电泵井工况诊断与优化设计-汇总

电泵井的井下工况诊断与优化设计目前已经形成规模应用的5大电泵抽油技术工艺:电泵抽稠工艺配套技术;高含水、高渗透率井电泵提液配套技术;电泵深抽工艺技术;电泵井除防垢配套技术;定向井电泵抽油配套工艺技术电泵井工况诊断就是根据油井生产数据、原油物性、地面测的三相电流、电压、功率因数等经过系统分析方法进行诊断。

电泵井的参数优化设计是根据油井供液能力建立油井流入动态,应用油井供—排协调原理对泵型、级数、电机型号、井下附件等举升设备和举升参数进行优选,达到各部分的最佳组合;井下工况诊断是根据油井生产动态数据、原油物性以及地面三相电流、电压和功率因数,经过系统分析进行诊断。

电潜泵选用参数：①离心泵的排量： m3/d②泵轴功率KW③扬程： m④潜油电机长度：mm⑤重量kg⑥电缆耐热等级：90℃、120℃、150℃⑦电缆的额定电压：KV一、油井流入动态通过油井流入动态计算,掌握油井供液能力。

在应用广义IPR曲线研究油井流入动态时,需要油井生产时的产量及井底流压,产量可直接测得,而相应的井底流压可先求得泵入口压力之后,应用多相管流理论计算得出。

泵入口压力可由两条渠道获得:一是利用多相管流先计算出泵出口压力,并以此为起点分段计算泵内压力,从而可获得泵入口处的压力;二是利用测得的动液面位置计算泵入口压力。

二、井筒流出动态系统井筒流动包括油层产出流体从井底到泵口和泵以上油管中的流动,它们都遵守气—液多相垂直管流规律,可通过泵内各级的排量、扬程、效率及功率的变化进行分析。

用Okiszewski 方法,由压力分布可获得泵出口压力并进而计算出泵入口压力和井底流压。

三.井下动力系统井下动力系统包括电缆和电机两大部分。

应用地面电测量值,计算和分析地面输入功率、电缆压降、电机输入和输出功率以及各部分的效率,并判断电机是否正常工作,为维护机组正常运转提供一系列的工作参数。

四、井供液情况对比分析从计算对比时有, 虽然计算出的油井产能和泵排量与实际油井的产量有一定误差, 但基本上还是反映了油井的供液情况和泵的工作状态。

可以这样分析:一方面, 由于在选泵设计时, 泵的级数较少, 泵的理论扬程偏低, 那么泵将液体举升到地面, 所要求的沉没度就大, 导致井底流动压力增大, 生产压差减小, 地层出液量减少;另一方面, 由于地层出液量较少, 满足不了泵抽的需要, 油井动液面越抽越低, 沉没度也越来越小, 泵的实际举升高度增加, 泵排量减少。

这时, 由于沉没度减小, 井底流动压力降低, 生产压差加大, 地层出液量又有一定的增加。

最终出现一个平衡点, 地层的出液量与泵抽排量要处于平衡状态, 产量、液面、油压等生产数据将趋于稳定。

如果地层压力、油压等油井参数或运行频率发生变化, 导致油井的供液能力或泵的排量和扬程发生变化的话, 将会出现新的平衡点, 同时会使油井的产量、液面等也会发生变化。

如果油井供液不足, 产量过低, 将会使泵下裙部加速磨损, 长时间运行会导致泵漏失量加大,泵效大幅度降低, 使泵的排量和扬程大大下降, 油井实际产量将比计算值低得多。

四、措施建议①对于供液量下降的油井, 采取重新设计, 使用小排量潜油电泵, 使地层的出液量与泵抽排量要处于平衡状态,产量、液面、油压等生产数据将趋于稳定。

同时避免产量值低于泵的最小排量值时, 一方面会加速潜油泵的磨损, 使潜油电泵机组不能正常运行, 泵的效率逐渐下降, 使潜油电泵井产量越来越低; 另一方面由于泵磨损所引起的机械故障,将会导致潜油电泵设备发生电气故障, 最终使潜油电泵设备不能正常运行。

② 对于供液量上升的油井, 如果泵挂深度不变, 加大泵的级数或提高运行频率, 将液面抽至泵吸入口, 油井的产量有一定的增加, 或重新设计换更大排量的潜油电泵。

③ 对于潜油泵发生机械故障, 泵部分叶导轮不工作或泵效降低, 造成泵的排量下降油井, 及时进行油井作业,电泵维修或更换。

④ 对于供液量不能满足最小型号的潜油电泵时, 采取油井间歇采油。

五、诊断过程1.泵的工况是利用生产数据计算井筒和泵内压力、温度及泵各级实际工作特性参数排量、扬程、效率和功率,并与泵水时的特性参数相比较,了解泵的工作状况;电机工况是利用地面三相电流、电压和功率因数的瞬时测量平均值,计算出电机的输入及输出功率、电机效率。

通过两种方法获得的泵入口压力及泵输入功率与电机输出功率比较,根据油井产量及泵的工况点所在特性曲线图上的位置和泵内的各级含气率等一系列参数,判断泵与油层匹配状况及泵工况差的原因,并提出必要的建议。

正常工作的电泵井,由电机、泵、液面计算出的结果应该是匹配的,即由液面计算的泵入口压力与由泵计算的入口压力应接近;由有效功率与电机输出功率计算出的泵效率和校正的泵效率应接近;电机的输出功率应大于泵功率。

2.分析井的故障时应该从以下几个方面：1）井的生产：液面、机组、油嘴、工作制度、变频器工作状态；2）地层出砂情况：井史、（查钻井试油平台）；3）注水方面：对应注水井的注入量和吸水情况、压力；4）采取方案的建议：a.工作制度调整；b.下机采方式的优化（转抽设计）；出现事故的原因可能是:（1）低电流下运行。

（2）高电流下运行。

（3）电流不稳定的运行。

（4）电流电压波动。

3.故障分析步骤当电泵故障停机后应按如下顺序检查：1）确认电网供电电源开关是否断开。

2）检查控制柜保险、变压器或线路保险是否良好。

3）确认控制柜是否处于完好状态，如接线处有无松动、脱离或接触器触点脏污、烧蚀过度等。

4）检查电泵机组的三相直流电阻和绝缘电阻，停机后立即测量绝缘电阻值不低于2MΩ。

5）在无负载的情况下检查地面电压是否正常。

根据以上步骤再结合电流记录图确定故障部位，并及时采取必要的措施。

六、故障类型诊断故障类型主要有：1.选泵不合理2.油嘴配置不合理3.电机或电缆绝缘下降4卡泵或结垢5气体影响6泵或油管漏失7地面设备电压过高或过低8电机欠载或过载9油层供液不足六、电潜泵井优化设计需要数据：1）井套管规格及下入深度；油管规格及其联接螺纹规格；油层中部深度及射孔井段；原油及天然气相对密度；井底温度；原油粘度；饱和压力及原始气油比；含砂量、结蜡及腐蚀情况，一般要求含砂量不能超过万分之五；油管压力及套管压力；液量及含水率；采液指数及采油指数；地层压力及井底流压；生产气油比及总产气量；套管损坏情况及部位；井场网路电源电压；预计泵挂深度；注采系统是否完善。

2）设计要求：选择泵型所依据的原则是:油井产液量Q与泵额定排量Qe之差最小，为防止抽空，设计时应注意使Q≥Qe，且Q一定处于泵高效工作范围内。

当泵型一定，确定泵叶轮级数时，首先从泵特性曲线上查出产液量Q下的泵单级扬程Hs，或者计算出泵的单级程Hs，则所需叶导轮总级数为总扬程与单级扬程之商.电潜泵机组选型设计一、井下机组选型1.选型设计原则为了合理地选择电潜泵，使其运行最可靠及最经济，在选型设计时，一般遵循以下原则：1）合理选择泵型，使泵在最高效率点附近工作。

2）泵的额定排量和油井产能相匹配，额定扬程等于油井的总动压头。

3）电机的输出功率能够满足举升液体所需功率要求，尽可能涵盖较宽的地层变化范围。

4）其它如电缆的选择，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，以减少功率损失。

2.选型必需的基础数据（1）油井历史数据油井套管规格及下入深度；油管规格及其连接螺纹规格；油层中部深度及射孔井段；原油、天然气和水的相对密度；井底温度；原油粘度；饱和压力及溶解气油比；含砂量、结蜡及腐蚀情况，一般要求含砂量不能超过万分之五。

（2）油井目前生产数据井口压力及套管压力；油井产液量及含水率；地层压力及井底流压；生产气油比及总产气量。

（3）其他资料套管损坏情况及部位；电源电压；电网频率。

高含水井井下机组的选型（1）预测油井产能在电潜泵的选择中，油井产能预测是一个很重要的步骤，油井生产能力预测的准确性，将直接关系到选泵的合理性。

油井产能预测应由油藏部门提供。

根据实际油井情况选择一种计算方法，确定出油井合理的产能和井底流压。

（2）离心泵选型参数确定1）预测油井产能在电潜泵的选择中，油井产能预测是一个很重要的步骤，油井生产能力预测的准确性，将直接关系到选泵的合理性。

油井产能预测应由油藏部门提供。

根据实际油井情况选择一种计算方法，确定出油井合理的产能和井底流压。

2）计算总动压头（即总扬程）潜油电泵井带油嘴生产潜油电泵井带油嘴生产是由于油井的选泵、配泵不合理引起的。

其主要原因是由于产能预测与实际生产情况偏差过大，为了合理的控制潜油电泵井的生产压差，调节供排关系, 保护油层，不致因强采过度，造成油井供排失调而频繁的更换机组，保证连续稳定的生产。

直接电网全压工频方式的弊端第一，对于复杂断块油田来说，油水井的对应连通性差，部分潜油电泵井出现供液不足，影响到潜油电泵的正常生产及井下机组的运转寿命。

当井下油量不富裕时，容易抽空，甚至死井，一旦死井则损失惨重。

尤其海上平台在采油时，因为油层稠度大，流动性差，潜油电泵在抽油的过程中不能一下运行到额定转速，否则会出现油层因压力变化过快而断开，电泵只能抽到少量距井口近的油，远离井口的原油因不能够流动，电泵将断液而导致油井报废。

并且一旦发生抽空时，定转子将出现干磨，容易产生烧泵的事故。

第二，平台的电网是由发电机组供电，过载能力较差。

当功率很大的潜油电泵在工频全压启动时，对电网和电机的冲击电流大、冲击扭矩大，造成电机、电缆的加速老化和电泵叶片、轴系的损坏。

平台电网容量有限，电机工频对电网的冲击有可能导致发电机组停运。

在采油过程中，由于液面经常变化，需要经常对电泵进行启停操作，频繁的冲击，降低了设备使用寿命，增加了维修费用。

第三，潜油泵不能根据生产情况调整输出功率，造成巨大的能源浪费，难以使电泵工作在最佳工况点上。

七、设计步骤：收集原始资料及试井(或生产)数据；依据试井(或生产)数据绘制油井IPR曲线；计算泵吸入口压力px；确定油井产液量Q；确定油井管路特性方程；计算产液量Q下的的总动压头H；计算有效功率N；确定泵型及级数M；选择电机型号，确定额定电流，额定电压；选择潜油电缆；计算地面输大功率NR；选择变压器；选择控制屏；计算系统效率；若Q＝Qe，则选择相邻几种泵型并重复步骤(3)～步骤(14)，取.1.潜油电泵机组的工作原理潜油电泵机组的工作原理是以电能为动力源，电网电压首先经过变压器改变电压后，输入到控制柜，通过潜油电缆将电能传给潜油电机，潜油电机将电能转换为机械能，带动潜油泵高速旋转，潜油泵中的每级叶轮、导壳均使井液压力逐步提高，在潜油泵出口处达到潜油电泵机组要求的举升扬程，所提升的井液通过油管被举升至地面，再通过地面管线传输至地面集输系统。

2.潜油泵工作原理潜油泵是一种多级离心泵，它的工作原理和地面离心泵的工作原理基本相同。