潜油电泵采油工艺设计

1、潜油电泵采油工艺设计一、设计概要潜油电泵是油田中使用的一种重要的无杆采油设备。近几年来，特别是国外，生产现场的装机总容量超过了20%，是油田高产稳产的重要手段。典型的潜油电泵系统主要由地面部分和井下部分组成。地面部分主要包括：变压器、控制屏和接线盒；井下部分包括：井下管柱、井下电缆、多级离心泵、气液分离器、保护器和潜油电机。动力通过电缆传递给井下电机，使潜油电机带动多级离心泵旋转，将井下液体举升到地面。1.1设计目的 通过设计计算，了解潜油电泵采油系统组成，工艺方案的基本设计思路，设计内容，掌握方案设计的基本方法，步骤以及设计中所涉及的基本计算，加强系统的工程训练，培养分析和解决实际工程问题的

2、能力。1.2设计内容根据油井基本情况，通过潜油电泵举升系统设计计算： 确定油井产能 确定井筒压力温度。井筒压力温度预测主要是根据油井基本资料，计算井筒泵以下温度及压力分布，得到泵入口温度及吸入压力。确定泵入口气液比。泵入口气液比是选择气液分离器的依据，根据油井基本资料、泵入口压力温度及流体物性计算方法计算泵入口气液比。确定潜油电泵系统设备.1气液分离器。根据供选择的分离器分别计算安装分离器后的进泵气液比，由设计原则（进泵气液比要求）选用气液分离器。气液分离器效率越高，成本越高，通常只需要选择满足设计原则的分离器。.2选择多级离心泵。潜油电泵的选择主要是选择泵型及计算所需要的级数。根据计算出来的

3、油井产量、总扬程，并由供选择的离心泵特性曲线来选择配备多级离心泵。.3选择潜油电机。当潜油泵的型号、扬程及所需要的级数被确定以后，计算泵所需功率。选择电机功率还应考虑分离器和保护器的机械损耗功率。一般情况下，气液分离器的机械损耗功率为1.5KW，保护器为1.0KW。.4选择潜油电缆。潜油电缆的选择主要是确定电缆型号及压降。电缆的电压降一般应小于30V/304.8m，电流不能超过电缆的最大载流能力。从成本角度考虑，电压降越小，成本越高，通常只需选择满足要求的电缆。.5选择变压器。选择变压器就是确定系统所需要变压器容量，其容量必须能够满足电机最大负载的启动，应根据电机的负载来确定变压器的容量。.6

4、选择控制屏。普通控制屏就是根据现场使用条件和潜油电泵机组性能要求来进行选择的，但主要还是根据电机的功率、额定电流和地面所需的电压来选择控制屏的容量，以保证电机在满载情况下长期运行。1.3 设计原则为了合理地选择潜油电泵设备，使其运行最可靠及最经济，在进行选泵设计时，必须遵照以下几点原则：满足设计产液量要求；选择潜油电泵，必须使泵在最高效率点或最高效率点附近工作，使泵效尽可能达到最高；潜油电机的输出功率必须能够满足泵举升液体所需要功率要 求；电缆、控制屏及变压器的选择，在保证套管尺寸要求的情况下，电缆的耐压和型号选择要尽量大一些，以减少其功率损失。为了考虑以后更换排量大一些的泵，控制屏和变压器的

5、容量选择要稍大一些；进泵气液比不能超过10%。二、油井基础数据及假设条件2.1油井基础数据：油藏中部深度2500m，地层压力18MPa，原油饱和压力12MPa，地层温度80，井口温度20，有关尺寸为（内径62.0mm），套管尺寸为（内径198.8mm），原油相对密度0.8，地层气相对密度0.65，油井含水率80%，生产汽油比为300产业指数40m3/（d×MPa）,生产井口油、套压分别为0.8MPa、0.2MPa，电网电压为4000V，频率为50Hz，按设计产液量240m3/d，泵挂深度2400m。2.2假设条件设计产液量下泵入口以下混合平均相对密度为0.83，摩阻梯度为0.51Pa

6、/m 井口流体温度分布呈线性分布，且机组前后温度梯度一致设计产液量下机组对流体加热升温4.0电缆环境温度等于其井筒流体温度忽略机组长度三、潜油电泵工艺设计计算3.1油井产能预测及流压确定绘制IPR曲线：由J=40m3/（d×MPa）, pr =18MPa，Pb=12MPa；=JL(-)=40×(18-12)=240；=+=240+40×12/1.8=506.7；=+=506.7+=572.3；f=- / （0<）= (-/JL)+0.125(1-) = ( - /JL)-(9-8 )( - )/ (<) 式中 -原油泡点压力下的产液量， -流压为零是的

7、最大产油量， -流压为零是的最大产液量， -产液量, -地层静压,MPa JL-采液指数，m3/（MPa·d）3.2井筒温度预测由题目所给假设：井筒内机组前后温度梯度一致，机组对流体加热升温4设井筒温度梯度为n，泵入口温度为t20+n×2400-4=80-n×100 t=80-n×100 联立、式得泵入口温度为77.44 ，泵出口温度为81.44绘制井筒温度分布曲线：入泵温度T=77.44+273.15=350.59K；3.3泵入口压力预测由=240；J=40；由IPR曲线得=12MPa；对泵入口以下由假设条件：混合物平均相对密度为0.83，摩阻梯度 为

8、0.51Pa/m。求得泵入口压力为：P=12-0.83×9.81×（2.5-2.4）-0.51×（2500-2400）/1000000=11.18572MPa。3.4泵入口气液比计算天然气体积系数计算：由=4.6MPa=206.3K=P/=2.43; =T/=1.7Z=0.883=3.458×10-4ZT/P=0.00957原油的体积系数计算：由报表知=0.8由：API=141.5/ -131.5=45.375A=0.0125API-0.00091(1.8T-459.67)=0.41122Rsb=89.43由p/=0.93 知选用公式Rs/Rsb=0.6

9、29p/pb+0.37=0.956 (p/0.3)Rs=85.5Bo=0.972+=1.267地层水体积系数计算： =-5.7325×10-3+2.40104×10-4（T-273.15）+1.78412×10-6（T-255.3）2 =0.029-5.0987×10-7p（T-255.37）-6.54435×10-9P2(T-255.37)-5.20574×10-5P-4.74029×10-6P2=-0.001796Bw=1.027泵入口气液比计算：由=240=×（1-）×Bo=60.816 =

10、5;×Bw=197.184 =（ -Rs××（1-）×=98.5GLRp=38.2%>10%其中 -泵入口游离气流量； -泵入口原油流量 ； -泵入口地层水流量； 所以选择安装气液分离器。3.5气液分离器型号选择计算：由GLRp=；令GLRg=10%则=73.8%则可以选择=88%的II型旋转式气液分离器3.6井下泵排量及出口压力计算：井下泵排量计算=×(1-)=11.82井下泵排量应等于泵入口原油流量、地层水流量与经分离器后的游离气流量，即Qpm=+=269.82。GORs=25.73根据泵入口气液比由查图得平均摩阻梯度138Pa/m，

11、平均混合物相对密度0.925泵出口压力计算：根据井口油压0.8MPa从井口到井底计算得井底压力：P=0.8+138×2400/1000000+0.925×2.4×9.81=22.9MPa压力分布曲线图3.7选择多级离心泵：根据设计要求选择井底排量在269.82m3/d所对应最高泵效，并且在最高效率点附近工作的潜油电泵，对比附录中三种泵工作特性曲线选择R-DN1800泵，从而读出泵效为73%，扬程为3.4m。确定泵的总扬程：=1292m级数N=H/3.4=380由设计知道选择泵效率最大73%，单级泵扬程3.4m。选择R-DN1800泵；则=50.2KW3.8潜油电机

12、选择考虑泵所需功率及分离器损耗功率1.5KW，保护器损耗功率1KW，因此电机应提供功率为P=50.2+1+1.5=52.7KW根据附表所列几种电机选择562系列电机：外径142.7，功率55.93KW、电压1150V、电流39.5A。3.9潜油电缆压降计算由泵出口及井口温度分布计算井筒平均温度为（81.44+20）/2=50.72根据选择的电机电流为39.5A，结合电缆压降附表选择#4Cu-#2AL型号电缆。工作环境为40-95，工作压降每304.8m压降20V。电缆压降为 由插图得压降为20V/304.8m3.10变压器容量计算：=89.6KVA由=U+U=1309.45V由总电压为1309

13、.45V，额定电流为39.5A所以选择型控制屏电压1500V，电流80A。四、潜油电泵设计报表设计数据设计结果设计产液量240.0m3/d气液分离器II型旋转式气液分离器设计油压0.8Mpa离心泵R-DN1800泵设计套压0.2Mpa 离心泵级数380级设计泵深2400m泵效73%设计频率50Hz泵扬程1292m电网电压4000V泵吸入气液比25.73油管尺寸62.0mm泵入口压力11.18572MPa套管尺寸198.8mm泵排出压力22.9MPa产层中深2500.0m泵所需功率50.2KW地层静压18.0Mpa潜油电机型号562系列电机地层温度80。C电机铭牌电压1150V井口温度20。C电机铭牌电流39.5A含水率80%电机铭牌