浅析潜油电泵系统效率影响因素及改善

袁永丽

（大庆油田装备制造集团力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163311）

在实际的油田开发中，采出程度越来越高，地下条件是在不断变化，这就给油田带来了很大压力。油井采油在选择潜油电泵的时候，动态就是对潜油电泵工作特点的把握与分析，就是油水之间、油层中气的真实移动与分布状况，维持了油井稳产。潜油电泵自身凭借较大的排量、扬程较高等优点，广泛用于原油的生产，在采油方式中使用最普遍。结合当前的实际运用，潜油电泵选择缺乏科学合理性，很难提高它们的实际运行效率，需要对潜油电泵的效率影响因素进行深入剖析，并有针对性地提出了解决方案，确保了泵选择的正确性和合理性，提升潜油泵自身工作效率。

1 潜油电泵优势和工作原理

众所周知，潜油电泵是一种利用高压直流电将油气混合物转变为机械能的机械采油方法。它具有操作简单方便、能耗低、不受环境影响等诸多优点，被广泛应用于油田开采过程中。在此前提下，潜油电泵要能够充分发挥出作用，就必须保证各项功能全面发挥出来。第一，要保证各装置结构完整稳定。第二，要注意各个零部件的合理安装以及维护保养。第三，要做好相关安全保障。第四，要重视维修与管理工作。潜油电泵，其基本原理就是把潜油保护装置、油气分离器之类放置在井中，使电能得到最大化的使用，并且在电气方面采取了一系列的措施来减小电压。采用输送、过滤、加压等方式将水转化为机械功率输出给机械部件。潜油电泵送油是一项较为复杂的作业，需要工作人员具有一定的技术能力和安全意识。第五，运输到集输系统中。在电泵采油的正常情况下，一般要消耗大量的能量。因此，潜油电泵采油过程中需对各种能源进行合理利用，才能取得最大的经济效益。每一次能量转移与转换，都会有不同程度的亏损。潜油电泵的优越性主要表现在以下几个方面：整体操作更简单，管理更方便，可以实现大排量采液，这种泵也能把井内处于上部注水层的水质注入下部注水层，同时，具有较高的可靠性、安全性和经济性等优点，其节能潜力巨大。

2 计算潜油电泵井系统效率的公式及与有关参数之间的关系

2.1 系统效率和油井有关参数之间的关系

以期从根本上提高潜油电泵井系统整体工作效率，需主动结合现状，通过技术进步来改善设备性能，从而达到提高整个油田生产水平，对后续投入运行起到了保证作用。潜油电泵系统效率主要由多种因素决定，因此，必须从多方面综合考虑，才能真正地发挥潜油电泵的最佳效能。实际公式如下：η=P2/P1，式中，η 是泵自身实际效率的百分数；P2 是潜油电泵有效动力，kW；P1 为地面输入功率，kW。潜油电泵在工作过程中需消耗一定的电能，如抽油泵泵效较低，就需要加大电机出力以增大单位时间内的吸程；另外，还需要保持足够大的扬程及相应的转速等，这些都取决于η 值的大小。它本身的实用计算公式是：η机械park=P4/P3 ≤P2/P1 式中η机械是指潜油电泵，其机械效率以%表示；P4 是潜油电泵的输出功率，kW；P3 为潜油电泵实际输入功率，kW。

2.2 系统效率和选井、选泵、油井作业等有关参数之间的关系

由上述系统的计算公式可见，系统效率的高低和若干有关参数有着密切的关系：机械效率高，潜油泵工作工况机械损失大，整个系统工作效率将得到大幅度的提高；因电缆实际损耗也显著增加，和系统的实际总工作效率成反比关系；因潜油电泵工作扬程恒定，抽水时，随水深的增加而递减，且其曲线形态逐渐变缓，从而使耗电量减少；由于电脱水器可避免井底高压对地面设备造成损坏。潜油电泵实际运行效率并不由一个相关系数确定，但通过电流，有效扬程、抽水深度与其他因素综合影响，在选井选泵过程中，要谨慎地选择有关的参数。在理论分析的基础上，建立了适合该类型电机驱动水泵优化设计数学模型，即根据井下工况及所需功率计算出最佳泵型方案；再结合经济技术评价得出最优泵组配置方案，最终达到提高经济效益的目的。

在实际的油田开发中，随着采出程度越来越高，地下条件是不断移动、不断变化的，这一改变可从生产井中的油气中得到水与压的指标体现。油井采油在选择潜油电泵的时候，动态就是对潜油电泵工作特点的把握与分析以及对油水、油层中气的真实移动与分布规律，维持油井稳产。潜油电泵自身凭借较大的排量、扬程较高等优点，广泛用于原油的生产，在采油方式中，使用最普遍。结合当前的实际运用，潜油电泵选择缺乏科学合理性，很难提高它们的实际运行效率，需要对潜油电泵的效率影响因素进行深入剖析，并有针对性地提出了解决方案，确保了泵选择的正确性和合理性，提升潜油泵自身工作效率。

3 潜油电泵系统运行效率低下的成因分析

基于此，本文提出了有针对性的解决措施，主要表现如下。

3.1 井中最佳设计选型及泵送选型参数

潜油泵井的优选难以有序进行，关键是在正规选井中，相关数据和信息还没有完全收集到，要确定的位置上，并且这些信息存在不确定性，就需要高效的参数，所以不能做到它的完整性、时效性，对潜水泵正常工作造成不同程度的影响。在对潜油油泵井进行具体的设计工作时，以主观经验为主，以实际生产情况为辅的优化方法，对有关参数进行了实际的优化，难以准确把握油井自身有关参数，导致最后效果。结果油泵井的选择过程与原来的设计目标有较大偏差，仍然造成电泵井的运行效率不高。

3.2 潜油泵组效果

油田正式开采阶段，油井本身数量较大，每口井的实际产量都不一样，每口油井的实际生产方式不同，每种扬程是不同的，所有排量的电泵均有库存问题，仅能选用与最后计算结果最接近的潜水电泵。在诸多因素的作用下，投产后，电泵参数和实际满足标准要求有差距，造成系统效率的降低。

3.3 气体与黏性液体的作用

一方面，是油井大产气时，气体在总排量中占有相当大的比重，造成产液量大幅度下降，该泵实际工作效率处于一定范围较低水平；气体量大，造成实际液位测量结果相差很大，最后衡量系统效率就会不够精确。另一方面，是黏性液体的作用。对稠油井或者稠油乳化井来说，流体在流入流道时，实际阻力有所增加，降低了电泵的机械效率，提高实际总能耗，降低了系统的综合效率。

3.4 油井的出砂与沉积物等问题

油井作业时间长，沉积物和其他现象加大流道堵塞危险，使系统原实际工作情况发生变化，对整口井的正常实际生产是不利的，并且整个系统的效率会降低。

4 提高潜油电泵系统效率等方面提出了策略与建议

为了从根源上确保潜油电泵系统工作的安全性，有必要积极地在不同层面上提出适当的解决措施，排除了各种影响操作的因素，对正常工作的支持，表现为以下几点。

4.1 水库部门应实现全面联网，预先进行数据交换

建立一套完善的数据库管理系统，便于油田管理人员随时掌握各节点的运行状态信息；利用无线传输网络技术将采集的各项参数及时准确传递给调度中心。以便于工作人员及时发现问题,有效保障安全生产。同时，通过实时监控井口压力变化情况和井底流压变化规律等方法来确定是否需要调整泵效以及合理调节注水量。充分利用多样化的数据监测数据设备、井下压力表并配合计算设备对油井进行动态监测以得到完整的数据、精确油井数据，主动了解地层流体供给的真实情况，对后续选泵，选井提供了有力的资料支撑。

4.2 使用高压小电流电机

根据油井实际工况，电泵系统自身实际消耗量需全部纳入电泵系统实际消耗量计算，选用电机的时候，一定要充分考虑到这一因素。在低压条件下，采用高压大电流电机可有效减小电动机的耗电量，从而达到节电目的，延长了使用寿命，且随着负载率的增大，节能效果越明显。在低压状况下，选用高压电机即可满足现场需求。电机自身性能不变时，甚至是高压工况，电泵电流亦较小，能够减少潜油电泵实际耗电，承认节约电能所带来的危险，并且有利于提高经济效益和社会效益确保进出流量比的改变，以及泵效系数的变化对整个油田开发影响不大。

4.3 优化系统配置，降低摩擦损失

首先，根据生产要求，选择合适的电机型号；其次，根据相关规范标准对设备选型及配套做出详细规定：最后，从源头上杜绝各种可能造成电泵磨损的因素，从而最大限度地保证设备安全稳定运转。一定要多措并举，积极推行表面处理，为了能够进一步提高油井产能必须重视对井下工具的维护工作。平时，定子在运行状态下，外部流体自身黏度升高，使其流量明显减少，内部摩擦越大能耗越大，整体工作效率下降的体系。通过对现有技术进行对比分析后提出了一种全新设计理念，即将叶轮叶片采用特殊结构设计使得其沿轴向排列呈S 形分布方式。相对电泵的正常运行情况，极大地增加了大流道电泵自身实际运行区域，能够进一步缓解，提高电泵污染，降低了摩擦带来的不应有损失，并确保了系统整体应用效率。

4.4 特定单井

基于所述当前所获取数据信息，绘制了相关单井IPR 曲线，精确估算流动压力与产液量之间的真实变化与形貌，为了科学地选择适宜的单井系列，显然是从体积上、扬程与下泵实际水深显示高度一致。在正式的生产过程的操作中，开展动态监测工作是十分必要的，时刻确保潜油泵的运转在合理的工况下进行，提高了它的实际生产寿命，提高了生产效率。在实际选择潜油电泵、电机、电缆和其他设备时，主要采取了以下几种方式：（1）选择潜油电泵。要从厂家供应的潜油电泵中选对，应考虑到油井自身抽砂及其他特殊条件，选用合理耐磨、耐腐蚀潜油电泵，性能曲线符合实际情况。用最有效率的流量作对比，在潜油电泵运行范围内，选用高效流量附近潜油电泵。若两泵效率均较高，流量亦较相近，则直接选择性能曲线扬程小的潜油电泵比较合适。（2）发动机选型。潜油电泵在完成设计后，便可算出潜油电泵实际所需制动功率，然后对电机进行合理的选型。在选用电机时，应充分考虑轴套自身实际约束，电机外壳实际大小不得大于轴套内径。电机选型工作结束后，需要准确地检测出电机的实际降温情况，一般情况下，液体以每秒1 英尺以上的速度流过电机本身表面，即可满足基本的要求，本申请用于对发动机进行实际冷却。通过计算得到电机最大温升不超过25℃,从而可以保证电机安全运行。（3）优化配套方案。根据不同工况选取合适的驱动方式以及水泵型号，最终达到节能增效目的。

4.5 强化油井管理

油井正式处理过程中，会消耗大量能源，其中电能约占50%左右。为了实现节能降耗目标，在油井开采过程中，应合理选择泵型和电动机容量，尽量采用变频调速技术。通过调整抽油机冲次及悬点载荷来控制井口压力，进而有效降低能耗，提高工作效率。同时，要重视日常维护保养，及时排除故障隐患，确保油田正常稳定运转。由于不同型号的电动潜油电泵所适用的工况条件存在较大差异，因此需要结合现场具体情况选用合适的类型。对正式作业潜油泵井来说，可以根据其性能特点确定最佳操作方案；而对于临时试验或检修潜油电泵井，就必须制定相应的操作规程才能保证安全高效生产,从而为油田开发提供可靠保障。

5 结语

对潜油电泵排量、扬程等参数进行了合理的选择，可极大地提高系统工作效率，有利于提高产量，较好地提高经济效益。但是，由于电泵工作环境比较恶劣，在设计和制造时存在许多问题，严重影响着电泵的正常运行，甚至发生故障造成经济损失。改善总体运行可靠性的基本等级的制度，提出了适当的解决方法。解决之道在于，提高电泵的实际工作效率，本实用新型提高了电泵整体设备的使用寿命，获得了较好的经济效益。