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摘 要：油田进入高含水期，电潜泵举升扬程高，排量调节范围广，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，得到比较广泛的应用。如何全面掌握电潜泵井的工况、挖掘油井潜力、保证设备有效工作、提高系统效率就显得非常重要。本文针对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， 并应用电潜泵采油系统优化设计及现场推广应用， 系统效率提高了15.2%，取得明显效果。
关键词：电潜泵；采油功率；系统效率；优化设计
埕岛油田馆上段属河流相砂岩油藏，纵向层多、层薄，平面上砂体横向变化大，原油属常规稠油。因转注时间较晚，地层压力下降较大，全区采油速度低，与平台、管线寿命期矛盾突出。因此，埕岛油田必须提高采油速度，实施“强采强注”，在平台、海管寿命期限内最大限度的采出原油。开展电泵井优化设计和采油工艺适应性研究，对埕岛油田后期开发调整具有重要的指导作用和现实意义。
随着油田开发进入高含水期， 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，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。管理简便，泵效相对较高，检泵周期长，经济效益好，特别是对原油粘度低，单井产量高的油井效果十分显著。但这种采油方式电缆设计是一个薄弱环节，井下机组发生故障时检泵时间长，改变生产条件缺乏灵活性，需要经济电源。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，在斜井中使用也受到井斜角和造斜率的限制。由于电泵井系统效率低、耗电量高，因此如何提高电潜泵采油系统效率， 降低电潜泵采油井耗电量， 使电潜泵在最佳经济区运行， 已成为当前降低电潜泵采油成本的一条重要途径。
1 电潜泵采油系统效率现状与分析
可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 3 部分。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 4 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， 应用所引进的电潜泵采油系统优化设计软件， 对目前生产电泵井进行计算， 平均系统效率只有16.86% ， 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。其中：系统效率低于 10% 的井平均电泵扬程比有效扬程高出 1156.8m， 平均输入功率高达 81 74kW； 系统效率大于 20% 的 10 口， 平均电泵扬程比有效扬程高出 441.1m， 平均输入功率为75.28kW。因此， 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。
因此， 在地层静压一定的情况下， 确定合理的提液量和合理的下泵深度、增加提液量和有效扬程是提高系统效率主要途径。当然， 造成电泵井系统效率低的原因除以上几种主要原因外， 还与井口压力、电机工作电压、动力电缆损失等多种因素有关， 是多种因素相互作用、相互影响的结果。因此， 为提高电潜泵采油系统效率， 降低耗电量， 系统研究各运行参数的相互关系， 优化各运行参数， 建立合理的供排关系是提高电潜泵采油系统效率、节能降耗的根本途径。
2 提高電潜泵采油系统效率优化设计
为达到提高电潜泵采油系统效率的目的， 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50 m3/d 时，选择D400 泵，泵效达到51%左右；当设计产量为60 m3/d 时，考虑到产液量的波动性，后期可能会达到80m3/d，会超出D400 泵的合理范围，选择DN675 泵，泵效达到48%左右；当设计产量为80 m3/d 时，选择DN675泵，泵效达到54%左右。其泵效均处于优化区间内。D400 和DN675 的泵特性曲线（见图1.2）。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% 。
图1 D400 泵特性曲线图（频率60 Hz，级数100）
图2 DN675泵特性曲线图（频率60 Hz，级数100）
3 电潜泵工艺配套
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，电潜泵井优化设计是确保电潜泵井高效生产，机组处于最佳运行状态的重要前提。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，针对浅海油田特殊井况，采取不同的措施，如采用气-液处理器、电潜螺杆泵、测温测压装置等新技术，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。■
参考文献
1.王峰. 电潜泵故障诊断技术研究现状及发展趋势[J]. 化工管理. 2014（35）
关键词：电潜泵；采油功率；系统效率；优化设计
埕岛油田馆上段属河流相砂岩油藏，纵向层多、层薄，平面上砂体横向变化大，原油属常规稠油。因转注时间较晚，地层压力下降较大，全区采油速度低，与平台、管线寿命期矛盾突出。因此，埕岛油田必须提高采油速度，实施“强采强注”，在平台、海管寿命期限内最大限度的采出原油。开展电泵井优化设计和采油工艺适应性研究，对埕岛油田后期开发调整具有重要的指导作用和现实意义。
随着油田开发进入高含水期， 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，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。管理简便，泵效相对较高，检泵周期长，经济效益好，特别是对原油粘度低，单井产量高的油井效果十分显著。但这种采油方式电缆设计是一个薄弱环节，井下机组发生故障时检泵时间长，改变生产条件缺乏灵活性，需要经济电源。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，在斜井中使用也受到井斜角和造斜率的限制。由于电泵井系统效率低、耗电量高，因此如何提高电潜泵采油系统效率， 降低电潜泵采油井耗电量， 使电潜泵在最佳经济区运行， 已成为当前降低电潜泵采油成本的一条重要途径。
1 电潜泵采油系统效率现状与分析
可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 3 部分。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 4 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， 应用所引进的电潜泵采油系统优化设计软件， 对目前生产电泵井进行计算， 平均系统效率只有16.86% ， 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。其中：系统效率低于 10% 的井平均电泵扬程比有效扬程高出 1156.8m， 平均输入功率高达 81 74kW； 系统效率大于 20% 的 10 口， 平均电泵扬程比有效扬程高出 441.1m， 平均输入功率为75.28kW。因此， 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。
因此， 在地层静压一定的情况下， 确定合理的提液量和合理的下泵深度、增加提液量和有效扬程是提高系统效率主要途径。当然， 造成电泵井系统效率低的原因除以上几种主要原因外， 还与井口压力、电机工作电压、动力电缆损失等多种因素有关， 是多种因素相互作用、相互影响的结果。因此， 为提高电潜泵采油系统效率， 降低耗电量， 系统研究各运行参数的相互关系， 优化各运行参数， 建立合理的供排关系是提高电潜泵采油系统效率、节能降耗的根本途径。
2 提高電潜泵采油系统效率优化设计
为达到提高电潜泵采油系统效率的目的， 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50 m3/d 时，选择D400 泵，泵效达到51%左右；当设计产量为60 m3/d 时，考虑到产液量的波动性，后期可能会达到80m3/d，会超出D400 泵的合理范围，选择DN675 泵，泵效达到48%左右；当设计产量为80 m3/d 时，选择DN675泵，泵效达到54%左右。其泵效均处于优化区间内。D400 和DN675 的泵特性曲线（见图1.2）。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% 。
图1 D400 泵特性曲线图（频率60 Hz，级数100）
图2 DN675泵特性曲线图（频率60 Hz，级数100）
3 电潜泵工艺配套
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，电潜泵井优化设计是确保电潜泵井高效生产，机组处于最佳运行状态的重要前提。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，针对浅海油田特殊井况，采取不同的措施，如采用气-液处理器、电潜螺杆泵、测温测压装置等新技术，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。■
参考文献
1.王峰. 电潜泵故障诊断技术研究现状及发展趋势[J]. 化工管理. 2014（35）