潛油電泵油井優(yōu)化配套設計方法

涂 東

（中國石化西北油田分公司塔河采油二廠，新疆輪臺 841604）

0 引言

提高潛油電泵使用效益，就是要合理選井、選泵。以潛油電泵井的優(yōu)化設計為重點，一方面開展優(yōu)化潛油電泵井工藝配套技術，延長潛油電泵檢泵周期；另一方面則要開展?jié)撚碗姳脙?yōu)化配套技術，合理配置機、泵，可以有效降低潛油電泵的運行能耗。根據(jù)近年潛油電泵現(xiàn)場使用調(diào)研，影響潛油電泵現(xiàn)場使用效果及應用效益的主要因素如下。

（1）沒有充分了解新使用潛油電泵井的參數(shù)及地質(zhì)條件，導致潛油電泵選型設計不合理，最終造成現(xiàn)場使用部分功能失效，達不到預期效果。

（2）優(yōu)化設計時，對油井產(chǎn)能預測及井況評估過大或過于保守，造成配套不合理。這類占比較高。

（3）現(xiàn)場盲目使用潛油電泵，沒有進行任何針對油井工況參數(shù)的配套優(yōu)化設計或初步選擇方案，造成潛油電泵配置選擇不合理，現(xiàn)場電泵井運行效率低，能耗偏高。要進一步開展?jié)撚碗姳镁x井選泵技術研究，確定一套適用油田潛油電泵井選井方法和原則。避免盲目配置潛油電泵，同時對提高潛油電泵井的實際運行系統(tǒng)效率非常有效，有效降低電泵井的運行能耗。

潛油電泵運行系統(tǒng)效率直接反映實際能耗的高低，系統(tǒng)效率也是潛油電泵井是否處于良好工作狀態(tài)的重要標志。潛油電泵的優(yōu)化配置設計目標是有效提高運行系統(tǒng)效率。運行系統(tǒng)效率的高低與油井的產(chǎn)能、潛油電泵的優(yōu)化配置、管路阻力損失等工作特性直接相關。電泵井在選擇潛油電泵時涉及多方面因素，油井的生產(chǎn)參數(shù)隨著不斷開采一直發(fā)生變化，必須收集準確完整的完井數(shù)據(jù)、區(qū)塊油藏數(shù)據(jù)和油井生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，還應考慮油田區(qū)塊預期的生產(chǎn)特性。這對于科學合理配置潛油電泵非常重要。這些是潛油電泵優(yōu)化配套設計的第一步，也是關鍵的一步。潛油電泵優(yōu)化配套設計方法介紹了電泵井選擇的基本原則、優(yōu)化設計所需資料、油井產(chǎn)能預測、泵掛深度的選擇、多級離心泵的選擇、電機及保護器的選擇、油氣分離器吸入口的選擇，以及特殊井的處理方法。下面針對每一部分做詳細說明。

1 油井選擇的基本原則

（1）套管最小內(nèi)徑應大于機組最大投影尺寸6 mm。

（3）油井含砂量不大于0.5‰。

（4）潛油電泵電機外殼處井液流速大于0.3 m/s。對于具有腐蝕性的油井，電機表面流速最大值為3.657 6 m/s（含砂環(huán)境小于2.133 6 m/s），以防止殼體腐蝕、沖蝕。

（5）注采系統(tǒng)完善。

（6）超出上述使用條件，應采取相應措施。

2 優(yōu)化設計所需資料

（1）油井原始資料。包括油井套管規(guī)格及下入深度、油管規(guī)格及其聯(lián)接螺紋規(guī)格、油層中部深度及射孔井段、原油及天然氣相對密度、井底溫度、原油黏度、飽和壓力及原始氣油比、含砂量、結蠟及腐蝕情況。

（2）油井目前生產(chǎn)數(shù)據(jù)。包括油壓、套壓和回壓、油井產(chǎn)液量及含水率、采液指數(shù)及采油指數(shù)、地層壓力及井底流壓、生產(chǎn)氣液比及總產(chǎn)氣量。

（3）其他資料。包括井身結構（斜井軌跡圖及數(shù)據(jù)表）、套管損壞情況及部位、井場網(wǎng)路電壓、對應水井注水狀況、目前存在問題、地層狀況分析、產(chǎn)能預測（液量、油量、動液面和含水）。

3 產(chǎn)能預測

油井產(chǎn)能預測是優(yōu)化機泵配置的基礎。通過優(yōu)化機泵配置及合理有效的工藝配套措施，實現(xiàn)潛油電泵高效運行。油井的產(chǎn)能預測水平的高低直接影響設計優(yōu)化。

（1）對于潛油電泵井日常維護檢查，可根據(jù)前期基本生產(chǎn)參數(shù)泵型、排量、揚程、電機功率、油嘴大小、油壓、回壓、套壓、液量、油量、含水、動液面、泵深、氣液比、出砂、出膠，原油黏度、礦化度、井溫、對應注水井的變化情況、現(xiàn)場作業(yè)描述和鑒定結果等因素，綜合分析油井的生產(chǎn)狀況及將來的生產(chǎn)特性綜合考慮。

（2）對于新配置潛油電泵井，在考慮上述因素的同時，還應參考區(qū)塊特點、注采條件及預期生產(chǎn)特性。

4 確定泵掛深度

式中 Hp——泵掛深度，m

Hd——動液面深度，m

Hs——沉沒度，一般取300～500 m。（斜井、高含氣井，根據(jù)井身軌跡以及氣液比等資料進行校正）

5 多級離心泵的選擇

泵揚程計算見式（2）。

式中 H——泵揚程，m

Hp——泵掛深度，m

P——泵吸入口壓力折算壓頭，m

Pd——井口回壓折算壓頭，m

Ft——油管摩擦阻力損失壓頭，按10%計算

6 驅動電機選擇

首先確定離心泵參數(shù)，再根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)、油井結構、輸送高度和所需功率，選擇驅動電機型號。

式中 N軸——潛油電機軸功率，kW

Q——泵的實際排量，m3/d

H——泵的總動壓頭，m

ρ——井液密度，g/cm3

η——泵效，%

ΔN——分離器、保護器上的功率損耗，kW，（取3 kW）

K——功率系數(shù)，取1.1～1.2

7 保護器選擇

（1）潛油電泵系列化設計配置不同驅動電機，應選擇相應保護器。

（2）根據(jù)電泵驅動電機功率、節(jié)數(shù)等參數(shù)，對應選擇單節(jié)或雙節(jié)保護器。

（3）當斜井中配置潛油電泵，設計優(yōu)先選用膠囊式保護器。當直井中配置潛油電泵，則設計選用沉降式或膠囊式保護器。

8 油氣分離器/吸入口的選擇

在泵吸入口壓力下，氣液比≤30%，可不配置油氣分離器；氣液比＞30%，可只采用單分離器；氣液比＞40%，可采用雙分離器；若含氣量特別大時，氣液比＞60%，必須采用氣液泵裝置，防止氣蝕現(xiàn)象。

9 特殊油井優(yōu)化配套方法

（1）油井出砂是目前普遍現(xiàn)象，一般情況下含砂不超過0.5‰時，普通機組具有一定的攜砂能力。當含砂量較大時，應采取措施，例如，采用防砂泵、防砂分離器或其他防砂措施等。

（2）出膠問題，特別是注聚擴大區(qū)的出膠問題，應采用適當工藝措施。

（3）油井腐蝕嚴重時，要考慮機組耐腐蝕能力。

（4）油井結垢對離心泵的性能影響較大，主要是阻塞流道，影響排量揚程。結垢嚴重的油井應采用防垢裝置。

（5）高溫油井，目前普遍采用90 ℃的機組。溫度過高，將影響電機、電纜的運行壽命，應采用高溫機組、電纜配套。

10 結束語

2014 年以后，針對新使用的電泵井以及維護改造的電泵井，均采用上述潛油電泵油井優(yōu)化配套設計方法，有效減少各種功率損失。依據(jù)電泵井的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結合區(qū)塊油藏的地層壓力、注采工藝方案，確定合理的油井產(chǎn)量預測，確保配置潛油電泵的輸送能力。然后根據(jù)確定的輸送能力確定合理的潛油電泵排量、泵掛深度，設計確保電泵井沉沒度控制在300～500 m，以有效提高電泵井的運行系統(tǒng)效率。配置優(yōu)化設計潛油電泵的電機功率、排量和揚程，主要依據(jù)電泵特性曲線，盡可能使?jié)撚碗姳脫P程、排量、效率等參數(shù)達到最優(yōu)匹配，使得潛油電泵在最優(yōu)能耗區(qū)運行。為潛油電泵井的優(yōu)化設計工作提供技術保障。本設計方法的推廣采用，提高了潛油電泵使用效益，延長了潛油電泵的檢泵周期，有效降低潛油電泵使用能耗。