其流速显著降低，内部实现摩擦力较大，耗损能量较多，系统整体工作效率降低。相较于正常电泵工作状态，大流道电泵自身实际工作面积显著增大，可进一步缓解改善电泵结垢，减少因摩擦带来的多余损耗，保证整个系统应用效率。

（5）选用高电压低电流电机。结合油井实际工作状态，计算电泵系统自身实际耗损，需充分将电缆工作实际耗损功率纳入，选取电机需综合考量该因素。

电机自身处于功率相同状况下，高电压工作状况下电泵自身电流较小，可减少潜油电泵实际电能耗损，实现节约电能的风险，提高整个系统运行效率。可建议选取变频调速装置，保证供排关系的变更，潜油电泵正式应用过程中变频调速技术可科学、合理调整电机实际转速，从源头保证潜油电泵实际工作性能与油井生产能力相匹配。

4 优化实际案例分析

某油井实际优化之前电泵实际参数为，自身排量为100m3d-1,扬程为2000m,功率为56kW,电压为1173V,电流为40A，下深和沉没度分别为1994m、1896m，对其进行整体优化之后，其各项参数均有所调整，自身实际排量提高至150m3d-1，扬程为1500m，功率为72kW,电压为1200V,电流为50A,下深和沉没度分别为1502m、829m。该油井实际潜油电泵优化系统效率相关参数如下，正式优化之前动液面为98m，有效扬程为41.76，有效功率为0.92kW,输入功率为58.96，系统效率为1.56%，对其进行优化之后动液面提高至673m,有效扬程为697.9，有效功率为23.99%，输入功率为66.44%，系统效率为36.1%。从整个数据信息显示，电泵井优化之后促使动液面有所下降，提高扬程，产量显著增加，有效功率和系统功率大幅度提高。以此表明，合理选取电泵，作为提高电泵工作系统效率的核心。

5 结语

合理化选取潜油电泵自身排量和举升高度，可从本质层面提升该系统工作效率，为提高产量和获取较佳的经济效益做支撑。需积极明晰潜油电泵自身构成和工作原理，从实际计算公式中获知与系统效率相关的参数信息，深究其影响工作效率的关键因素，从本质层面提高整个系统运行可靠性，提出相匹配的解决措施，提高电泵实际工作效率，延长整个电泵设备运行寿命，获取较佳的经济效益。