电潜泵原理与设计、诊断技术.pdf

电潜泵技术电潜泵技术 2005年年4月月 目录目录 A、管理部分管理部分 一、建立操作性强的管理制度一、建立操作性强的管理制度 1、巡回检查 2、2、定时计量/化验 3、3、发现问题及时分析，及时处理 4、4、严格随意停机 二、严格操作程序二、严格操作程序 1、1、启动前的检查 2、2、启动 3、3、机组运行过程中日常应收集的主要数据 4、4、故障停机后再启动前至少应完成的检测维护工作 三、正确使用变频器三、正确使用变频器 B、技术部分B、技术部分 一、潜油电泵机组概述一、潜油电泵机组概述 1、1、潜油泵机组井下工作管柱简图 2、2、潜油电机主要结构、工作原理和电性能测试 3、3、保护器的工作原理和主要功能 4、4、潜油泵主要结构、工作原理及有关的基本概念 5、5、分离器的主要结构和工作原理 6、6、变压器的选型设计计算 二、电潜泵机组的选型设计计算二、电潜泵机组的选型设计计算 1、油井产能计算1、油井产能计算 a、PI法a、PI法（即生产指数法；适用于流压高于饱和压力） b、IPR法b、IPR法 (即流入特性关系曲线法；适用于流压低于饱和流压) c、现场简易计算法c、现场简易计算法（适用于流压高于饱和压力） 2、机组选型设计计算2、机组选型设计计算 a、用于水井的计算方法a、用于水井的计算方法 b、稠油井电潜泵选型计算8大步骤b、稠油井电潜泵选型计算8大步骤 c、计算泵挂处的气液比（Vg/Vt）c、计算泵挂处的气液比（Vg/Vt） 三、计算泵工作时的实际效率 四、计算电机的实际散热和温升 五、变频机组 六、电潜泵井工况分析举例 三、计算泵工作时的实际效率 四、计算电机的实际散热和温升 五、变频机组 六、电潜泵井工况分析举例 一、建立操作性强的管理制度一、建立操作性强的管理制度 a、巡回检查a、巡回检查（至少内容） 1、1、确定巡回检查间隔时间：建议 2 小时; 2、2、必须的检查点：电控柜、井口、安全阀控制盘; 3、3、必须的检查参数：电流运行曲线值、三相电压/电流是否在额定值范 围内、井口处油/套压值是否正常； b、定时计量,化验b、定时计量,化验 据此判断电潜泵机组实际生产情况、评估机组未来是否存在潜在故障和 机组性能/有关运行参数可能的走向； c、发现问题及时分析,及时处理c、发现问题及时分析,及时处理 d、严禁随意停机（即使使用变频器特别是机组使用的后期）。d、严禁随意停机（即使使用变频器特别是机组使用的后期）。 A、管理部分A、管理部分 二、严格管理操作程序制度二、严格管理操作程序制度 a、a、启动前的检查启动前的检查 1 1、检查出油管线是否连接好、相关的生产闸门/放气阀是否处于正 确的开关位置、设定值是否正确； 2、2、检查欠载/过载设定值、延时设定值是否合理； 3、3、检查相关系统的电器设备是否处于正确位置； （顺序：真空开关/变压器/接线盒/电控柜（变频器）/井口） 4、4、检查变压器输出端电压值是否正确； 5、5、检查电源熔断器的规格是否正确； 6、6、记录笔的位置是否正确； 7、7、系统必须接地； 8、8、所有检查内容和数据应有文字记录； 9、9、电控柜门上应有该井井下机组的主要技术参数数据表，以利随 时对照检查机组工作性能； 马达额定参数马达额定参数安装时间：安装时间： 功率：电压：电流：制造厂家： 安装时间：安装时间： 排量：制造厂家： 规格/型号：初级电压：次级电压范围： 单级扬程： 耐温： 制造厂家： 泵额定参数泵额定参数 型号：级数： 电缆数据电缆数据 规格/型号：长度： 变压器变压器 备注： b、b、启 动 （尽量使用变频器启动） 1、1、如果是新机组刚下井，而且事先已经知道目前井里静液面离井 口的深度超过500m的话，启动前最好往井里灌满轻质的清洁液 体；（条件：生产管柱上必须有单流阀） 2、2、按规定要求在电控柜上或变频器上实施启动程序； 3、3、启动成功之后，应尽快用钳型电流表检查三相实际电流值，并 和圆盘记录卡上的电流值进行比校； 4、4、根据井口压力和产量以及现场的工作经验判断相序是否接错； 5、5、待井口出液完全稳定后，如条件允许，可以采用电潜泵憋压方 式，大致估算电潜泵机组的性能和油井静液面高度； 注：注：1）憋压时间不要超过一分钟）； 2）事先计算好井液大致密度； 6、6、待油井出液完全稳定运转后，再重新调整好电流欠/过载值和启动 延时时间值； 7、7、两次启动之间的间隔时间不得少于 5 分钟； 8、8、启动过程和启动后的机组正常运行电性能数据应有文字记录； c、机组远行过程中日常应收集的主要数据c、机组远行过程中日常应收集的主要数据 1、1、检查记录卡片上的电流曲线是否正常； 2、2、三相电流值/并和额定值比较是否异常； 3、3、三相电压值/并和额定值比较是否异常； 4、4、原设定的欠/过载、延时值是否漂移； 5、5、日产量（油、气、水分别计量- 6、6、出砂情况描述（如条件允许，应定期取样化验）； 7、7、井口油/套压力值以及是否正常； 8、8、井下压力/温度值及变化情况（如井下安装有测试仪的话）； 9、9、井口温度； 10、10、安全阀控制压力是否合适（在控制盘处检查）； 11、11、有时为了更好地及时掌握机组的运行情况，有助于油井的动态分 析，还必须： 监测动液面深度（利用井下回声仪或通过油井憋压） 通过有关参数计算/分析机组运行效率 d、故障停机后、再启动前至少应完成的检测维护工作d、故障停机后、再启动前至少应完成的检测维护工作 （在确保切断电源的情况下） 1、1、检查记录卡上的电流值是否异常，并分析其原因； 2、2、检测动力电缆三相对地绝缘阻值是否符合基本要求； 3、3、相间直阻值平衡度是否符合要求； 4、4、检查熔断器（保险丝）是否完好 5、5、检查（电控柜里）有关触点是否完好 6、6、（电控柜里）低压控制线路是否完好 7、7、欠/过载电流设定值和延迟设定值是否严重漂移 8、8、检查动力电缆在变压器上的接头是否松动。 三、正确使用变频器三、正确使用变频器 1、1、我们使用变频器的目的 2、2、国产潜油电机可能的变频范围 30 赫兹（短时间） 40 50 赫兹（长时间） B、技术部分B、技术部分 一、电潜泵机组概述一、电潜泵机组概述 1、潜油泵机组工作管柱简图1、潜油泵机组工作管柱简图 变压器 电控柜 接线盒 井口 动力电缆 安全阀 电缆封隔器 电缆穿透器 生产油管 泵 油气分离器 保护器 潜油电机 控制管线 放气阀 卸油阀 单流阀 油层油层 套管 A B C 合闸手柄 电控柜电控柜 电潜泵管柱工作示意图电潜泵管柱工作示意图 生产油管 泵 油气分离器 电机保护器 电机 套管 至安全阀控制盘 安全 / 放气阀 放气阀 电缆封隔器 电缆穿透器 动力电缆 环空内的天然气（待一定压力后放空） 卸油阀 防砂护轴管 防砂护轴管 停泵时砂下沉 掉入护轴管内 下接泵下接泵 防砂护轴管总成防砂护轴管总成 4-1/2”套管 2-7/8” NU油管 2、潜油电机主要结构、工作原理和电性能测试2、潜油电机主要结构、工作原理和电性能测试 潜油电机为两级、细长式、三相鼠笼式异步电动机它主要由定 子、转子和轴承构成。 根据客户功率要求，潜油电机由数个这种功率相同的细长式、 三相鼠笼式异步电动机串联而成（单节），单节最大长度可达 10米更大功率的电机可以由几个单节电机串联组成。 定子的铁心中均匀分布三相绕组，绕组为电机提供旋转磁场； 当绕组接通交流电时，根据左手定则，转子为电机提供电磁转 矩。 绝缘绕组绝缘绕组 绝缘槽绝缘槽 缝隙里充满了绝缘油缝隙里充满了绝缘油 （定子）壳体（定子）壳体 （定子）硅钢片（定子）硅钢片 （转子）硅钢片（转子）硅钢片 （转子）铜条（转子）铜条 键键 转动轴转动轴 绝缘绕组绝缘槽绝缘绕组绝缘槽 转子转动轴转子转动轴轴承轴承 (一小节转子 2.5 3.0 千瓦) 转子和定子转子和定子 潜油电机定子绕组示意图潜油电机定子绕组示意图 三相绕组 A B C 定子壳体 轴承全部为滑动轴承其中一个为止推滑动轴承，承载转子的重量；其余的 为径向滑动轴承，起扶正转子的作用； 电机内部充满绝缘性能很高的润滑油，在电机中起绝缘、润滑和转递热量 作用。 根据客户的温度要求，目前国内潜油电机主要分 900C,1200C和1500C三种; 定子的绝缘结构分绝缘漆（清漆）和环氧树脂两种；两种形式各有优缺点; 满负荷时电机的功率因数和效率比轻负荷时高； 电机效率稍微提高一些，电机数量多的话，即可为用户节约大量的电费； 效率 输入功率 功率因数 OA OI 输出功率 o A E 线电流 感应电流 （电压） （迟后电压的）滞后电流 （和电压同相位的）有效电流 900 （实测值） I 铠皮 K 兆欧表 A A B C B C A 相-A 相- B 相-B 相- C 相-C 相- 1000 兆欧 下井前应对电缆进行下列两种电性能测量下井前应对电缆进行下列两种电性能测量 1、测量对地绝缘阻值1、测量对地绝缘阻值 2、测量相间直阻值2、测量相间直阻值 A B C 万用表 标准值 天津： 2.0 3.0 欧姆 森垂: 2.0 2.2 欧姆 雷达: 1.8 2.2 欧姆 A 相-A 相- B 相-B 相- C 相相- 三相间的阻值不平衡度 2% 三次测得的平均值最小值 (或最大值) 最小值 (或最大值) 2% K A A B C A 相- B 相- C 相- 注: 测完后要立即放电。注: 测完后要立即放电。 下井前应对电机进行下列电性能测试下井前应对电机进行下列电性能测试 1、对电机进行对地绝缘阻值测量1、对电机进行对地绝缘阻值测量 2、对电机进行相间直阻测量2、对电机进行相间直阻测量 B C 标准值 天津:1.7 2.0 欧姆 森垂:0.9 1.0 欧姆 雷达:0.9 1.0 欧姆 三相间直阻值不平衡度 2% 三次的平均值最小值 (最大值) 最下值 (或最大值) A-BA-B B-CB-C C-AC-A A A 外壳 外壳 万能表 兆欧表 实际操作过程 中，测一相即 可。 2% 导体导体 绝缘层绝缘层 护套护套 泄漏电流泄漏电流 对地横穿电流对地横穿电流 相间横穿电流相间横穿电流 电缆和绕组中的泄漏电流电缆和绕组中的泄漏电流 3、保护器的工作原理和主要功能3、保护器的工作原理和主要功能 1、1、连接泵和电机； 2、 ； 2、承担电机的部分轴向负荷（带一个止推轴承）； 3、3、为电机的动力端提供密封功能，防止井液进入电机内造成 绕组短路，并保持电机内的压力和井内的压力系统想连通； 4、4、补偿电机升温后电机油体积的膨胀； 典型保护器注油系统示意图典型保护器注油系统示意图 保护器的三道机械密封保护器的三道机械密封 旋转摩擦密封运动件 橡胶固定密封/压缩弹簧 转动轴转动轴 压帽 压紧弹簧 密封胶皮 动密封面（关键） 密封 压帽 压紧弹簧 密封胶皮 动密封面（关键） 密封 o型圈（静） 旋转密封体 静密封体 型圈（静） 旋转密封体 静密封体 保护器内的其中一道机械密封保护器内的其中一道机械密封 4 、潜油泵主要结构、工作原理及有关基本概念4 、潜油泵主要结构、工作原理及有关基本概念 潜油泵是由多个单级离心泵串联而成，每一级由一个转动的叶轮和一 个固定的导轮（壳）组成；叶轮内的油液随着叶轮的旋转而旋转，以 实现压能的转换。导轮的主要作用是在转换液体压能的同时，把部分 高速动能变成低速（举升）能量（势能）； 泵的叶轮分“浮式”叶轮和“固定”式两种，浮式叶轮多用于中小排量泵； 固定式叶轮一般用于大排量泵； 全固定式泵全固定式泵 全部叶轮固定 花键套 保护器止推轴承 花键套 马达止推轴承 泵 保护器 马达 40% 叶轮固定叶轮固定 60% 叶轮浮动叶轮浮动 花键套花键套 保护器止推轴承保护器止推轴承 花键套花键套 马达止推轴承马达止推轴承 泵 保护器 马达 部分固定、部分浮式泵部分固定、部分浮式泵 全部叶轮浮式全部叶轮浮式 花键套花键套 保护器止推轴承保护器止推轴承 花键套花键套 马达止推轴承马达止推轴承 泵 保护器 马达 全浮式叶轮泵全浮式叶轮泵 固定导壳 旋转叶轮 上轴承 平衡孔 下轴承 转动轴 浮式泵平衡原理浮式泵平衡原理 键 最佳工作区最佳工作区 （下止推轴承磨损）（上止推轴承磨损）（下止推轴承磨损）（上止推轴承磨损） （桶（桶/天）天） （扬程，英尺）（扬程，英尺） 排量对轴承的影响排量对轴承的影响 泵效率曲线 泵扬程曲线 泵功率曲线 有关泵的一些基本概念：有关泵的一些基本概念： 1）1）离心泵的排量取决于：转速、叶轮尺寸、出口压力和液体性质，与 泵的级数无关； 2）2）离心泵的扬程取决于：叶轮的圆周速度（Hu2/g）和泵的级数； 3）3）泵的扬程与所泵送的液体比重无关; 比如，泵送比重为1.0的清水、比重为0.7的油、比重为1.2的盐水和 其它任何比重的液体时,其扬程都是一样的;但功率不同; 1000 （英尺） 1000 （英尺） 比重 1.2比重 1.0比重 0.7 520 磅/英寸 2 泵泵 433 磅/英寸 2 泵 303 磅/英寸 2 1000 （英尺） 4）4）额定电流不同的电机不能串联使用； 5）5）泵应在厂家所推荐的最佳范围内运转。 若实际排量超过最佳排量范围上限，则上止推轴承加速磨损； 若实际排量超过最佳排量范围下限，则下止推轴承加速磨损； 偏离的越多，上止推轴承或下止推轴承磨损得越快； 6）6）一旦泵的型号和泵的级数定了之后，就意味着泵的最大扬程定了， 再增加多大的功率也不会增加泵的扬程； 7）7）如果电机在低于额定电压下工作，电机转速下降，电流上升，长此 下去，对电机寿命是非常不利的； 电机在稍微高于额定电压下长期工作，通常对电机不会有明显的影 响，只是功率因数稍有下降。 8）单流阀的作用：8）单流阀的作用： a、a、防止停泵时油管内的赃物下沉而卡泵； b、b、防止泵反转（反转时产生的电流可能烧坏电机和电缆,损坏传动 轴）； c、c、若管柱上没有单流阀，当电机还在反转时，若有人重新启动电 机，这时机组很可能会损坏； 9）气锁9）气锁 如果井液中有大量的游离气存在，当游离气多到一定程度，进到 泵内的基本上都是气体时，泵就会抽空，这种现象叫气锁；发生气 锁时，泵即表现为欠载停机为了克服气锁现象，应尽量增加泵沉没 度，减少气泡体积。 10）气穴10）气穴 由于井液进入泵叶轮后，液体流速加快，同时压力降低，当压力 下降到泡点压力以下时，液体会汽化，在泵中形成气体段塞，当气体 段塞进入到叶轮的高压区时，气体段塞被压碎,此时，被压碎的气体 段塞产生巨大的能量而破坏叶轮这种现象叫气穴。 （当油层泡点压力高时，容易产生这种现象）； 5 、旋转分离器的主要结构和工作原理5 、旋转分离器的主要结构和工作原理 a、主要结构a、主要结构 主要由上下接头、分离腔、分流壳、轴、导向轮、导轮、叶轮和 诱导叶轮等组成。 b、工作原理b、工作原理 首先诱导叶轮将油气引入低压吸入叶轮区，然后，低压吸入叶 轮使油气混合液获得稳定的压头叶轮的高速旋转使混合液的流向经过 导向轮后，由径向流变为轴向流进入分离腔混合液在高速旋转分离腔 内做匀速圆周运动由于离心力原理，比重大的液体甩向外围，比重轻 的气体则聚集于轴心附近被甩向外围的液体，经分流壳进入泵的第一 级；气体则经过分流壳的分叉流道、再经过上接头放气孔进入油套环 空。 旋转气体分离器工作原理旋转气体分离器工作原理 上接头 分流壳（不转） 分流腔（不转） 转动轴 导向轮（转） 导轮（不转） 旋转叶轮 诱导叶轮（转） 下接头 气、液入口气、液入口 气体进入油套环空气体进入油套环空液体进入上面泵内液体进入上面泵内 6 、海洋平台电潜泵变压器的选型设计计算、海洋平台电潜泵变压器的选型设计计算 a、基本原则：a、基本原则： 1）合适足够的防爆,防雨水性能（防护等级 IP23 ，绝缘等级 F） 2）容量能满足目前最小机组功率和今后可能的最大机组功率要求; （多档；一般1档基本够用） 3）电压、电流的取值范围至少能基本上覆盖目前国内几大电潜泵 生产厂家机组的电压、电流值； b,变压器容量计算b,变压器容量计算 仟伏安 3 V i 1000 式中：仟伏安-变压器容量，KVA； V-电压，伏特； i-电流，安培； 公式： 假设某平台在20年内，电潜泵的最小功率为 35 千瓦，最大功率为 130千瓦，在这种情况下，如何设计变压器的容量和电压档位？如何确 定合理的电流值？ 方法：方法： 1）1）首先应根据最小功率35千瓦和最大功率130千瓦，查有关电潜 泵生产厂家的电机目录，圈定出符合这两种功率的最低/ 最高电压 范围和最小/ 最大电流值范围。 2）2）符合功率35千瓦的电机有：693V/43A ；910V/36A；975V/34A ； 1230V/27A 符合功率130千瓦的电机有： 1820V/63A 因此，我们以最低电压693伏、最高电压1820伏、最小电流27安培和最 大电流63安培为基础进行该变压器电压档位和功率设计。 700 V （60A ，47KW） 770 （60A，52 KW） 847 （60A，57KW） 932 （60A，63KW） 1025 （60A，69KW） 1128 （60A，76KW） 1241 （60，84KW） 1365 （60A，92KW） 1502 （60A，101KW） 1652 （60A，112KW） 1817 （60A，123KW） 1999 V （60A，135KW） 注：按变压器的功率因素（ cos ） 0.65 计算,则变压器的最 大容量为 200 千伏安才能满足 130 千瓦要求。 电压档位设计电压档位设计（以某平台为例） 注：千伏安和千瓦之间的关系注：千伏安和千瓦之间的关系 线电流线电流 电压电压 同步电流 （和电压同相位） 滞后电流 （滞后电压 900） 900 0 A I E 0 A I E 仟伏安仟伏安 33 V i 1000 千瓦千瓦 3 v i cos 1000 （视在功率） （实际功率） 1111 1212 注：海洋平台电潜泵用变压器容量设计计算基本方法：注：海洋平台电潜泵用变压器容量设计计算基本方法： 1、1、确定油田的开采寿命（一般按20年寿命考虑）； 2、2、根据油藏提供的生产模拟数据，计算出第一年（或电潜泵使用初 期）电潜泵所需要的功率（kw）-从而确定在油田整个开采寿命 期间电潜泵的最低电压值-伏特（V）和相应的电流值-安培（A）; 注：但有些油田可能第一年产量最高，电机功率最大，以后产量逐年降低，电机功 率也随着逐年降低； 注：但有些油田可能第一年产量最高，电机功率最大，以后产量逐年降低，电机功 率也随着逐年降低； 3、3、根据油藏提供的生产模拟数据，计算出第20年时的电潜泵所需要 的最大功率（kw）-从而确定在油田整个开采寿命期间电潜泵的 最高电压值-伏特（V）和相应的电流值-安培（A）； 4、4、以第一年的最低电压值为基础，计算变压器每一个档位的电压值 -即下面每一档的电压值比上一档的电压值高10%，一直计算 到约等于第20年时电机所需要的最高电压值为止（一般情况下， 计算到10多档位时，即可近似达到第20年时的最高电压值)。 5、5、以最大功率时的电流为准设计变压器的绕组直径(一般情况下,第 20年最大功率时的电流值，都能满足其它各年份小功率时的电流值）。 注：注：但有时候最大功率时的电流值，并不一定能完全满足所有低功率时的电流值。 如果出现这种情况（一般不会发生这种情况），可适当加大电流（取）值。 实际上，甲方在购买电潜泵用变压器时，只需要将实际上，甲方在购买电潜泵用变压器时，只需要将20年生产 期内电潜泵电机的最小和最大功率、需要的档位数以及每档之间 的电压差值告诉厂家，厂家即可制造出我们所需要的变压器。 年生产 期内电潜泵电机的最小和最大功率、需要的档位数以及每档之间 的电压差值告诉厂家，厂家即可制造出我们所需要的变压器。 二、电潜泵机组的选型设计计算二、电潜泵机组的选型设计计算 1）油井的产能计算1）油井的产能计算 a、PI法a、PI法（即产液指数法；适用于流压高于饱和压力） 当流压高于饱和压力时，液流近似单向流，其特性曲线是一 条斜率为 J 的直线。 式中： q-测试产量，m3/d； Pws-地层静压，MPa； pwf-在测试产量（q）下的井底流压，MPa； J-产液指数，m3/d/MPa； 根据已知的油井生产测试数据(q，Pws，Pwf），即可计算出斜率 “J”。毫无疑问，当流压 Pwf0时，产液量q为最大值，即这时的 q Pws Pwf J q即为qmax。 计算出 qmax后，用斜率 J 即可画出一条直线（如下图所 示），在 PI 曲线以内每一个流压值（ Pwf）都对应于一个相应 的产量值（q）。 根据 PI 曲线，有关工程师可以选择合适的生产制度,选择合 适排量的电潜泵机组。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 240 260 280 产量/天 4080120160200240280320360400 440 480 520 井底流压 油井产能曲线油井产能曲线（条件（条件: 流压饱和压力）流压饱和压力） PI 曲线曲线 PWf 假设流压： Pwf 90,80,70,60 油流因沿程阻力 而消耗能量 油层油层 套管 油管 P PWS WS P Pwf wf （生产时）（生产时） 式中： Pws-地层静压 Pwf-地层流压 炮眼炮眼 J J 油井生产时地层能量损失油井生产时地层能量损失 q P q Pws ws p pwf wf 动液面 电泵机组总成 静液面 地层压力在流入井筒的过程中 不断消耗能量，到达井筒时变 为流压Pwf 动力电缆 举例：举例： 根据油藏部门提供的下列已知数据，计算该井的最大产能。 1 、已知数据、已知数据 测试产量 q- 119.2m3/d 油层静压 Pws-6.5MPa 流压 Pwf 3.87 Mpa(在产量为 119.2 m3/d 时的) 2 、求该井的最大产能、求该井的最大产能 解：将已知数据代入公式 求斜率 : J PwsPwf 6.53.87 45.3 m3/d.MPa 119.2 当流压 Pwf0时，产量q为最大值qmax; qmax pws J qmaxJPws45.36.5294 m3/d （1850 bb/d） q 所以, 油井产能曲线油井产能曲线 B、IPR法B、IPR法（即沃格法；适用于流压低于饱和压力） 基本方程：基本方程： q qmax 10.2 Pws 0.8 Pwf Pws 2 式中: q- （测试时获得的）油井日产液量，m3/d； Pws- 油层静压，MPa； Pwf- （在日产液q下的）井底流压，MPa； qmax- 油井最大产能，m3/d； 举例（略）举例（略） Pwf 资 料资 料 基本情况基本情况 1、1、油稠/油气比低 2、2、油密度大:0.9850 3、3、直井, 7”套管 4、4、3-1/2”生产油管 5、5、油层已采取防砂措施 6、6、用36mm空心螺杆泵加热生产 7、7、生产管柱上带“DST”管串 8、8、油层压力系数1.0 9、9、油层温度60（3.4/100m) 10、10、黏温曲线较陡 动力电缆 300 1400 1300 1000 螺杆泵 DST管串 插入定位密封 封隔器 高级防砂管 3-1/2“油管 36mm空心抽油杆 “锚定装置” 地面动力 动力电缆 7”套管 压力计 GOODGOOD NO GOONO GOO （易抽空）（易抽空） 一般情况下, 泵下深一些比下浅一些要好一般情况下, 泵下深一些比下浅一些要好-实例实例 C、现场简易计算方法C、现场简易计算方法 若在现场无法通过测试作业获得油井产量和压力数据时，我们可以用下 面简易方法计算油井的近似最高产能，并大致了解在某个产量下的动液面和 静液面置。 操作步骤如下：操作步骤如下： 1、停泵关井，待液面恢复静止状态，如果是亏空井或原来没开井,在求产之 前应将油管灌满液体（注：注：如果管柱上没有单流阀，可能无法灌注）； 2、2、灌满液体之后，关闭出油闸门； 3、3、开泵运行（大略一分钟或再稍微长一点时间）； 4、4、在泵运行时，记下井口压力表读数，此压力值是排量为“0”时的压力。而且 据此，即可计算出净液面的高度位置- 从而得到“a”点； 5、5、然后打开出油闸门； 6、6、计量产液量，直到产量稳定为止； 7、7、关闭生产闸门； 8、8、记录关闭闸门时的井口压力（有气体存在时井口压力恢复得缓慢）这个压力 值代表上述第 6 项测得的排量稳定时的压力； 图中闸门全关闭时泵所产生的压头用 H 表示，相应的地面表压用 “P1” 表示，静液面高度用 L1表示。 请注意，在目前给定的排量下，闸门打开时泵所产生的压头和闸门 全关闭时泵所产生的压头是一样的，都是 H 。 稳定生产时，地面表压为 P2 （注：P1和P2的值是永远不相等的）; 动液面高度用 L2表示，液面从静液面下降至动液面处的距离为L2L1， 大致相当于P1P2，如图所示,这种关系可用下面公式表示： 式中， L2L1- 给定排量下的压力降,英尺; P1P2- 地面压力表的差值,磅/英寸2; K- 常数,每英尺高度液体在每平方英寸面积上所产生 的重量，即：磅/英寸2； P1 P2 K L2L1 压头（英尺） 磅/英寸 2 2.31 r （液体比重） 压头 (m) 公斤/cm2 10 r （液体比重） 常用 K 值如下（英制时）：淡水为 0.43;盐水为 0.45 0.5; 400API原油为 0.36 。 L1，P1，P2，r 为已知数； 根据上述公式求 L2，从而得到“b”点（见图示）； 根据上述a、b两点，即可以确定出油井的产能如下图所示。 注：注： 0 1002003004005006007008009001000(桶) DT 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 地面 排量（ m3/天 或 桶/天） L2 L1 L2 L1 H P1 P1 P2 L2L1 P1P2 井的生产率 井的生产率 P2 H 现场求油井静液面高度和油井最大产能简易计算图现场求油井静液面高度和油井最大产能简易计算图 动液面 静液面 HL1 10P1 r HL2 10P2 r L2L1 10(P1P2) r 用公制时：用公制时： 一 b (英尺或m) a a 关闭关闭 开开/ 关关 图中所给出的数据是测试排量为400桶/天时的压力降，从图中可 以看出，当动液面降至1000英尺时，该井可能达到的最大理论排量。 作该图时只用了两个测试点（a，b），便作出了压力降曲线，用 几个不同的测试排量，可以获得更多的测试点，以便检查曲线的正确 性（重合性）。 下接下接“test2test2” 上接上接 “test1test1” 2)、机组选型设计计算2)、机组选型设计计算 这里我们必须明白几个基本问题：这里我们必须明白几个基本问题： 任何厂家提供的潜油泵的排量和扬程数据，都是按泵送水条 件提供的，如果泵送介质变了（不是水），在计算泵的排量、 功率和扬程时，应根据有关公式或有关图表或实验数据对排 量、扬程和功率进行修正; 同一套机组在泵水时的排量比泵高粘度原油或含水在30% 50%的原油时的排量大得多； 电潜泵机组选型设计计算的核心，是计算在要求的产量下泵的 扬程和电机功率。 （上接（上接test “1”） a、计算水井电潜泵功率a、计算水井电潜泵功率（计算各种电潜泵功率的基础） 公式：公式： 8813泵 式中： N 电机- 电机功率，kw； Q- 泵排量，m3/d； H总- 泵总扬程，m； r- 液体的比重； 泵- 泵的效率； b、油井电潜泵选型（b、油井电潜泵选型（功率，排量，扬程）计算方法计算方法 QH r N电机 （稠油）粘度对电潜泵性能的影响（稠油）粘度对电潜泵性能的影响 电潜泵在泵送粘性液体时，较之泵送水来，其扬程、排量和效率 都要下降，而功率则上升。 但是，目前，粘度对电潜泵性能所产生的全部影响尚没弄清。现 在各厂家都根据自己的泵在各种不同粘度条件下进行试验后，分析出 不同粘度对泵造成的性能影响，并相应的作出若干组修正图表。 下面所讲的电潜泵在泵送粘性液体条件下的选泵程序，只是个近 似值但是，这种选泵程序，对于大多数泵的使用目的来说具有足够 的精确度如果不考虑粘度影响，将会大大影响泵的工作性能。 实践证明，原油含水的多少，将会直接影响液体粘度的大小。根 据过去的经验，当原油中含水为 20%-40% 时，其粘度值为原来单一 原油粘度的 23 倍。比如说，如果原油原来的粘度为 200 SSU ，水 为30% 时，则实际的混合液的粘度可能会超过 500 SSU 。 目前尚没有找到原油随着含水上升的多少粘度相应增加多少倍的 标准计算公式。 因此，在泵送粘性液体时，通常都是先按水的特性，对泵进行选 型计算，然后再利用有关的修正系数对上述计算结果进行校正。 但是，在泵送极高粘度液体时，为了选择最佳性能的泵、避免计 算过程中使用某些计算公式可能产生的过大误差，必须进行实验室试 验，以便获得更精确的修正系数和计算数据。 稠油井电潜泵选型八步骤稠油井电潜泵选型八步骤 1、1、先按泵送水时的计算方法，计算泵的总压头； 2、2、通过试验或按照下面的图1，计算出在地层条件下脱气原油的 粘度； 3、3、通过试验或按照下面的图2，将上述脱气原油粘度校正为气饱 原油粘度（CP-厘泊）； 4、4、把上述粘度单位（CP-厘泊），根据图3转换成SSU粘度单位; 5、5、根据含水多少以及在某种含水条件下粘度增加的倍数，对上述 第4步中的粘度继续进行修正（见图4）； 6、6、参照表1或表2的校正系数，对已知的总压头、排量、制动马 力以及效率进行修正； 7、7、根据上述第6步的结果选择合适的泵、马达； 8、8、选择合适的其他设备，如电缆、控制柜、变压器等； 举例说明泵送稠油时各种校正系数使用方法举例说明泵送稠油时各种校正系数使用方法 (注：注：假如该泵已事先按照泵送水时的基本计算方法，将其扬程、排量计算出来) a、a、油井基本数据和已知条件如下油井基本数据和已知条件如下 1、油井数据、油井数据 套管 7”，23#/ft 射孔段 53005400ft 泵挂深度 5200ft 动液面高度泵以上 200ft 2 、生产数据、生产数据 井口压力 50psi GOR- 50：1（标准英尺3/桶） 井底温度- 1300F 需要的排量（按水计算）- 1700桶/天（270m3/d） 泵的总压头或扬程（按水计算） 5215ft 3 、液体数据：、液体数据： 原油比重- 160API 含水率- 30% 水比重- 1.02 混合液比重 0.9775 5400 L1 5000 （泵实际举升高度） 5000 5200 （动液面深度） （泵挂深度） L2（沿程磨阻） L3（井口回压） 射孔段 L4（套管压力） H总L1L2L3L4 5215ft 注：此处 L注：此处 L4 400 静液面深度 5300 电潜泵生产管柱图电潜泵生产管柱图 b、具体步骤如下b、具体步骤如下 1、1、先按泵送水时的计算方法，计算泵的总压头（例题中已给出）； 2、2、根据已知条件（160API和1300F），从图1查得脱气原油的粘度为 140CP ； 3、3、根据已知条件（50:1 GOR以及上述的140CP），从图2将上述脱气 原油的粘度140CP ，校正为饱和原油条件下的原油粘度65CP ； 4、4、根据图3，查得65CP条件下(混合液比重0.9775)，对应的塞氏粘 度为420SSU ； 5、5、根据图4 ，查得含水为30%时粘度校正系数为：2.8,(倍)因此， 当含水为30%时，混合液的实际粘度值应为： 4202.81176 SSU1000 SSU4202.81176 SSU1000 SSU （下部的所有有关的修正系数都将以整数1000SSU值为准查找）； 6、6、根据表1和表2 ，查得排量、扬程和制动马力的校正系数分别为: 不含气原油的绝对粘度值（厘泊）不含气原油的绝对粘度值（厘泊） 地层温度地层温度 （在大气压和（在大气压和 600F 条件下原油美国石油协会重度）条件下原油美国石油协会重度） 图 1 、在不同地层温度下脱气原油粘度曲线图 1 、在不同地层温度下脱气原油粘度曲线 140 CP140 CP 天然气在地层压力下的溶解度（英尺天然气在地层压力下的溶解度（英尺3 3/桶）/桶） 饱和气原油在地层温度和压力下的绝对粘度（厘泊）饱和气原油在地层温度和压力下的绝对粘度（厘泊） 图2、饱和原油在地层温度和压力下的粘度曲线图2、饱和原油在地层温度和压力下的粘度曲线 不含气原油在地层温度和压力下的绝对粘度不含气原油在地层温度和压力下的绝对粘度 65 CP65 CP 比水轻的液体比水轻的液体 图3、CP（厘泊）和SSU粘度单位换算图图3、CP（厘泊）和SSU粘度单位换算图 粘度 （ CP ） 粘度 （ CP ） 粘度 （ 粘度 （ SSU ） 比水轻的液体比水轻的液体 0.9775 420SSU 黏度修正系数黏度修正系数 图4、乳化对原油黏度的影响曲线图4、乳化对原油黏度的影响曲线 2.8 倍2.8 倍 盐水含量（%） 表1 黏度和比重对泵性能的影响校正系数（当最大泵效为60%时）表1 黏度和比重对泵性能的影响校正系数（当最大泵效为60%时） 泵送温度下的黏度 （ SSU ） 泵送温度下的黏度 （ SSU ） 最大效率下性能校正系数（%）最大效率下性能校正系数（%） 排量校正系数 扬程校正系数新的效率功率校正系数 表2 黏度和比重对泵性能的影响校正系数（当最大泵效为70%时）表2 黏度和比重对泵性能的影响校正系数（当最大泵效为70%时） 泵送温度下的黏度 （ 泵送温度下的黏度 （SSU） 排量校正系数 扬程校正系数 新的效率 功率校正系数 最大效率下性能校正系数（%）最大效率下性能校正系数（%） 查表2，当SSU为1000时,相应的校正系数为:查表2，当SSU为1000时,相应的校正系数为: 排量校正系数为 0.84 扬程校正系数为 0.85 功率校正系数为 1.162G 注： 1).注： 1).泵的效率为70%时，查表2; 泵效为60%时，查表1。 2).2).上述校正系数是泵效为70%的校正系数。 3).3).G为混合液体在泵送温度条件下的比重。 因此，使用上述校正系数后，其结果为： 总扬程H H总= 总排量Q Q总= 然后，根据泵水的特性曲线，选择合适的泵机组。 5215 0.85 6135ft 1700 0.84 2024桶/天 从图 5 上可以看出，当排量为 2024 桶/天时（以校正后的排量 为准），基本上是处于最高效率点A因此，我们选择此泵，并以此泵 特性曲线为准来计算其它有关参数。 从A点向上作垂线交于 B 点，再从 B点向左作平行线交于 C，得该种型号的泵每级的压头为 44.5 英尺/级然后，再根据上述校 正后的总压头（ 6135 ft ）以及每级的压头（ 44.5 ft/级），求出该种 型号的泵总级数为： 6135/44.5=138 （级）。 又从图 5 上可以查得，每级的制动马力为 1.0 ，因此，该泵所需 要的总制动马力为： 138 （级） 1.0/级（马力） 1.1852=164 HP （注：（注：1.1852为功率校正系数，即1.1852 =1.162 1.02 ） 其他设备的选择（比如电缆，控制柜, 变压器等）即可根据总的 功率（ 164 HP ），参考有关资料逐一选择。 图图 5 、（某型号）泵的标准特性曲线、（某型号）泵的标准特性曲线 （每天桶）（每天桶） （加仑（加仑/分）分） 泵单级扬程曲线（英尺） 泵效曲线 （单级）制动马力 2024 桶/ 天 44.5 7、7、选择马达和泵 因为图5中泵曲线的最佳排量，正好符合我们的排量要求（ 2024 桶/天），而且该泵的效率也比较高（70%），因此，我们选择该型 号泵（假设该泵的型号为 WJ-2000 ）。 上面根据图（曲线）5 已经计算出，当泵排量为2024桶/天，它需要的 电机功率为164HP但市售电机不一定有 164 HP ，因此，我们可以选择 接近于164HP的市售电机即可。 8 、8 、其他设备的选择（比如电缆、控制柜、变压器等）即可根据总的功率 （ 164 HP ）和井温，参考有关资料逐一选择。 C、计算泵挂处的气液比（ V、计算泵挂处的气液比（ Vg g/V/Vt t） 举例（用英制单位计算时）：举例（用英制单位计算时）： 1、已知条件：、已知条件： 气体比重 (yg)- 0.8; 原油比重 (yo)- 0.865; 饱和压力- 1500磅/英寸2; 泵挂处的温度- 1450F; 预计泵沉没处压力- 400磅/英寸2（即泵挂处的流压）; 预计产油量- 154桶/天 原油重度- 320API; 预计产水量- 446桶/天; 地面油气比- 225英尺3/桶; 2、计算步骤2、计算步骤 1）、计算（油层条件下的）溶解气油比（ R1）、计算（油层条件下的）溶解气油比（ RS S） 方法A：方法A： 可直接从有关地质资料上查得 RS 方法B ：方法B ： 应用公式计算：应用公式计算： RSYg Pb 18 10 10 1 0.83 式中 RS- 在地层条件下的溶解气油比，标准英尺3/桶； Yg- 气体比重； Pb- 地层压力，磅/英寸2； T- 地层温度，0F； 上述计算出来的溶解气油比值，用下图的系数进行修正（因为一 般情况下，电潜泵都在泡点压力以下工作) 此系数校正了井底流压低 于饱和压力时的影响。 0.00091T0F 0.01250API 先计算地层饱和压力和泵挂处的压力之比值 泵处沉没压力 地层饱和压力 例题的比值 400/1500 0.266 ，然后再根据下图查找在泵挂处压力下 溶解气油比的溶解度为 52% 。 。此 即： （） 无因次释放曲线无因次释放曲线 泵挂处溶解气油比的溶解度泵挂处溶解气油比的溶解度 溶解油气比 泡点溶解油气比 0.2660.266 0.520.52 压力 (泵挂处) 泡点压力 (地层) 因此，泵挂处的溶解油气比，即RS修RS0.52 ； 假如根据已知油井数据，使用上述公式或有关资料已得地层条件下溶 解油气比 RS347标准英尺3/标准桶，因此,泵挂处的溶解油气比应为: RS修3470.52180.44(标准英尺3/标准桶) 注：也可直接用下面公式计算校正系数 fc ：注：也可直接用下面公式计算校正系数 fc ： fc0.629 Pb 0.37 P 式中： P- 预计的泵沉没处的压力,400磅/英寸2; Pb- 地层饱和压力,1500磅/英寸2; 即：即：fc0.629 400 1500 0.37 0.537 0.52 2)、计算泵挂处气体体积系数 B2)、计算泵挂处气体体积系数 Bg g（桶/标准千英尺3） Bg5.05 ZT P 式中: Bg- 泵挂处的气体体积系数,桶/标准千英尺3; Z- 气体压缩系数,(0.810.91); T- 井底温度,(4600F); P- 泵沉没处的压力,磅/英寸2; 将已知数据代入上述方程，得： Bg5.05 ZT P 5.05 0.85(460145) 400 6.49 (桶/标准千英尺3) 3)、计算泵挂处的油体积系数 B3)、计算泵挂处的油体积系数 B0 0（桶/标准桶） B00.9720.000147F 1.175 式中： FRS修 Yg Y0 0.5 1.25T 将已知数据代入上述方程式，得 B00.9720.000147 RS修 Yg Y0 0.5 1.25T 1.175 0.9720.000147180.44 0.80 0.5 1.25145 0.865 1.175 1.121(泵挂处桶/标准桶) 4)、计算泵入口处气体总体积 V4)、计算泵入口处气体总体积 Vt t（游离气和溶解气之合） Vt 日产油量（桶） 油气比 1000 154 225 1000 34.66千英尺3 其中： 泵沉没处溶解气气量 日产油量（桶）RS修 1000 154180.44 1000 27.78千英尺3 （注: 指地面气量,982m（注: 指地面气量,982m3 3）。）。 泵处游离气气量34.6627.786.88 千英尺3, 泵挂处油体积 V0日产油量（桶）B0 1541.121172桶 泵挂处游离气的体积 Vg (按体积系数 Bg转换为桶数) Vg游离气量 (千英尺)3Bg 6.886