潜油电泵稠油作业工况分析及调产方法_孙鹏.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言潜油电泵采油的特点是排量大、扬程高、抗稠油性能强、耐温耐腐等，近年来广泛应用于稠油油井区块的开采中。在采油过程中，为了提高稠油采收率，一般会采用加压、注水、注高温蒸汽等辅助手段，因此潜油电泵的使用工况非常恶劣。为了提高潜油电泵在稠油区块的泵检修周期，必须对每一口油井工况进行数据分析，含工况分析、定量分析、稠油电泵参数等，结合以往该区块相关历史数据建模，计算出每一口井的最佳产量区间，在保证整个区块产量的同时，提高整个稠油区块所有潜油电泵的检修周期。1潜油电泵稠油区块工况分析对稠油区块潜油电泵的工作状况进行分析，对于获取该区块潜油电泵工作数据及区块所有电泵井管理工作至关重要。潜油电泵工况分析所录取的参数应包含：电机工作参数（电压、电流、功率）、泵组工作参数（吸入口压力、排出口压力、环境温度）、油层参数（含水量、含气量、性质参数）、油井参数（油压、套压）、其他历史相关参数等。由于电泵井的参数差异性较大，每口电泵井的工作特性曲线都不相同，而且随着油井工况的变化而变化；它由扬程排量（HQ），轴功率排量（PQ），和泵功率流量（pQ）3 条曲线组成，分别表示电泵排量同扬程、轴功率、效率之间的关系（图1）。3 条曲线数据合并处理后，将扬程排量（HQ）曲线转变成泵况图（图 2）。潜油电泵工作的泵况图和工况图是根据电泵组的特性曲线数据合并得出的，采用这个方法，对某稠油区块的每口井的生产数据进行录入，首先计算出潜油电泵吸入/排出口的理论产量，此时的理论产量将原油混合液黏度修正考虑在内，因此可通过泵吸入口压力差和混合液密度折算出潜油电泵的实际扬程，然后计算出生产流体原油混合液的水功率和泵的轴功率。将计算出的实际扬程、实际排量标注在泵况图上，判断泵况点是否在高效区，然后在三维工况图下标记扬程、排量、轴功率，也就是泵组的工况点，判断潜油电泵井机组工作是否合理，电机选配否合适，是否存在功率过大或功率不足，为下一步选择潜油电泵机组及后期维护调产提供数据依据。2油井参数定量分析2.1潜油电泵自身能耗潜油电泵作为液力机械驱动设备，会有不同程度的自身能耗，由于液体在泵内流动会造成容积损失、水力损失、机械损失。潜油电泵工况分析数据量大，涉及参数项多，靠人工计算几乎不可能完成，目前主要应用计算机建模，软件化、程序化完成计算，工况分析过程中只需要输入必要的数据，就可以直接得到所需的结果，也可以根据工况数据变化，提前预测后期趋势。2.2工况分析建模步骤（表 1）根据泵组运行的体积流量和扬程，标注在已绘制出的泵况图上，在工况图上确定工况点，判断电泵机组是否运行在高效区。3稠油电泵井调产方法3.1井口油嘴调产电泵井运行时最简便的调产方式是调整井口油嘴开度，实现油井产量的快速调整。在具体操作过程中，因为井口油嘴开度的变换，改变了油井压力，改变了潜油电泵的出口压力负载，直接体现在机组扬程及负载的变化，随之带来了电泵排量的变化。摘要：介绍潜油电泵在稠油作业区的工况分析及数据定量建模方法。对采油区电泵井机组的工况及原始数据进行计算机建模，可以判定潜油电泵是否工作在高效区（合理区）。通过井口喷嘴调产、电机变频调产、回流调产、更换机组的方法改善电泵工作特性，延长电泵机组有效工作寿命，降低区域采油能耗。关键词：潜油电泵；稠油；电泵井；调产；井口油嘴中图分类号：TE933文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.70潜油电泵稠油作业工况分析及调产方法孙鹏1，黄彬1，饶攀攀2（1.中国石油技术开发有限公司，北京100009；2.中国石油物资沧州有限公司，河北沧州061004）图 1电泵组特性曲线图 2电泵泵况159设备管理与维修2023 5（下）通过井口油嘴调产的范围区间较小，有一定的局限性，随着井口油嘴开度的变化，潜油电泵排量在额定排量范围内变化时，潜油电泵不会超负荷运行，不会造成机械强度失效事故；若超出电泵额定排量，潜油电泵长时间超负荷运行，对电泵内叶轮及导轮受力明显增加，会大大缩短机组寿命。3.2电机变频调产潜油电泵是一种机械离心泵，其特性参数与泵主轴旋转速度成正比，也就是与电机转速成正比。电机转速越高泵排量越高泵扬程越高泵轴功率越高；而电机转速与电机的工作电源频率成正比，可以理解为电源频率越高泵排量越高，电源频率越高泵扬程越高，电源频率越高泵轴功率越高。调产方式可以通过改变潜油电泵驱动电机电源频率来实现，对于变频电机来说实现起来非常简便，而且可实现精准可靠控制。变频器是改变电源频率的唯一设施，设备费用较高，前期一次性投入较大。目前，各采油区从经济性考虑，只在部分排量及压力范围大的电泵井中配套使用，现场调产范围大、控制简便可靠、节能效果明显，将陆续在更大的范围内推广。3.3回流调产回流调产是一种相对极端的调产方式，是在其他调产方法都无效的情况下的办法，通常是电泵井供液严重不足，频繁导致欠载停机，为延长电泵组的使用期限，减少采油过程中的停机次数而采用的一种缩产方式。具体操作是将电泵井已经采出的原油混合液，通过井口油套管阀门调节，使一部分原油从油套管环空回流，返回到潜油电泵吸入口，同油井中原油重新混合，从而增加泵吸入流量及压力，由潜油电泵重新采出，以维持电泵井正常采油作业。此种方法弊端较多，易出现的状况有：油套管环空结垢、结蜡、固化、腐蚀等现象，会影响后期油井维护或修井作业。3.4更换潜油电泵当电泵井采油工况供液严重不足或潜油电泵最大排量无法达到油井产能需求时，则需要根据工况数据分析，重新进行电泵组参数配置。对供液量不足的电泵井，需要更换排量相对较小的电泵组，解决原电泵空吸欠载运行的问题；对于达不到产能需求的电泵井，则需要更换与油井产能匹配的大排量潜油电泵，具体参数应根据油井的实际供液能力和流体性质数据，通过计算机软件建模进行辅助电泵选型。4现场调产应用运用以上工况数据定量分析对稠油渤海作业区电泵井进行分析，并根据调产方法对 21 口不在合理工作区的电泵井进行调产，井口喷嘴调产 14 口，变频器调整电泵转速调产 8 口，回流调产 2 口，重新更换潜油电泵组 4 口（表 2）。5结束语结合稠油作业区工况数据应用计算机软件建模，进行定量分析，判别潜油电泵是否工作在高效区（合理区）。对不在合理区工作的潜油电泵，通过调产方法改善潜油电泵的采油工况，对于维持整个油区产量、降低采油区电泵井能耗、延长电泵组的工作寿命效果明显。参考文献1何睿.锦州油田保障稳产高产开发措施研究 D.成都：西南石油大学，2013.2周东民.海上油田开发生产系统的工况模拟测试平台的研究 D.北京：中国石油大学，2011.3姚殿斌.潜油电泵可调油嘴现场应用情况分析 J.中国石油和化工标准与质量，2014，34（7）：189.4杜林辉，刘玉国，刘瑞，等.超稠油潜油电泵尾管装置的研制与应用 J.石油钻采工艺，2013，35（4）：103-105.5李昂.深层稠油潜油电泵井油套环空掺稀油举升工艺研究 D.青岛：中国石油大学（华东），2013.6董振刚，张铭钧，庞向东，等.潜油电泵油嘴调参与变频调参对比分析 J.石油钻采工艺，2008（1）：54-57.编辑李波步骤顺序具体内容机组参数电机参数（电流、电压、功率、效率、功率因数），空载运行电流、泵组特性曲线等泵况图电泵组的特性曲线数据综合绘制出工况图利用电机参数建三维图电泵井的生产资料电机参数（电压、电流、功率、功率因数、效率），油井参数（日产液量、原油含水率、含气量、油层压力），泵组参数（出口压力、出口温度、入口压力、入口温度、泵挂深度）油井物性参数混合液黏度、三相流理论密度、原油泡点压力等泵扬程由泵入口压力计算出的理论扬程物性参数平均黏度、平均液体体积系数和平均游离气油比（平均压力和平均温度）数据校正泵内液体进行体积系数和黏度校正总体积排量计算校正后的气液总体积排量实际功率电机实际负载功率（理论计算值）序号井号机、泵配置生产数据调产方式排量/（m3/d）配泵扬程/m配置功率/kW井口油压/MPa液量/（m3/d）含砂量/黏度/（MPa s）11-82152501350861325.70.292 54049.72变频+油嘴调产21-76231501800861.4790.341 36148.8油嘴调产3T71X62452300450.8860.107 66815.38变频调产4T1016250900860.8275.70.424 37870.33变频调产5215N233201053860.6260.60.0986354.8变频调产6214N16320695431.2383.20.058 84459.5油嘴调产18311411501190860.9176.80.109 611 393变频+油嘴调产19311461501800860.8144.80.123 211 284更换电泵组2030N1353201410860.7250.60.050 212 964更换电泵组21311842501720860.7277.20.468 57546.9变频+油嘴调产表 2数据定量分析对应调产方法表 1潜油电泵工况分析建模步骤160