潛油電泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法研究

李 帥，周 勇，孫 健

（渤海石油裝備（天津）中成機(jī)械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，油層壓力也來(lái)越低，為了調(diào)高采收率，在不同的區(qū)塊均不同程度采用了如注水、主蒸汽、酸化、壓裂等工藝手段，使油井含水量增大，生產(chǎn)壓差減小，這種情況下潛油電泵方式采油得到了廣泛應(yīng)用。潛油電泵是油田主要的采油設(shè)備，同時(shí)也成為油田區(qū)塊主要的高能耗設(shè)備。對(duì)勝利油田某區(qū)塊潛油電泵能耗做了匯總，該區(qū)塊機(jī)采設(shè)備的能耗占總能耗35%左右。如何能更好的使用潛油電泵，使其高效運(yùn)行成為焦點(diǎn)，節(jié)能降耗意義重大。潛油電泵井生產(chǎn)優(yōu)化配置，是保證潛油電泵高效運(yùn)行，延長(zhǎng)工作壽命最有效的方法?，F(xiàn)提出的潛油電泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法，是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中所有影響因素進(jìn)行分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)總結(jié)出主要影響因素，對(duì)主要因素進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，并介紹如何進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)的方法。

1 關(guān)鍵影響因素

通過(guò)對(duì)潛油電泵多年的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，結(jié)合不同區(qū)塊的工況差別進(jìn)行分析。下面以勝利油田某區(qū)塊98 口潛油電泵井2018 年第三季度數(shù)據(jù)為模型，總結(jié)出影響潛油電泵的使用效率有以下主要因素。

（1）離心泵主要揚(yáng)程跨度大，主配揚(yáng)程跨度最少為340 m，最大的達(dá)到950 m；按《潛油電泵技術(shù)》的相關(guān)理論計(jì)算，98 口電泵井的離心泵平均配置揚(yáng)程高出理論需求揚(yáng)程達(dá)到568 m。配套了3 組不同揚(yáng)程的泵進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，平均配泵揚(yáng)程每增加100 m，電泵每天耗電量增加167 kW·h。

（2）電機(jī)功率系列單一，配套單電機(jī)43 kW、55 kW,配套雙電機(jī)86 kW、110 kW；根據(jù)《潛油電泵技術(shù)》的相關(guān)理論計(jì)算，對(duì)98 口電泵井平均配套的電機(jī)功率為78 kW，實(shí)際需求電機(jī)功率為52 kW，平均電機(jī)配置功率高于實(shí)際需要功率26 kW。分別對(duì)不同額定功率的電機(jī)空載損耗進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電機(jī)每增加10 kW，電泵井每天耗電量增加31.2 kW·h。

（3）油層滲透性差，造成電機(jī)功率配置過(guò)大的僅2 口，占電機(jī)功率配置過(guò)大的2.9%；造成離心泵揚(yáng)程配置過(guò)高的僅3 口，占離心泵揚(yáng)程配置過(guò)高的5.4%。

（4）電泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)試驗(yàn)優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)時(shí)“泵掛深度寧深毋淺、電機(jī)功率寧大毋小”，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

（5）原油物性差，造成電機(jī)功率配置過(guò)大的6 口，占電機(jī)功率配置過(guò)大的8.7%；造成離心泵揚(yáng)程配置過(guò)高的4 口，占離心泵揚(yáng)程配置過(guò)高的7.1%；出砂造成電機(jī)功率配置過(guò)大的3 口，占電機(jī)功率配置過(guò)大的4.3%。

根據(jù)以上因素驗(yàn)證分析得出，影響潛油電泵現(xiàn)場(chǎng)使用系統(tǒng)效率的主要因素為離心泵主要揚(yáng)程跨度大，電機(jī)功率系列單一，電泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)試驗(yàn)優(yōu)化方法。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）試驗(yàn)?zāi)康模弘姳孟到y(tǒng)參數(shù)不優(yōu)化是造成電泵井百米噸液耗電量高的重要原因。希望通過(guò)正交試驗(yàn)，找出適合電泵工況優(yōu)化的參數(shù)，達(dá)到降低電泵井百米噸液耗電量的目的。

考察指標(biāo)：試驗(yàn)中把反映生產(chǎn)參數(shù)合理性的百米噸液耗電量作為考察指標(biāo)，指標(biāo)越小表明生產(chǎn)參數(shù)越合理。

（2）因素位級(jí)：影響電泵井百米噸液耗電量因子主要有泵型、排量、揚(yáng)程、電機(jī)功率，其間互相影響和制約（表1）。

表1 因素位級(jí)表

正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)表見(jiàn)表2。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)表

（3）試驗(yàn)結(jié)果分析：①比較9 個(gè)試驗(yàn)的百米噸液耗電量，容易看出：第2 號(hào)試驗(yàn)的系百米噸液耗電量值為0.62，最小，即A2B1C1D1。其次是3 號(hào)試驗(yàn)，為0.78；②對(duì)于各列，第3 列的R=0.88，比其他各列的極差大，它表明對(duì)百米噸液耗電量來(lái)說(shuō)，揚(yáng)程是重要因素，應(yīng)該采用好位級(jí)；③按照R 值的大小，對(duì)因素的大致主次順序，以及選用的位級(jí)進(jìn)行排列（因素從主到次）：揚(yáng)程→排量→泵型→電機(jī)功率。

（4）試驗(yàn)結(jié)論：使指標(biāo)百米噸液耗電量最小的條件是：揚(yáng)程合理、排量在經(jīng)濟(jì)區(qū)、泵型適合、電機(jī)功率合理。

3 油電泵系統(tǒng)優(yōu)化

（1）電泵系統(tǒng)基本模型的建立：使油井高效率穩(wěn)定地生產(chǎn)，在生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的油井生產(chǎn)規(guī)律（表3）。

表3 系統(tǒng)優(yōu)化基本模型

（2）電泵優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：①在已知設(shè)計(jì)產(chǎn)液量的條件下，根據(jù)油層的流入動(dòng)態(tài)（IPR 曲線）確定井底流壓并計(jì)算其壓力分布和氣液比，以給定的泵入口壓力或泵入口氣液比確定下泵深度；②以井口壓力為起點(diǎn)，向下計(jì)算井筒壓力分布，求出下泵深度處的壓力，即為泵出口壓力；③泵出口壓力與泵入口壓力之差即為泵的有效總揚(yáng)程。

（3）電泵井系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)：軟件系統(tǒng)包括產(chǎn)能預(yù)測(cè)圖、IPR 曲線圖、電泵工況模擬、油井產(chǎn)液量、油井的IPR 曲線和電潛泵的推薦范圍、軟件自動(dòng)生成泵的壓力分布，得到電潛泵工況模擬結(jié)果和電潛泵生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)圖；可得出“電潛泵井優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果”，根據(jù)結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)潛油電泵應(yīng)用進(jìn)行指導(dǎo)性配置。

4 試驗(yàn)優(yōu)化應(yīng)用

根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)勝利油田本區(qū)塊的10 口油井重新做了設(shè)計(jì)優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)表4，設(shè)計(jì)符合率達(dá)到了90%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表4 電泵優(yōu)化設(shè)計(jì)效果

5 優(yōu)化應(yīng)用效果

根據(jù)以上正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)及潛油電泵優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，2019 年在油田的大力推動(dòng)下，對(duì)勝利油田一個(gè)區(qū)塊內(nèi)80 口油井進(jìn)行了優(yōu)化配置，重新配置后節(jié)能效果明顯，而且減少了離心泵應(yīng)用設(shè)備費(fèi)用；初步統(tǒng)計(jì)計(jì)算，80 口井按年工作200 天共節(jié)約電能374.4 萬(wàn)kW·h，節(jié)約設(shè)備費(fèi)用87 萬(wàn)元。優(yōu)化配置降低泵掛深度節(jié)約的電纜費(fèi)用、油管費(fèi)用150 多萬(wàn)元。該優(yōu)化配套節(jié)能技術(shù)在油田屬于領(lǐng)先地位，為低能耗提液提供了技術(shù)支持，隨著本優(yōu)化方法的推廣及認(rèn)可，為控制提液電量提供了技術(shù)解決思路，為采油廠精細(xì)管理、挖潛增效夯實(shí)了基礎(chǔ)。