1、 化学工程与装备 2023 年 第 4 期 114 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 4 月 潜油电泵井系统效率影响因素分析及优化措施 潜油电泵井系统效率影响因素分析及优化措施 倪 勃（大庆油田有限责任公司第三采油厂第三作业区，黑龙江 大庆 163000）摘 要：摘 要：利用调查法、文献资料法等方法对潜油电泵井系统效率影响因素及优化措施进行了研究与探讨。在研究过程中发现潜油电泵井系统效率会受到选井与选泵参数、电泵机组配置元件运行效率等诸多因素的影响，所以需要通过合理选井选泵、研究电泵机组优化配套技术等方式提高潜油电泵井系统的效率，为机械采油提供有效支持
2、。关键词：关键词：潜油电泵井；系统效率；效率提升 前 言 前 言 在油田开采过程中灵活应用潜油电泵井系统有助于分析油、水、气在油层中的分布状况与运动规律，也有利于增强油田开采的稳定性。但在长期运行过程中，潜油电泵井系统的效率会出现一定的变化，所以需要综合分析影响其效率的因素并采取相应的优化措施。1 潜油电泵井系统概述 1 潜油电泵井系统概述 1.1 潜油电泵井系统的构成 潜油电泵井主要是由油气分离器、潜油多级离心泵、潜油电机与保护器等部分共同构成的，其系统效率与实际能耗息息相关，只有提高系统效率才能够满足生产需求。1.2 潜油电泵井系统的工作原理 潜油电泵井系统在运行过程中会将潜油电机、分离器
3、、电机保护器、多级离心泵等设备潜入到井底，之后将电压传输至控制柜中并利用潜油电缆进行电能的传输，经过潜油电机将电能转变为机械能，使潜油电泵进行高速旋转并通过多级离心泵的叶片与导壳提升井下油液的压力【1】。在内部构件压力不断提升的过程中，潜油电泵的出口位置会达到潜油电泵机组要求的举升扬程，且会在最大限度内将油液提升到地面上，之后利用地面管线将油液传输至集输系统中。1.3 潜油电泵井系统的效率 从本质上看，潜油电泵井系统的运行过程就是能量转化与传递的过程。而能量转化与传递会产生一定的能量损失，便会影响系统效率。例如，地面能量输入会产生能量损耗，而剩余的能量就是油液的转化能量，这一转化能量与输入能量
4、之间的比值就是潜油电泵井系统的效率【2】。而若想提高潜油电泵井系统效率就需要掌握与系统效率相关的计算公式以及指标参数，从而为分析影响因素提供支持。首先，潜油电泵井系统效率与潜油电泵有效功率以及地面实际输入功率之间有一定的关系，其公式为：（1）公式（1）中的指的是潜油电泵井系统效率，单位为%；P1指的是地面输入功率，单位为 kW；P2指的是潜油电泵有效功率，单位为 kW。从该公式看，潜油电泵井系统效率与潜油电泵的有效功率呈正比关系，与地面输入功率呈反比关系。其次，潜油电泵井系统机械效率与潜油电泵输出效率及输入功率有一定的关系，其公式为：（2）公式（2）中的指的是潜油电泵井系统的机械效率，单位为%
5、；P3指的是潜油电泵的输入功率，单位为 kW；P4指的是潜油电泵的输出功率，单位为 kW。从该公式看，潜油电泵井系统机械效率与潜油电泵的输入功率呈反比，与输出功率呈正比。2 影响潜油电泵井系统效率的因素 2 影响潜油电泵井系统效率的因素 2.1 选井和选泵 潜油电泵井的优化设计需要大量油井生产资料的支持，如果油井生产资料不全就会影响潜油电泵井的优化。例如，潜油电泵井的优化设计需要油井静压、流压、含气量与含沙量等参数的支持。但从实际情况来，油井生产资料的收集会耗费大量的时间且无法保障数据信息的准确性。在这种情况下，部分工作人员会根据自身经验以及油井生产状况进行潜油电泵井的优化设计，可能会导致电泵
6、选型与油井生产作业相互矛盾，继而导致潜油电泵井的系统效率下降【3】。2.2 电泵机组配置元件的运行效率 潜油电泵机组的工作效率会受到结构组成、元件磨损程度等因素的影响。且潜油电泵机组的总效率会受到每一个执行元件工作效率的影响，例如会受到电机效率、保护器效率等因素的影响。例如，若电源效率为 10%、电机效率为 73.5%-77%、保护器与分离器效率为 96%，潜油电泵井系统的理论效率就处于 29.5%-41.9%之间，所以只有提高每一个配置元DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.073 倪 勃：潜油电泵井系统效率影响因素分析及优化措施 115 件的运行效率才能够提高电泵
7、井系统效率。2.3 相关设备的功率与扬程 首先，如果电机的功率过大电泵在运行过程中就无法达到满负荷运行的状态。在这种情况下，电泵在空载运行过程中会产生较高的能耗，便会加大电泵的运行功率损耗，继而降低潜油电泵井系统效率。例如，若电机的功率增加 10kW，电泵的耗电量就会增加 31.2kWh，潜油电泵井系统效率就会明显下降。其次，如果配置泵的扬程过高，电机的功率就会加大，电机就会处于低速高能耗运行的状态中，潜油电泵井系统效率就会下降。例如，在排量不变的情况下每增加100m 扬程，电泵的日用电量就会增加 167kWh，潜油电泵井系统效率就会明显下降。2.4 其他因素 第一，潜油电泵库存会对潜油电泵井
8、系统效率产生影响。在生产过程中，不同油井的生产状况不同，对潜油电泵排量与扬程的要求也不同，但潜油电泵库存并不能满足所有油井对电泵的要求。所以工作人员会在参考计算结果的基础上选择接近油井要求的潜油电泵，这就会导致电泵与实际需求之间产生较大的差异，继而导致潜油电泵井系统效率下降。第二，气体、黏性液体与出砂结垢会对潜油电泵井系统效率产生影响。首先，油井的产气量相对较大，所以部分排量会被气体占据，便会降低产液量与泵效，继而降低潜油电泵井系统效率。同时，大量的气体会影响液面测定的准确性，便会影响潜油电泵井系统效率的测量。其次，若油井属于稠油井或存在严重的原油乳化情况就会加大油井的阻力并降低潜油电泵的机械
9、效率，继而降低潜油电泵井的系统效率【4】。此外，若油井长期处于生产状态中就会出现严重的结垢情况，这不仅会加大流道堵塞的可能性也会降低潜油电泵井系统效率。第三，电泵沉没度会对潜油电泵井系统效率产生较大影响。潜油电泵的沉没度与电缆功率损耗以及油管的沿程摩擦阻力呈正比关系，即潜油电泵的沉没度越大电缆的功率损耗就越大、油管的沿程摩擦阻力也越大，潜油电泵井系统效率也就越低。第四，电缆功率损耗与油管摩擦阻力会对潜油电泵井系统效率产生较大影响。在运行过程中，电缆功率损耗会受到电泵供电电压与电流、电缆规格、电缆材料以及油井温度等因素的影响。例如，在常规井控参数、环境温度为 20时，电缆电阻为 0.92/km。
10、但当环境温度为 70时，电缆电阻为 1.11/km，电缆功率损耗为 4.3kW/km，便会降低潜油电泵井系统效率。而油管摩擦阻力会受到油管规格、输油长度等因素的影响，且油管摩擦阻力越大潜油电泵井系统效率越低。3 潜油电泵井系统效率优化措施 3 潜油电泵井系统效率优化措施 3.1 增强选井选泵的科学性 科学选井选泵在提升潜油电泵井系统效率中发挥着重要作用，因此在选井选泵之前需要做好资料收集工作。首先，需要提高对资料收集的重视程度，通过多种渠道收集油井生产资料。其次，需要实现油藏部门的联动，从而实现数据信息的共享。此外，需要利用先进的装置与设备进行数据采集。例如，可以利用多元化数据监测装置、井下测
11、压装置对油井进行动态化监测，从而获取完整且准确的油井生产资料【5】。同时，需要综合分析地层供液情况，从而为后续选井选泵提供数据信息支持，提高电泵选型与油井生产需求的匹配度。3.2 深入研究电泵机组优化配套技术 若想从根本上提高潜油电泵井系统效率就需要深入研究电泵机组优化配套技术并科学选择潜油电泵、电机等设备，在降低电缆功率损耗的同时提升潜油电泵井系统效率。第一，需要根据油井的出砂情况、腐蚀情况选择防腐性能与防研磨性能符合要求的潜油电泵，并优先选择接近高效率流量的潜油电泵。第二，在完成潜油电泵的设计之后需要科学计算潜油电泵在运行过程中的刹车马力需求并根据油井的生产状况计算潜油电泵井系统的损耗，之
12、后根据计算结果选择高电压低电流电机。在功率相同的情况下，处于高电压工况下的电泵会产生较小的电流，可以减少潜油电泵的电能损耗，继而提升系统效率。所以需要选择高电压低电流电机，且需要充分考虑套管的局限性，确保电机外壳尺寸在套管内径以内。第三，需要根据工作经验选择传递能量高且密封性能良好的保护器并确保保护器的外径与泵壳的外径一致。3.3 控制相关设备的功率与扬程 功率、扬程等因素都会对潜油电泵井系统效率产生较大影响，所以需要通过有效手段控制这些影响因素。首先，需要根据单井的生产资料绘制单井 IPR 曲线并准确预测单井产液量与流压的变化情况，从而为潜油电泵功率、排量、扬程以及沉没度等参数的控制提供依据
13、。其次，在生产过程中需要加大对潜油电泵的监测力度，确保潜油电泵一直处于合理的工况中，从而使潜油电泵高效率运行。同时，需要根据油井的油压、流压以及液面深度等参数明确基础扬程并根据配液情况明确排量。此外，在生产过程中需要不断调整潜油电泵的运行参数，避免潜油电泵出现低效运行等情况。3.4 控制各种影响因素 第一，如果潜油电泵库存不符合油井需求就会降低潜油电泵井系统效率，为此工作人员需要根据油井的生产需求采购排量与扬程符合要求的潜油电泵，尽可能地提高潜油电泵与油井的匹配性，从而提高潜油电泵井系统效率。第二，在生产过程中需要严格控制油井的产气量，避免气体对潜油电泵井系统的正常运行产生影响。例如，可以利用
14、高效率的分离器解决气体对电泵的干扰并加大液体进入井泵的占比，从而提高潜油电泵井系统效率【6】。其次，需要解决黏性液体对电泵的干扰问题。在正常情况下，若黏性较大外部流体的流速就会降低，内部摩擦力就会增大，所以可以利用大流道电泵解决这一问题。同时，灵活应用大流道电泵也可以降低结垢率，继而提升系统效率。第三，电泵沉没度与潜油电泵井系统效率呈反比关系，所以需要适当 （下转第 118 页）（下转第 118 页）118 谷心宇：螺杆泵采油工艺的合理应用 情况，螺杆泵采油工艺的应用中，需重视自动化技术的应用，逐步打造自动控制与工况测试系统，由该系统实现对螺杆泵采油全过程的自动化监控。3.4 潜油螺杆泵的研制
15、 未来的螺杆泵采油工艺应用中，同样也要加大对潜油螺杆泵的研发，以通过潜油螺杆泵的性能提升，延长检泵周期，使螺杆泵能够在采油工作中发挥应有的作用。4 结束语4 结束语 随着当前油田工程中产能的扩大，许多油田都采用了螺杆泵采油工艺，为从根本上提高螺杆泵采油工艺的应用效果，相关人员在作业中需结合油井的实际情况，注重对螺杆泵采油工艺流程的调整、参数的优化。参考文献 参考文献 1 崔俊国,高翔,邹文强,等.潜油永磁同步电机直驱螺杆泵采油实验平台J.实验技术与管理,2020,37(9):5.2 梁辉,王世杰,钱程.基于改进 BP 神经网络的螺杆泵转速预置模型研究J.机电工程,2021,38(9):5.3
16、鄢雨,石彦,冯小刚,等.油井液量含水自动测量新技术的应用J.石油与天然气化工,2020,49(4):5.4 李大奇,杨令仪,祖海英,等.采油单螺杆泵转子偏心率对碰摩系统的响应研究J.化工机械,2020,47(4):6.5 刘强,曹玉莉,仲玉梅,等.油井机采方式适应性比较与优化评价J.科学与财富,2020(3):232.（上接第 115 页）_（上接第 115 页）_ 降低电泵沉没度，使电泵沉没度一直处于合理范围内。第四，在应用潜油电泵井系统时需要严格控制电泵的供电电压与电流并确保油井温度符合要求，从而降低电缆的功率损耗与油管的摩擦阻力。且需要根据电流量、电压降等因素选择电缆尺寸与规格，从而降低电缆的功率损耗。4 结 语 4 结 语 潜油电泵井系统效率会对机械采油产生较大影响，只有控制选井与选泵参数、电泵机组配置元件等因素对潜油电泵井的影响才能够提升系统效率。因此，需要科学选井选泵、深入研究电泵机组优化配套技术、控制潜油电泵井的功率并做好油井管理工作，从而保障潜油电泵井系统的高效运行。参考文献 参考文献 1 杨帆,黄志敏,姬虎军,等.潜油电泵井系统效率影响因素及改善措施J.设备管理与维修
