不锈钢卫生泵工况诊断的方法
杨钊
[摘 要]电潜泵由于具有举升扬程高，排量调节范围广等诸多优势，其对于降低油井动液面，减小对油层的回压、放大生产压差、强化高、中渗透地层、解放低渗地层、提高采油速度等非常有效，得到了非常广泛的应用，目前已经成为海上油田最主要的人工举升方式。如何全面掌握电潜泵井的工况并正确进行电潜泵井工况分析和故障诊断对保障油井生产时效、处理油井故障、挖掘油井潜力、保证设备有效工作、提高系统效率都具有十分重要的意义。本文根据海上油田电潜泵采油在平台的应用情况，对海上油田电潜泵的工况进行了详细分析，针对电潜泵运行中出现的电潜泵采油井耗电量高、系统效率低的问题，从电潜泵井产液量、动液面、配套电机功率、电泵扬程、下泵深度等参数入手，研究了电泵井系统各部分功率损失和系统效率问题，并进行了电潜泵故障诊断与排除，通过并针对性措施的优化及现场推广应用，电气泵泵效系统效率得到了明显提高，取得良好应用效果，进而为电潜的泵的后续管理和提效提供了有益参考。
[关键词]海上油田；电潜泵；应用工况分析；提高泵效措施
中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0030-01
0 前言
随着海上油田的大规模勘探开发，电潜泵采油工艺在高含水期油田得到广泛应用。电潜泵举升扬程高，排量调节范围广，管理简便，泵效相对较高，检泵周期长，经济效益好，对于降低油井动液面，减小对油层的回压、放大生产压差、强化高、中渗透地层、解放低渗地层、提高采油速度等十分有效。但随着电潜泵的广泛应用，在含气、砂量较高及井液结垢的井中使用泵效和寿命会大大降低，同时在斜井中使用也受到井斜角和造斜率的限制。因此，如何全面了解电潜泵井生产时井下机组的工况、判断分析故障原因，是保证设备有效运行、提高检泵周期的重要课题。
1 电潜泵的工作原理
电潜泵 （ESP）方式开采是一种重要的机械采油设备，是由多级叶轮串接起来的一种电动离心泵。除了其直径小长度长外，工作原理与普通离心泵没有多大差别，具有排量大、扬程高的优点。可广泛用于停喷后的高产油井、含水井、深井及海洋油田中，是油田实现高产稳产的重要手段。由于电潜泵具有排量大，广泛适用于斜井和水平井，地面配套设备比较简单，电驱动容易实现等显著优点，因此利用电潜泵采油成为海上油田采油的主要手段之一。电潜泵其工作原理是：当潜油电机带动轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮入口。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体的压能逐次增高在获得足以克服泵的出口以后管路阻力的能量时而流至地面，达到石油开采的目的。
2 海上油田电潜泵采油系统工况分析
电潜泵井工作时，系统工况的好坏主要表现在泵的排量、电机的工作电流、泵入口的气液比及泵入口压力的高低。系统的工况主要为：供液不足、电缆绝缘下降、泵入口堵塞或结垢、井液中有泥砂、泵或分离器轴断、泵扬程不够、气体影响和选泵偏小等。而导致这些问题出现的主要影响因素就是电潜泵泵效降低，通过电潜泵系统工况的模糊诊断可以将电潜泵采油系统消耗的总功率分为井下潜油电机输入功率、中间电缆功率损失和地面设备功率损失三部分。统计分析发现，潜油电机是动力源，是电潜泵采油系统的主要能耗点，占总功率的 80%以上。因此，为便于分析电泵井的井下功率损耗，将电泵井系统功率划分为四个部分： 电潜泵采油系统举升液体所消耗的水功率（即有效功率）；油管压头损失功率；潜油电机本身的功率损失；井下分离器、保护器功率损失。
为便于分析电泵井各运行参数与系统效率的关系，找出提高电泵井采油系统效率和节能降耗的潜力点，通过应用相关电潜泵采油系统优化设计软件进行提效，对目前生产电泵井进行统计分析计算发现，平均系统效率只有17%左右，平均有效功率只有13.491kW，而平均输入功率高达80.018kW。系统效率小于10%平均系统效率只5.03%；有效功率只有4.11kW；系统效率大于30%小于40%平均系统效率34.76%；系统效率大于40%采用的是小功率低扬程电泵机组，平均系统效率高达45.47%。因此，输入功率高和有效功率低是造成电泵井系统效率低的最根本原因。电泵井平均有效扬程463.7m，而平均电泵扬程高达1277m，有效扬程与电泵扬程的差值为813.3m，电泵扬程远大于有效扬程是造成输入功率高和系统效率低的最关键因素。因此，合理地匹配电泵扬程，使电泵扬程等于或略大于有效扬程，是降低输入功率、提高电潜泵采油系统效率的重要途径。从统计电泵井的有效扬程、有效功率和系统效率曲线来看，有效扬程大的井，其有效功率和系统效率也相应的要高。
3 提高电潜泵系统泵效的优化措施
为达到提高电潜泵采油系统效率的目的，借鉴陆上油田治理电潜泵井的先进经验，充分利用其配套优化技术，针对海上油田特殊井况， 根据提高有效功率和降低输入功率的原则，编制了电潜泵采油系统泵效优化设计软件，主要优化设计步骤如下：根据地层压力、区块开发特点，确定合理的提液量；根据确定的目标提液量，以泵吸入口压力为控制参数，计算下泵深度； 选择合理的油管内径；计算举升目标产液量下所需要的有效举升高度和油管压头损失高度，并确定电泵井在设计井口压力条件下举升目标提液量所需要的有效扬程；根据举升目标提液量所需要的有效扬程，在电潜泵系列中优选吻合程度最高的电潜泵扬程；结合泵特性曲线，选择合理排量的电潜泵；计算举升目标提液量所需要的有效功率；计算所需要的潜油电机功率，结合井况，在潜油电机系列中优选吻合程度最高的潜油电机功率。应用所编制的软件对采油厂检泵的电潜泵采油井进行了设计。当设计产量为50m3/d时，选择D400泵，泵效达到51%左右；当设计产量为60m3/d时，考虑到产液量的波动性，后期可能会达到80m3/d，会超D400泵的合理范围，选择DN675泵，泵效达到48%左右；当设计产量为80m3/d时，选择DN675泵，泵效达到54%左右。其泵效均处于优化区间内。分析对比D400和DN675的泵特性曲线可知，优化后，平均单井系统效率35.59%、泵效47.45%、日耗电929.3kWh，实施后平均单井系统效率27.77%，泵效37.03%，日耗电1164.1kWh，系统效率和泵效分别比优化值低7.82%和10.4%。
4.结束语
目前，渤海湾盆地部分海上油田已进入开采的中后期，井况复杂，上产难度大，为保障油田的稳产增产，老油田挖潜任务十分艰巨。作为海上油田最主要的举升方式，电潜泵采油是油田稳产增产的重要工艺措施，因此，进行电潜泵工况分析至关重要，本文针对海上油田电潜泵应用过程中状况和优化配套问题进行分析，提出了解决措施。进一步分析表明，实施电潜泵的综合治理，对电潜泵井优化配套是一个不可缺少的重要环节，提前做好电潜泵井优化设计对于提高电潜泵系统效率，延长检泵周期有着非常积极的意义，是确保电潜泵井高效生产，机组处于最佳运行状态的重要手段。
参考文献
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