電泵井采油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

引言

“電泵井采油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)”軟件是為解決油井合理開采這一重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題而研制開發(fā)的。該系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用、改進(jìn)和完善經(jīng)過了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，傾注了軟件開發(fā)人員十多年的心血，同時(shí)凝聚了采油工程系統(tǒng)有關(guān)專家以及廣大現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該說已經(jīng)是一個(gè)比較成熟的系統(tǒng)。該系統(tǒng)科技鑒定時(shí)專家評(píng)語：達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。近幾年又結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，又對(duì)軟件做了重大的改進(jìn)。一要保持較高的泵效和系統(tǒng)效率

保持較高的泵效是保持較高的系統(tǒng)效率的前提，一般情況下（油井產(chǎn)能能夠通過計(jì)算進(jìn)行預(yù)測(cè)），泵效能夠通過供、排協(xié)調(diào)的計(jì)算求得。但對(duì)某些情況，泵效不能通過計(jì)算求得，這種情況，泵效一般按65％左右考慮（使用直接給定法設(shè)計(jì)時(shí)要注意這一點(diǎn)）。泵掛深、沉沒度小、參數(shù)大、氣量大、油稠等情況，泵效可能低一點(diǎn)；反之則高。

電泵井的沉沒度可大一些，按300—500米考慮，油井的產(chǎn)液量接近電泵最高效率點(diǎn)時(shí)的排量。同時(shí)還需要考慮油層的供液特征、井液性質(zhì)等因素，可適當(dāng)?shù)募右孕拚?。注水開發(fā)的油田，油層能量相對(duì)穩(wěn)定，沉沒度過大、過小都是不利的；沉沒度過小，影響充滿程度，適應(yīng)油層能量變化的能力差；沉沒度過大，一方面說明油層能量還沒有充分發(fā)揮，另一方面費(fèi)電、費(fèi)材，增大事故出現(xiàn)的機(jī)率。

電動(dòng)潛油泵作為一種新的機(jī)械采油設(shè)備，由于它具有排量大，在51/2ｉｎ套管中可達(dá)700ｍ3/ｄ，適應(yīng)中高排液量、高凝油、定向井、中低粘度井，揚(yáng)程可達(dá)2500ｍ，井下工作壽命長(zhǎng)、地面工藝簡(jiǎn)單、管理方便、經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，近十多年來在油得到了廣泛應(yīng)用，是油田長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)的重要手段之一。二、電潛泵井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的界定（一）、選泵設(shè)計(jì)時(shí)遵循的基本原則

1、要確保油井的產(chǎn)液量在電泵的最佳排量范圍之內(nèi)，盡可能的接近最高效率點(diǎn)的排量（額定排量），以保證較高的系統(tǒng)效率，同時(shí)導(dǎo)葉輪也不易磨損。（一）、選泵設(shè)計(jì)時(shí)遵循的基本原則

2、設(shè)計(jì)沉沒度考慮在300~500米之間，一般按400米考慮。沉沒度過大，對(duì)油井正常生產(chǎn)并沒有多大的好處，而且會(huì)增大倒井的機(jī)率。沉沒度過大對(duì)電泵井的負(fù)面影響也是十分嚴(yán)重的。一方面浪費(fèi)油管、電纜；其次，電泵井的檢泵周期除與機(jī)組的自身質(zhì)量、施工質(zhì)量、電力系統(tǒng)的影響等因素有關(guān)外，影響機(jī)組的使用壽命的另一個(gè)重要因素就是機(jī)組工作時(shí)的環(huán)境溫度(液量對(duì)機(jī)組、電纜壽命的影響，最終也體現(xiàn)在溫度上)。一般情況下，每超過其額定（許用）工作溫度10度，其使用壽命就會(huì)降低一半。低飽和、低油氣比的電泵井，排液量（及排量效率）與沉沒度沒有多大的關(guān)系，主要取決與油層的供液能力和機(jī)組的排出能力，并不是說沉沒度大了就能多產(chǎn)油。設(shè)計(jì)過程中，保持一定的沉沒度，主要是擔(dān)心對(duì)油層的產(chǎn)能情況認(rèn)識(shí)的不是很清、以及油層產(chǎn)能發(fā)生變化而做的考慮。

3、在套管尺寸許可的情況下，盡可能選用直徑較大的電泵機(jī)組。一方面直徑較大的機(jī)組，制造成本比較低、價(jià)格也比較低；另一方面，性能也比較好。首先要保證機(jī)組能夠下到預(yù)定的位置。一般情況下，在51/2ｉｎ套管的直井中，泵外徑為98mmm、潛油電機(jī)外徑為116mm的機(jī)組能夠下到預(yù)定位置。

4、潛油電機(jī)的選擇應(yīng)考慮：選用的電機(jī)功率應(yīng)略高于所需的電機(jī)功率（電機(jī)的制動(dòng)功率）。

5、稠油（粘度大于2000mpa.s）井、出砂井、結(jié)垢嚴(yán)重的井，盡可能不要選擇下電泵生產(chǎn)。

6、“斜井”、“狗腿度”比較大的井，下電泵要慎重。要求查看井斜數(shù)據(jù)，下機(jī)組前要進(jìn)行通井，確保機(jī)組能夠在不受損傷的情況下，下到預(yù)定位置。機(jī)組的下入深度應(yīng)盡可能的避開造斜點(diǎn)的位置，以避免因卡軸而燒毀機(jī)組。采用小直徑的電泵機(jī)組，有利于機(jī)組順利通過造斜點(diǎn)。（二）、選用電動(dòng)潛油泵抽油應(yīng)注意的幾個(gè)問題

（1）油井含氣量大，會(huì)降低泵效，損壞泵的葉輪和導(dǎo)輪。

根據(jù)離心泵的工作特點(diǎn)，在工作介質(zhì)為氣液兩相的情況下，泵的排量、壓頭和效率都會(huì)明顯下降。在含氣量高到一定程度時(shí)，葉輪流道大部分空間被氣體所占據(jù)，使離心泵不能排出液體。一般情況下，進(jìn)泵氣液比要小于10%。

當(dāng)氣體影響電泵工作的主要原因是離心泵葉輪在氣液兩相介質(zhì)工作時(shí)，氣體分離出來后，在葉輪和導(dǎo)殼中產(chǎn)生渦流。這些氣泡一方面占據(jù)了流道體積，使液體排量減少，另一方面，氣體使混合液體密度降低，離心力減小，從而降低了泵的揚(yáng)程。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氣鎖排不出液體，并產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，損壞葉輪和導(dǎo)輪。

為減少氣體影響，在泵吸入口處應(yīng)安裝油氣分離器，同時(shí)保持在一定的沉沒度下生產(chǎn)，一般要求沉沒度為300--500ｍ。

（2）電泵應(yīng)下在油井射孔井段頂部以上。因電機(jī)在運(yùn)行中會(huì)發(fā)熱，要依靠離心泵排出的液量將電機(jī)產(chǎn)生的熱量充分帶走。將電動(dòng)潛油泵置于油層以上位置，產(chǎn)出的井液可以全部流經(jīng)電機(jī)，起到冷卻電機(jī)的作用，不至于使電機(jī)溫度過高，破壞電機(jī)絕緣而縮短電機(jī)使用壽命。因此，油井產(chǎn)量越大，電機(jī)散熱條件越好，對(duì)電動(dòng)潛油泵越有利。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，一般在電機(jī)周圍的液流速度達(dá)到0.3ｍ/s以上，即可保證電機(jī)冷卻。

若電動(dòng)潛油泵機(jī)組下至油層以下，需另加導(dǎo)流護(hù)罩，以便使井液流經(jīng)電機(jī)。

（3）電動(dòng)潛油泵最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間應(yīng)根據(jù)電機(jī)和電纜的絕緣電阻檢查情況而定。新電動(dòng)潛油泵機(jī)組下入油井后，電機(jī)和電纜絕緣電阻應(yīng)在200MΩ

以上。隨著電動(dòng)潛油泵工作時(shí)間的增長(zhǎng)，絕緣電阻會(huì)逐漸下降，絕緣電阻最低界限值可根據(jù)電機(jī)電壓等級(jí)而定。一般不宜低于50MΩ。(4)原油粘度大，會(huì)降低泵的揚(yáng)程，減少泵的排量，使泵效降低

因此，對(duì)于電動(dòng)潛油泵這種昂貴的采油設(shè)備，應(yīng)盡量選擇油層溫度低、供液充足、不出砂、不結(jié)垢、氣量少、原油物性好等條件較優(yōu)越的井，以便延長(zhǎng)電動(dòng)潛油泵的使用壽命，充分發(fā)揮電動(dòng)潛油泵的采液能力，提高電動(dòng)潛油泵使用的經(jīng)濟(jì)效益。軟件的功能與特點(diǎn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是要擇與油井特性相適應(yīng)的抽汲設(shè)備和參數(shù)，按選定方案施工，以便充分發(fā)揮油層和抽汲設(shè)備的潛力，使油井在高產(chǎn)量、高效益下安全生產(chǎn)。對(duì)于電泵井，主要用來選擇泵型號(hào)、葉導(dǎo)輪級(jí)數(shù)、電機(jī)、電纜、控制屏、變壓器、油咀以及地面所需的電壓等。軟件的功能與特點(diǎn)判斷某一采油方案是否合理，一般要看以下幾個(gè)方面：

1、在現(xiàn)有技術(shù)條件許可的前提下,是否能夠滿足油井的排液要求,，油井能否長(zhǎng)期、穩(wěn)定的多產(chǎn)油。

2、一次性的投入是否最低。桿、管、泵以及其它的一些采油設(shè)備的投入是否最經(jīng)濟(jì)。

3、生產(chǎn)維護(hù)成本（主要指噸油耗電）是否最低。是否能夠保持較高的系統(tǒng)效率。

4、能否滿足油井正常生產(chǎn)的安全需要，油井能否維持較長(zhǎng)的檢泵周期。以上幾點(diǎn)，相互聯(lián)系又相互制約，只有綜合考慮才能取得較好的開采效果。

軟件的功能與特點(diǎn)

一、該系統(tǒng)注重將先進(jìn)的技術(shù)理論與礦場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，比較適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

一方面：該系統(tǒng)的各部分都采用了較為先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法，以保證較高的計(jì)算精度，理論上的具有一定的先進(jìn)性：（產(chǎn)能預(yù)測(cè)是以廣義IPR方法為基礎(chǔ)，同時(shí)充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)中的使用條件，根據(jù)可錄取的資料情況，采用多種方式預(yù)測(cè)油井的產(chǎn)能；流體在井筒中的流動(dòng)以及在油管中的流動(dòng)為多相垂直管流（有桿泵井泵上油管內(nèi)的流動(dòng)為多相垂直環(huán)空流），其壓力分布用目前被廣泛應(yīng)用且較為精確的orkiszewki方法進(jìn)行計(jì)算；各種機(jī)械采油方式井排出動(dòng)態(tài)的描述與計(jì)算，也都采用了較為先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法）;

軟件的功能與特點(diǎn)

一、該系統(tǒng)注重將先進(jìn)的技術(shù)理論與礦場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，比較適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

另一方面，充分注重與礦場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，對(duì)于經(jīng)典的計(jì)算方法與礦場(chǎng)實(shí)際不相符合的部分進(jìn)行了必要的修正，對(duì)于理論與實(shí)際相脫節(jié)的部分進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。例如：軟件所需要的基礎(chǔ)資料的錄取、產(chǎn)能預(yù)測(cè)方式的多樣性、設(shè)計(jì)方式的多樣性、對(duì)采油設(shè)備及工具的可維護(hù)性、稠油低溫段粘度的計(jì)算等，都體現(xiàn)了這種思想。軟件不苛求改變現(xiàn)有的管理模式和基礎(chǔ)資料狀況，而是從自身的角度來考慮適應(yīng)這種狀況，有良好的包容性，比較適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。軟件的功能與特點(diǎn)

一、該系統(tǒng)注重將先進(jìn)的技術(shù)理論與礦場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，比較適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

界面十分友好的ＶＢ進(jìn)行編程，在Windows環(huán)境下運(yùn)行，操作十分方便。能夠用、方便的出設(shè)計(jì)，直接打印出采油工藝設(shè)計(jì)表。特別是軟件對(duì)設(shè)計(jì)管柱、施工預(yù)算、施工技術(shù)要求等部分都進(jìn)行了很好的處理，所以，操作起來十分方便，操作熟練后，要比手工出設(shè)計(jì)快。軟件的功能與特點(diǎn)二、該軟件采用多種方式預(yù)測(cè)油井的產(chǎn)能

設(shè)計(jì)過程中需輸入計(jì)算機(jī)的油井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)中都比較容易錄取。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中難于錄取到的靜壓資料，要求的并不是十分苛刻。軟件甚至對(duì)一些沒有輸入的數(shù)據(jù)設(shè)定了默認(rèn)值（如：油層溫度不輸入時(shí)，按溫度梯度和油層中深進(jìn)行計(jì)算，一些流體物性參數(shù)沒有輸入時(shí)，取油田或區(qū)塊的平均值），大大增強(qiáng)了軟件的魯棒性。軟件可根據(jù)錄取到油井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)情況，采用多種方式預(yù)測(cè)油井的產(chǎn)能，同時(shí)保留了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法（人為預(yù)測(cè)產(chǎn)能，直接對(duì)排出系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)）?；旧辖^大多數(shù)井都能夠用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。1、廣義IPR方法靜壓一組生產(chǎn)數(shù)據(jù)2、根據(jù)兩組生產(chǎn)數(shù)據(jù)前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)目前生產(chǎn)數(shù)據(jù)2、根據(jù)兩組生產(chǎn)數(shù)據(jù)3、根據(jù)套壓靜液面及一組生產(chǎn)數(shù)據(jù)靜液面一組生產(chǎn)數(shù)據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)4、經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)法兩組生產(chǎn)數(shù)據(jù)相互矛盾

針對(duì)那些前后數(shù)據(jù)矛盾、新井、改層生產(chǎn)的井、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全的井。人為的輸入一個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)液量、對(duì)應(yīng)動(dòng)液面，直接對(duì)排出系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)方式的多樣化電潛泵井生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可采用三種方式進(jìn)行

第一種為常規(guī)的設(shè)計(jì)方式（確定級(jí)數(shù)法），其核心內(nèi)容為：設(shè)計(jì)人員根據(jù)油層的供液能力，確定泵型、泵深及油井的產(chǎn)液量，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出所需的泵葉輪級(jí)數(shù)。

對(duì)于熟悉電潛泵采油的設(shè)計(jì)者來說，當(dāng)油井高含水、油不稠、氣不大（這種情況對(duì)電泵的特性影響較小）時(shí)，比較容易判斷設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)結(jié)果是否正確。近似的判別公式為:

電泵產(chǎn)生的壓頭=舉升流體的高度+油壓折算的高度+磨阻損失

設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)：電潛泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件主窗體下面的一排按鈕，是非常的實(shí)用和方便的

軟件能夠十分方便的做出電潛泵井的“采油工藝設(shè)計(jì)表”三、設(shè)計(jì)方式的多樣化

即：設(shè)計(jì)人員根據(jù)預(yù)測(cè)的油井產(chǎn)能情況，輸給計(jì)算機(jī)一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案，由計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)出這一方案的結(jié)果，由此來判斷這一方案是否可行。第二種為方案預(yù)測(cè)法：三、設(shè)計(jì)方式的多樣化即：設(shè)計(jì)人員根據(jù)預(yù)測(cè)的油井產(chǎn)能情況，選擇泵型，輸入設(shè)計(jì)油壓以及一些限定條件（如：沉沒壓力、泵吸入口油氣比等），軟件根據(jù)所限定的條件自動(dòng)確定泵深以及導(dǎo)葉輪級(jí)數(shù)，并進(jìn)行電力系統(tǒng)的計(jì)算。第三種為限定條件法：四、該系統(tǒng)為采油設(shè)備、工具的技術(shù)參數(shù)提供了維護(hù)功能

采油的設(shè)備、工具的技術(shù)參數(shù)，都被錄入到特定的數(shù)據(jù)庫中，不需改動(dòng)源程序就能對(duì)各種機(jī)械采油設(shè)備、工具的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行添加、修改和刪除。

四、該系統(tǒng)為采油設(shè)備、工具的技術(shù)參數(shù)提供了維護(hù)功能

電潛泵井優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件技術(shù)參數(shù)維護(hù)六、該系統(tǒng)充分經(jīng)過了實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)

該系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用、改進(jìn)和完善經(jīng)過了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，到目前已有十多年的時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)問題，不斷的進(jìn)行改進(jìn)、完善和提高。有比較高的“成熟度”。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)的結(jié)果與國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的同類軟件設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)的結(jié)果是一致的或接近的，而且操作要更為方便，更為適合國(guó)情；該系統(tǒng)已經(jīng)被大范圍的推廣應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用了數(shù)百井次，能夠被廣大的基層技術(shù)人員所掌握，充分說明了該系統(tǒng)的適用性、可靠性。

推廣應(yīng)用情況2001年，“電潛泵生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)”軟件得到了大范圍的推廣應(yīng)用，累計(jì)應(yīng)用了107井次，取得了良好的應(yīng)用效果