电泵井采油系统优化设计方案

引言

“电泵井采油系统优化设计”软件是为解决油井合理开采这一重大的技术经济问题而研制开发的。该系统的开发、应用、改进和完善经过了一个漫长的过程，倾注了软件开发人员十多年的心血，同时凝聚了采油工程系统有关专家以及广大现场应用人员的智慧和经验，应该说已经是一个比较成熟的系统。该系统科技鉴定时专家评语：达到了国内领先水平。近几年又结合现场推广应用过程中出现的问题，又对软件做了重大的改进。一要保持较高的泵效和系统效率

保持较高的泵效是保持较高的系统效率的前提，一般情况下（油井产能能够通过计算进行预测），泵效能够通过供、排协调的计算求得。但对某些情况，泵效不能通过计算求得，这种情况，泵效一般按65％左右考虑（使用直接给定法设计时要注意这一点）。泵挂深、沉没度小、参数大、气量大、油稠等情况，泵效可能低一点；反之则高。

电泵井的沉没度可大一些，按300—500米考虑，油井的产液量接近电泵最高效率点时的排量。同时还需要考虑油层的供液特征、井液性质等因素，可适当的加以修正。注水开发的油田，油层能量相对稳定，沉没度过大、过小都是不利的；沉没度过小，影响充满程度，适应油层能量变化的能力差；沉没度过大，一方面说明油层能量还没有充分发挥，另一方面费电、费材，增大事故出现的机率。

电动潜油泵作为一种新的机械采油设备，由于它具有排量大，在51/2ｉｎ套管中可达700ｍ3/ｄ，适应中高排液量、高凝油、定向井、中低粘度井，扬程可达2500ｍ，井下工作寿命长、地面工艺简单、管理方便、经济效益明显等特点，近十多年来在油得到了广泛应用，是油田长期稳产的重要手段之一。二、电潜泵井优化设计技术参数的界定（一）、选泵设计时遵循的基本原则

1、要确保油井的产液量在电泵的最佳排量范围之内，尽可能的接近最高效率点的排量（额定排量），以保证较高的系统效率，同时导叶轮也不易磨损。（一）、选泵设计时遵循的基本原则

2、设计沉没度考虑在300~500米之间，一般按400米考虑。沉没度过大，对油井正常生产并没有多大的好处，而且会增大倒井的机率。沉没度过大对电泵井的负面影响也是十分严重的。一方面浪费油管、电缆；其次，电泵井的检泵周期除与机组的自身质量、施工质量、电力系统的影响等因素有关外，影响机组的使用寿命的另一个重要因素就是机组工作时的环境温度(液量对机组、电缆寿命的影响，最终也体现在温度上)。一般情况下，每超过其额定（许用）工作温度10度，其使用寿命就会降低一半。低饱和、低油气比的电泵井，排液量（及排量效率）与沉没度没有多大的关系，主要取决与油层的供液能力和机组的排出能力，并不是说沉没度大了就能多产油。设计过程中，保持一定的沉没度，主要是担心对油层的产能情况认识的不是很清、以及油层产能发生变化而做的考虑。

3、在套管尺寸许可的情况下，尽可能选用直径较大的电泵机组。一方面直径较大的机组，制造成本比较低、价格也比较低；另一方面，性能也比较好。首先要保证机组能够下到预定的位置。一般情况下，在51/2ｉｎ套管的直井中，泵外径为98mmm、潜油电机外径为116mm的机组能够下到预定位置。

4、潜油电机的选择应考虑：选用的电机功率应略高于所需的电机功率（电机的制动功率）。

5、稠油（粘度大于2000mpa.s）井、出砂井、结垢严重的井，尽可能不要选择下电泵生产。

6、“斜井”、“狗腿度”比较大的井，下电泵要慎重。要求查看井斜数据，下机组前要进行通井，确保机组能够在不受损伤的情况下，下到预定位置。机组的下入深度应尽可能的避开造斜点的位置，以避免因卡轴而烧毁机组。采用小直径的电泵机组，有利于机组顺利通过造斜点。（二）、选用电动潜油泵抽油应注意的几个问题

（1）油井含气量大，会降低泵效，损坏泵的叶轮和导轮。

根据离心泵的工作特点，在工作介质为气液两相的情况下，泵的排量、压头和效率都会明显下降。在含气量高到一定程度时，叶轮流道大部分空间被气体所占据，使离心泵不能排出液体。一般情况下，进泵气液比要小于10%。

当气体影响电泵工作的主要原因是离心泵叶轮在气液两相介质工作时，气体分离出来后，在叶轮和导壳中产生涡流。这些气泡一方面占据了流道体积，使液体排量减少，另一方面，气体使混合液体密度降低，离心力减小，从而降低了泵的扬程。严重时会造成气锁排不出液体，并产生气蚀现象，损坏叶轮和导轮。

为减少气体影响，在泵吸入口处应安装油气分离器，同时保持在一定的沉没度下生产，一般要求沉没度为300--500ｍ。

（2）电泵应下在油井射孔井段顶部以上。因电机在运行中会发热，要依靠离心泵排出的液量将电机产生的热量充分带走。将电动潜油泵置于油层以上位置，产出的井液可以全部流经电机，起到冷却电机的作用，不至于使电机温度过高，破坏电机绝缘而缩短电机使用寿命。因此，油井产量越大，电机散热条件越好，对电动潜油泵越有利。根据使用经验，一般在电机周围的液流速度达到0.3ｍ/s以上，即可保证电机冷却。

若电动潜油泵机组下至油层以下，需另加导流护罩，以便使井液流经电机。

（3）电动潜油泵最长运行时间应根据电机和电缆的绝缘电阻检查情况而定。新电动潜油泵机组下入油井后，电机和电缆绝缘电阻应在200MΩ

以上。随着电动潜油泵工作时间的增长，绝缘电阻会逐渐下降，绝缘电阻最低界限值可根据电机电压等级而定。一般不宜低于50MΩ。(4)原油粘度大，会降低泵的扬程，减少泵的排量，使泵效降低

因此，对于电动潜油泵这种昂贵的采油设备，应尽量选择油层温度低、供液充足、不出砂、不结垢、气量少、原油物性好等条件较优越的井，以便延长电动潜油泵的使用寿命，充分发挥电动潜油泵的采液能力，提高电动潜油泵使用的经济效益。软件的功能与特点

优化设计的目的就是要择与油井特性相适应的抽汲设备和参数，按选定方案施工，以便充分发挥油层和抽汲设备的潜力，使油井在高产量、高效益下安全生产。对于电泵井，主要用来选择泵型号、叶导轮级数、电机、电缆、控制屏、变压器、油咀以及地面所需的电压等。软件的功能与特点判断某一采油方案是否合理，一般要看以下几个方面：

1、在现有技术条件许可的前提下,是否能够满足油井的排液要求,，油井能否长期、稳定的多产油。

2、一次性的投入是否最低。杆、管、泵以及其它的一些采油设备的投入是否最经济。

3、生产维护成本（主要指吨油耗电）是否最低。是否能够保持较高的系统效率。

4、能否满足油井正常生产的安全需要，油井能否维持较长的检泵周期。以上几点，相互联系又相互制约，只有综合考虑才能取得较好的开采效果。

软件的功能与特点

一、该系统注重将先进的技术理论与矿场实际相结合，比较适合现场应用

一方面：该系统的各部分都采用了较为先进的数学模型与计算方法，以保证较高的计算精度，理论上的具有一定的先进性：（产能预测是以广义IPR方法为基础，同时充分考虑到现场中的使用条件，根据可录取的资料情况，采用多种方式预测油井的产能；流体在井筒中的流动以及在油管中的流动为多相垂直管流（有杆泵井泵上油管内的流动为多相垂直环空流），其压力分布用目前被广泛应用且较为精确的orkiszewki方法进行计算；各种机械采油方式井排出动态的描述与计算，也都采用了较为先进的数学模型和计算方法）;

软件的功能与特点

一、该系统注重将先进的技术理论与矿场实际相结合，比较适合现场应用

另一方面，充分注重与矿场实际相结合，对于经典的计算方法与矿场实际不相符合的部分进行了必要的修正，对于理论与实际相脱节的部分进行了补充和完善。例如：软件所需要的基础资料的录取、产能预测方式的多样性、设计方式的多样性、对采油设备及工具的可维护性、稠油低温段粘度的计算等，都体现了这种思想。软件不苛求改变现有的管理模式和基础资料状况，而是从自身的角度来考虑适应这种状况，有良好的包容性，比较适合现场应用。软件的功能与特点

一、该系统注重将先进的技术理论与矿场实际相结合，比较适合现场应用

界面十分友好的ＶＢ进行编程，在Windows环境下运行，操作十分方便。能够用、方便的出设计，直接打印出采油工艺设计表。特别是软件对设计管柱、施工预算、施工技术要求等部分都进行了很好的处理，所以，操作起来十分方便，操作熟练后，要比手工出设计快。软件的功能与特点二、该软件采用多种方式预测油井的产能

设计过程中需输入计算机的油井的基础数据，现场中都比较容易录取。对现场中难于录取到的静压资料，要求的并不是十分苛刻。软件甚至对一些没有输入的数据设定了默认值（如：油层温度不输入时，按温度梯度和油层中深进行计算，一些流体物性参数没有输入时，取油田或区块的平均值），大大增强了软件的鲁棒性。软件可根据录取到油井的基础数据情况，采用多种方式预测油井的产能，同时保留了传统的设计方法（人为预测产能，直接对排出系统进行设计）。基本上绝大多数井都能够用该软件进行设计。1、广义IPR方法静压一组生产数据2、根据两组生产数据前期生产数据目前生产数据2、根据两组生产数据3、根据套压静液面及一组生产数据静液面一组生产数据静态数据4、经验预测法两组生产数据相互矛盾

针对那些前后数据矛盾、新井、改层生产的井、基础数据不全的井。人为的输入一个设计产液量、对应动液面，直接对排出系统进行设计。三、设计方式的多样化电潜泵井生产系统的优化设计可采用三种方式进行

第一种为常规的设计方式（确定级数法），其核心内容为：设计人员根据油层的供液能力，确定泵型、泵深及油井的产液量，由计算机计算出所需的泵叶轮级数。

对于熟悉电潜泵采油的设计者来说，当油井高含水、油不稠、气不大（这种情况对电泵的特性影响较小）时，比较容易判断设计及预测结果是否正确。近似的判别公式为:

电泵产生的压头=举升流体的高度+油压折算的高度+磨阻损失

设计人员会发现：电潜泵井生产系统优化设计软件主窗体下面的一排按钮，是非常的实用和方便的

软件能够十分方便的做出电潜泵井的“采油工艺设计表”三、设计方式的多样化

即：设计人员根据预测的油井产能情况，输给计算机一个完整的设计方案，由计算机预测出这一方案的结果，由此来判断这一方案是否可行。第二种为方案预测法：三、设计方式的多样化即：设计人员根据预测的油井产能情况，选择泵型，输入设计油压以及一些限定条件（如：沉没压力、泵吸入口油气比等），软件根据所限定的条件自动确定泵深以及导叶轮级数，并进行电力系统的计算。第三种为限定条件法：四、该系统为采油设备、工具的技术参数提供了维护功能

采油的设备、工具的技术参数，都被录入到特定的数据库中，不需改动源程序就能对各种机械采油设备、工具的技术参数进行添加、修改和删除。

四、该系统为采油设备、工具的技术参数提供了维护功能

电潜泵井优化设计软件技术参数维护六、该系统充分经过了实际应用的考验

该系统的开发、应用、改进和完善经过了一个漫长的过程，到目前已有十多年的时间，在实际应用过程中发现问题，不断的进行改进、完善和提高。有比较高的“成熟度”。该系统设计与预测的结果与国内外较为先进的同类软件设计与预测的结果是一致的或接近的，而且操作要更为方便，更为适合国情；该系统已经被大范围的推广应用，实际应用了数百井次，能够被广大的基层技术人员所掌握，充分说明了该系统的适用性、可靠性。

推广应用情况2001年，“电潜泵生产系统优化设计”软件得到了大范围的推广应用，累计应用了107井次，取得了良好的应用效果