胜坨油田潜油电泵井节能配套技术研究.pdf

1、 收 稿 日 期 2009207206作 者 简 介 姚 诚 (19682) , 男 , 1993 年 大 学 毕 业 , 高 级 工 程 师 , 博 士 生 , 现 主 要 从 事 采 油 工 程 方 面 的 研 究 工 作 。胜 坨 油 田 潜 油 电 泵 井 节 能 配 套 技 术 研 究姚 诚 (中 国 石 油 大 学 石 油 工 程 学 院 , 山 东 东 营 257061)金 炜 (胜 利 油 田 有 限 公 司 胜 利 采 油 厂 , 山 东 东 营 257051)摘 要 潜 油 电 泵 是 胜 坨 油 田 的 主 要 机 械 采 油 方 式 之 一 , 由 于 对 潜 油 电

2、泵 优 化 配 套 认 识 不 足 , 没 有 实 施 优化 设 计 , 导 致 潜 油 电 机 、 潜 油 离 心 泵 配 置 不 合 理 , 电 潜 泵 排 量 偏 离 高 泵 效 生 产 区 , 以 致 人 为 采 用 油 嘴 控制 液 量 , 造 成 潜 油 电 泵 井 系 统 效 率 较 低 , 能 耗 高 , 增 加 了 采 油 成 本 。 从 影 响 电 泵 井 系 统 效 率 因 素 分 析 入手 , 找 出 了 影 响 潜 油 电 泵 井 能 耗 和 系 统 效 率 的 主 要 因 素 , 通 过 采 取 优 化 潜 油 电 泵 机 组 系 列 、 优 化 设 计 、优 化

3、配 套 等 技 术 措 施 , 实 现 了 潜 油 电 泵 井 能 耗 大 幅 度 降 低 , 系 统 效 率 提 高 的 目 的 , 为 胜 坨 油 田 实 施 低 能耗 提 液 战 略 , 实 现 液 量 上 升 、 单 耗 降 低 、 总 体 能 耗 基 本 不 变 的 总 目 标 提 供 了 技 术 支 持 。关 键 词 抽 油 井 ; 无 杆 抽 油 泵 抽 油 ; 电 动 潜 油 泵 ; 泵 效 ; 节 能 ; 优 化 设 计 ; 配 套中 图 分 类 号 TE93313 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 100029752 (2009) 0520400203针 对 胜 坨

4、油 田 , 为 降 低 电 泵 井 能 耗 , 改 善 潜 油 电 泵 工 作 状 况 , 提 高 潜 油 电 泵 井 的 系 统 效 率 , 降 低 潜油 电 泵 能 耗 , 有 必 要 开 展 潜 油 电 泵 节 能 配 套 技 术 研 究 。1 潜 油 电 泵 井 系 统 效 率 影 响 因 素 分 析11 1 生 产 参 数 的 影 响表 1 按 排 量 分 类 电 泵 井 能 耗 统 计 表排 量 分 类/ m3 h - 1 井 口 数平 均 日 液 量/ m3平 均 有 效 功 率/ kW系 统 效 率/ %百 米 吨 液 耗 电/ kW h 100 31 86167 5715 2

5、01 5 1132150 35 1481 4 7116 221 9 1118250 82 2691 7 1051 5 261 0 1105320 115 3321 6 9110 281 7 0195合 计 263 2591 5 8910 261 5 11031) 产 液 量 与 系 统 效 率 的 关 系 通 过 在 试 验 井 测 试 的 数 据 分 析 , 随 着离 心 泵 排 量 的 增 加 其 潜 油 电 机 、 离 心泵 及 整 机 效 率 是 逐 渐 增 加 的 。 统 计263 口 潜 油 电 泵 井 (表 1) , 随 着 潜 油电 泵 机 组 排 量 的 增 大 , 平 均

6、系 统 效 率由 201 5 %上 升 到 281 7 % , 平 均 百 米吨 液 耗 电 由 11 32kW h 下 降 到01 95kW h , 说 明 大 排 量 潜 油 电 泵 的 潜 油 电 机 效 率 、 离 心 泵 效 率 、 整 机 效 率 比 小 排 量 潜 油 电 泵 机 组 的效 率 高 。2) 排 量 与 系 统 效 率 的 关 系 统 计 263 口 潜 油 电 泵 井 ; 小 于 额 定 排 量 80 %时 , 潜 油 电 泵 (40 口 井 ) 的平 均 系 统 效 率 为 20155 % ; 在 额 定 排 量 的 80 % 140 %之 间 时 , 潜 油

7、电 泵 (208 口 井 ) 的 平 均 系 统 效 率 为27127 % ; 大 于 额 定 排 量 140 %时 , 潜 油 电 泵 (15 口 井 ) 的 平 均 系 统 效 率 为 24117 %。 这 主 要 是 由 于 潜 油 电泵 井 供 、 排 不 协 调 , 潜 油 电 机 、 离 心 泵 配 套 不 优 化 , 造 成 的 潜 油 电 泵 井 能 耗 升 高 , 系 统 效 率 低 。3) 扬 程 与 系 统 效 率 的 关 系 统 计 263 口 潜 油 电 泵 井 , 配 泵 扬 程 在 实 际 需 要 扬 程 200m 以 内 时 , 潜油 电 泵 (92 口 井 )

8、 的 平 均 系 统 效 率 为 291 11 % ; 配 泵 扬 程 在 实 际 需 要 扬 程 200 400m 之 间 时 , 潜 油 电泵 (89 口 井 ) 的 平 均 系 统 效 率 为 281 01 % ; 配 泵 扬 程 大 于 实 际 需 要 扬 程 400m 以 上 时 , 潜 油 电 泵 (82 口井 ) 的 平 均 系 统 效 率 为 201 52 %。 主 要 是 由 于 配 泵 扬 程 过 大 , 增 加 了 潜 油 电 机 的 配 置 功 率 , 造 成 潜 油 电机 和 离 心 泵 的 机 械 损 耗 增 加 , 潜 油 电 泵 井 能 耗 升 高 , 系 统

9、效 率 低 。4) 沉 没 度 与 系 统 效 率 的 关 系 统 计 263 口 潜 油 电 泵 井 , 沉 没 度 小 于 200m 的 18 口 油 井 , 平 均 产 液量 只 有 159m3 / d , 平 均 系 统 效 率 为 291 68 % ; 沉 没 度 200m 400m 之 间 的 49 口 油 井 , 平 均 产 液 量264m3 / d , 平 均 系 统 效 率 301 24 % ; 沉 没 度 大 于 400m 的 196 口 油 井 , 平 均 产 液 量 312m3 / d , 平 均 系 统 效004石 油 天 然 气 学 报 (江 汉 石 油 学 院 学

10、 报 ) 2009 年 10 月 第 31 卷 第 5 期Journal of Oil and Gas Technology (J1J PI) Oct12009 Vol131 No15率 仅 为 231 8 %。 可 以 看 出 , 沉 没 度 过 小 , 影 响 系 统 效 率 主 要 是 沉 没 压 力 不 够 , 脱 气 影 响 泵 效 。 沉 没 度过 大 , 影 响 系 统 效 率 主 要 是 增 加 了 油 管 摩 阻 损 失 和 电 缆 功 率 损 失 。 根 据 油 管 摩 阻 曲 线 查 得 , 经 过 计 算 ,泵 挂 深 度 每 增 加 100m , 油 管 摩 阻 损

11、失 增 加 01 28kW。 以 沉 没 度 过 大 的 ST328262 井 为 例 , 沉 没 度 为1050m , 平 均 产 液 量 为 334m3 / d , 系 统 效 率 仅 为 171 25 % , 每 百 米 吨 液 耗 电 量 达 到 11 58kW h。11 2 潜 油 电 泵 机 组 的 影 响 因 素 分 析潜 油 电 泵 机 组 自 身 的 功 率 损 耗 与 其 本 身 结 构 、 新 旧 及 装 配 有 关 , 为 便 于 分 析 电 泵 井 的 井 下 功 率 损耗 , 将 潜 油 电 泵 井 系 统 功 率 损 失 划 分 为 以 下 几 个 部 分 : 电

12、 缆 损 失 、 潜 油 电 机 损 失 、 井 下 分 离 器 和 保 护 器损 失 、 离 心 泵 损 失 。1) 电 缆 功 率 损 失 电 缆 的 功 率 损 耗 与 电 泵 运 行 电 压 、 电 流 、 电 缆 材 质 、 规 格 、 电 缆 长 度 以 及 井 液温 度 有 关 , 其 主 要 损 耗 形 式 为 电 缆 发 热 。 根 据 统 计 和 测 试 数 据 , 胜 坨 油 田 潜 油 电 泵 井 平 均 泵 挂 深 度1434m , 平 均 运 行 电 流 36A , 电 缆 电 阻 在 20 时 为 01 92 / km , 70 时 为 11 11 / km ,

13、可 计 算 出 每 千 米电 缆 功 率 损 失 为 41 3kW , 电 缆 效 率 一 般 为 95 % 97 %。2) 潜 油 电 机 功 率 损 失 潜 油 电 机 的 能 量 损 耗 主 要 由 铜 损 、 铁 损 和 和 机 械 损 耗 组 成 。 在 潜 油 电 机 功率 一 定 的 情 况 下 , 其 能 量 损 耗 的 大 小 与 电 机 负 载 率 、 井 温 及 液 体 流 速 有 关 。 在 额 定 负 载 时 , 潜 油 电 机 的效 率 一 般 为 82 %左 右 , 负 载 率 越 小 , 效 率 越 低 。 目 前 常 用 潜 油 电 机 (43kW 2 节 )

14、 的 空 载 损 耗 为 : 铜耗 01 9kW , 铁 耗 31 35kW , 机 械 损 耗 61 20kW。 可 以 看 出 潜 油 电 机 功 率 配 置 过 大 , 增 加 了 潜 油 电 机 空 载损 耗 , 降 低 了 潜 油 电 机 效 率 。3) 井 下 分 离 器 和 保 护 器 损 失 井 下 分 离 器 由 水 力 损 失 、 容 积 损 失 和 机 械 摩 擦 损 失 等 组 成 。 保 护 器的 能 量 损 失 主 要 是 机 械 摩 擦 损 失 , 对 于 一 定 型 号 和 规 格 的 保 护 器 来 讲 , 其 损 耗 基 本 为 定 值 。 根 据 测 试

15、,保 护 器 、 分 离 器 功 率 损 耗 在 4kW 左 右 , 二 者 的 效 率 可 达 941 5 %。4) 离 心 泵 损 失 多 级 离 心 泵 为 潜 油 电 泵 系 统 的 主 要 部 件 , 其 能 量 损 失 由 机 械 损 失 、 水 力 损 失 和 容积 损 失 三 部 分 组 成 。 其 中 机 械 损 失 对 某 一 多 级 离 心 泵 而 言 是 定 值 , 水 力 损 失 和 容 积 损 失 占 其 主 要 比 例 ,且 随 离 心 泵 的 排 量 及 扬 程 变 化 , 还 与 流 体 的 粘 度 有 关 。 大 排 量 潜 油 电 泵 的 理 论 效 率

16、一 般 为 55 % 62 % ,而 小 排 量 潜 油 电 泵 的 理 论 效 率 一 般 为 38 % 511 2 % , 额 定 排 量 越 小 , 理 论 效 率 越 低 。11 3 其 他 影 响 因 素其 他 影 响 因 素 主 要 是 油 管 摩 阻 , 油 管 摩 阻 损 失 与 排 量 、 油 管 尺 寸 、 油 管 壁 光 滑 程 度 、 管 柱 长 度 及 流体 粘 度 等 有 关 。 目 前 胜 坨 油 田 平 均 产 液 量 为 259m3 / d , 根 据 油 管 摩 阻 曲 线 查 得 并 经 过 计 算 , 泵 挂 深 度 每增 加 100m , 油 管 摩

17、阻 损 失 增 加 01 28kW , 其 效 率 可 达 951 2 % , 摩 擦 损 耗 越 小 , 系 统 效 率 就 越 高 。由 以 上 分 析 可 量 化 得 出 文 献 1 所 示 的 潜 油 电 泵 各 部 分 效 率 图 (图 1) 。图 1 潜 油 电 泵 系 统 理 论 系 统 效 率由 图 可 见 , 潜 油 电 泵 井 的 理 论 系 统 效 率 可 达 41 % , 其 中 潜 油 电 机 和 离 心 泵 的 能 耗 是 影 响 潜 油 电 泵高 效 运 行 的 主 要 因 素 。2 提 高 潜 油 电 泵 井 系 统 效 率 的 配 套 技 术 措 施21 1

18、潜 油 电 泵 产 品 系 列 化1) 完 善 潜 油 电 机 系 列 通 过 对 潜 油 电 泵 井 的 生 产 、 潜 油 电 机 、 离 心 泵 配 套 及 能 耗 测 试 情 况 的 分 析和 统 计 , 平 均 潜 油 电 机 配 置 功 率 高 于 实 际 需 要 功 率 27kW , 潜 油 电 机 功 率 利 用 率 低 , 相 对 增 加 了 潜 油 电机 损 耗 。 其 主 要 原 因 是 潜 油 电 机 功 率 没 有 形 成 系 列 产 品 , 无 法 优 化 潜 油 电 机 配 置 , 造 成 潜 油 电 机 轻 载 运行 , 出 现 “ 大 马 拉 小 车 ” 的

19、现 象 。 根 据 胜 坨 油 田 潜 油 电 泵 井 的 生 产 实 际 情 况 , 在 现 有 配 套 标 准 的 基 础 上细 化 了 潜 油 电 机 功 率 , 制 定 出 适 合 胜 坨 油 田 潜 油 电 泵 井 生 产 的 潜 油 电 机 产 品 系 列 , 与 生 产 厂 家 结 合 , 制104第 31 卷 第 5 期 姚 诚 等 : 胜 坨 油 田 潜 油 电 泵 井 节 能 配 套 技 术 研 究 定 出 7 种 规 格 的 单 节 潜 油 电 机 (15、 21、 31、 37、 43、 55、 62kW) 和 3 种 规 格 的 双 节 潜 油 电 机 (74、86、

20、 110kW) 进 行 配 套 , 从 而 优 化 潜 油 电 机 的 配 套 , 有 效 降 低 装 机 功 率 , 减 少 潜 油 电 泵 井 能 耗 。2) 完 善 离 心 泵 系 列 通 过 对 现 有 263 口 潜 油 电 泵 井 的 统 计 , 平 均 配 泵 扬 程 高 于 实 际 需 要 扬 程329m , 配 泵 扬 程 过 大 , 一 方 面 增 加 了 离 心 泵 的 机 械 损 耗 , 另 一 方 面 增 加 了 潜 油 电 机 的 配 置 功 率 , 造 成系 统 效 率 低 。 通 过 分 析 , 在 现 有 配 套 标 准 的 基 础 上 细 化 了 离 心 泵

21、 的 扬 程 , 与 生 产 厂 家 结 合 制 定 出 不 同 排量 的 离 心 泵 扬 程 , 按 照 100 200m 为 一 个 台 阶 , 进 行 扬 程 组 合 配 置 , 从 而 细 化 了 离 心 泵 扬 程 , 达 到 优化 潜 油 机 、 离 心 泵 配 置 的 目 的 。21 2 潜 油 电 泵 井 优 化 设 计 及 参 数 优 选1) 优 化 潜 油 电 泵 设 计 及 选 泵 配 套 模 式 电 潜 泵 油 井 生 产 系 统 设 计 的 任 务 是 在 满 足 由 油 井 供 液 能 力所 确 定 的 产 量 前 提 下 , 确 定 下 泵 深 度 、 选 择 泵

22、 型 和 计 算 工 作 参 数 , 使 其 效 率 最 高 和 能 耗 最 小 2 。 根 据 胜坨 油 田 电 泵 井 的 生 产 参 数 , 结 合 地 层 压 力 、 井 组 注 采 对 应 状 况 等 各 方 面 因 素 , 选 定 合 适 的 油 井 产 液 量 ,确 保 电 泵 井 的 供 液 能 力 。 在 综 合 考 虑 油 井 、 潜 油 电 泵 机 组 和 管 路 三 者 的 相 互 关 系 的 基 础 上 , 通 过 优 选 和配 套 离 心 泵 型 号 、 潜 油 电 机 型 号 等 , 同 时 根 据 供 液 能 力 确 定 合 理 的 离 心 泵 排 量 、 泵

23、挂 深 度 、 沉 没 度 , 从而 确 保 有 效 的 提 高 电 泵 井 的 系 统 效 率 。 确 定 潜 油 电 泵 井 合 理 泵 挂 深 度 。 确 定 潜 油 电 泵 井 合 适 泵 型 。 潜 油 电 机 的 选 择 。 离 心 泵 型 号 、 级 数 确 定 之 后 , 根 据 泵 送 液 体 的 性 质 、 井 身 结 构 及 泵 送 液 体 所 需 功 率等 情 况 , 选 择 潜 油 电 机 型 号 。 保 护 器 的 选 择 。 根 据 不 同 系 列 的 潜 油 电 机 选 择 , 一 般 采 用 双 节 保 护 器 ,在 直 井 中 可 选 用 沉 降 式 或 胶

24、 囊 式 保 护 器 , 对 于 斜 井 最 好 选 用 胶 囊 式 保 护 器 。 油 气 分 离 器 / 吸 入 口 的 选择 。 在 泵 吸 入 口 压 力 下 , 气 体 体 积 占 三 相 总 体 积 不 超 过 10 % , 可 直 接 采 用 吸 入 口 ; 气 体 体 积 不 超 过25 % , 可 采 用 单 分 离 器 ; 气 体 体 积 不 超 过 35 % , 可 采 用 双 分 离 器 ; 气 体 体 积 不 超 过 55 % , 可 采 用 气 液泵 装 置 ; 一 般 情 况 下 , 分 离 器 的 选 择 根 据 经 验 生 产 气 液 比 10 %特 征 曲

25、线 考 虑 是 否 选 用 分 离 器 。2) 优 化 潜 油 机 、 离 心 泵 配 置 严 格 按 照 泵 特 性 曲 线 , 系 统 优 化 离 心 泵 的 排 量 、 扬 程 和 潜 油 电 机 功率 , 尽 可 能 使 潜 油 电 泵 排 量 、 扬 程 、 效 率 等 参 数 达 到 最 佳 匹 配 , 在 潜 油 电 泵 系 列 中 优 选 与 优 化 值 匹 配 程度 最 高 的 潜 油 电 泵 机 组 , 使 潜 油 电 泵 在 最 佳 经 济 区 运 行 。 同 时 , 充 分 考 虑 下 泵 深 度 、 产 出 液 的 流 体 性质 、 机 组 扬 程 、 潜 油 电 机

26、 功 率 、 油 管 内 径 等 参 数 对 系 统 效 率 的 影 响 , 在 满 足 油 井 举 升 高 度 、 油 井 举 升 液体 消 耗 功 率 的 前 提 下 , 尽 可 能 地 降 低 离 心 泵 扬 程 和 潜 油 电 机 功 率 , 最 大 限 度 地 减 少 各 类 损 失 功 率 。3) 合 理 配 套 潜 油 电 泵 井 油 嘴 潜 油 电 泵 井 带 油 嘴 生 产 是 由 于 油 井 的 选 泵 、 配 泵 不 合 理 引 起 的 。 其主 要 原 因 是 由 于 产 能 预 测 与 实 际 生 产 情 况 偏 差 过 大 , 为 了 合 理 的 控 制 潜 油 电

27、 泵 井 的 生 产 压 差 , 调 节 供 排关 系 , 保 护 油 层 , 不 致 因 强 采 过 度 , 造 成 油 井 供 排 失 调 而 频 繁 的 更 换 机 组 , 保 证 连 续 稳 定 的 生 产 。 为 减少 潜 油 电 泵 井 带 嘴 生 产 , 降 低 截 流 损 失 , 提 出 以 重 视 潜 油 电 泵 井 地 质 、 工 艺 设 计 为 基 础 , 加 强 潜 油 电 泵井 优 化 设 计 , 依 据 潜 油 电 泵 井 的 前 期 生 产 参 数 变 化 情 况 , 对 应 水 井 注 水 状 况 ; 出 砂 、 结 垢 、 含 气 及 潜 油电 泵 机 组 提

28、 出 情 况 , 积 极 与 工 艺 所 、 矿 结 合 , 认 真 分 析 , 准 确 把 握 住 每 一 口 潜 油 电 泵 井 的 生 产 状 况 , 提高 潜 油 电 泵 优 化 设 计 符 合 率 , 力 争 达 到 潜 油 电 机 、 离 心 泵 优 化 配 套 。3 现 场 应 用 及 效 果通 过 开 展 优 化 潜 油 电 泵 节 能 配 套 技 术 研 究 与 应 用 , 2008 年 1 12 月 共 检 潜 油 电 泵 作 业 257 口 井 ,抽 改 电 74 口 井 , 根 据 产 能 预 测 优 化 潜 油 电 泵 配 套 121 口 井 。 目 前 胜 坨 油

29、田 潜 油 电 泵 井 能 耗 与 去 年 对 比降 低 104kW h , 平 均 系 统 效 率 由 261 5 %提 高 到 271 6 % , 平 均 百 米 吨 液 耗 电 降 低 了 01 05kW h。根 据 产 能 预 测 优 化 潜 油 电 泵 配 套 121 口 井 中 , 可 对 比 的 86 口 井 , 通 过 测 试 数 据 统 计 , 平 均 装 机 功率 由 优 化 前 的 811 76kW 下 降 到 771 12kW , 平 均 减 少 41 64kW ; 平 均 配 泵 扬 程 由 优 化 前 的 14181 6m 下 降到 1321m , 平 均 减 少

30、971 6m ; 平 均 泵 挂 深 度 由 优 化 前 的 14211 7m 下 降 到 13481 9m , 平 均 减 少 721 8m ;平 均 单 井 日 耗 电 由 由 优 化 前 的 22691 1kW h 下 降 到 18291 5kW h , 平 均 单 井 日 节 电 4391 6kW h。 这86 口 井 累 计 至 2008 年 底 节 电 达 到 9491 47 104 kW h。 不 可 对 比 的 35 口 井 , 平 均 单 井 日 耗 电 仅 为1662kW h , 与 胜 坨 油 田 2007 年 7 月 的 平 均 单 井 日 耗 电 低 475kW h , 与 2008 年 10 月 胜 坨 油 田 平 均单 井 耗 电 低 317kW h。参 考 文 献 1 赵 春 民 , 王 则 宾 1 潜 油 电 泵 系 统 的 能 耗 分 析 J 1 油 气 田 地 面 工 程 , 2005 , 24 (6) : 331 2 Q/ SH1020 083422004 , 潜 油 电 泵 井 系 统 效 率 监 测 规 程 S .编 辑 苏 开 科204 石 油 天 然 气 学 报 (江 汉 石 油 学 院 学 报 ) 2009 年 10 月