潜油电泵采油工艺的设计说明

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能力。

1.2设计容根据油井基本情况，通过潜油电泵举升系统设计计算：1.2.1确定油井产能1.2.2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。

1.2.3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。

1.2.4确定潜油电泵系统设备1.2.4.1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。

1.2.4.2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。

1.2.4.3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。

1.2.4.4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。

1.2.4.5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。

1.2.4.6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：1.3.1满足设计产液量要求；1.3.2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；1.3.3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；1.3.4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，控制屏和变压器的容量选择要稍大一些；1.3.5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"872（径62.0mm ），套管尺寸为858（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30033/m m 产业指数40m 3/（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240m 3/d ，泵挂深度2400m 。

2.2假设条件2.2.1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/m2.2.2井口流体温度分布呈线性分布，且机组前后温度梯度一致 2.2.3设计产液量下机组对流体加热升温4.0℃ 2.2.4电缆环境温度等于其井筒流体温度 2.2.5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=40m 3/（d ×MPa ）, p r =18MPa ，Pb=12MPa ；b q =J L(r p -b p )=40×(18-12)=240/d m 3；m ax o q =b q +8.1b L p J =240+40×12/1.8=506.7/d m 3；lmaxq =m axo q +)89()/(max w L o r w L f J q p f J --=506.7/d m 3+)8.0*89()40/7.50618(8.0*40--/d m 3=572.3/d m 3；wfp f=r p -l q /l J （0<l q ≤b q ）wf p =w f (r p -l q /J L)+0.125(1-w f )b p ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡----18081max bo b l q q q q)o 1maxb (q q q ≤<wfp =wf (r p - m ax o q /J L )-(9-8 w f )( l q -m ax o q )/l J (max o q <l q ≤lmax q )式中b q -------原油泡点压力下的产液量，/d m 3m ax o q ------流压为零是的最大产油量，/d m 3 lmax q ------流压为零是的最大产液量，/d m 3 l q --------产液量, /d m 3 r p --------地层静压,MPaJ L --------采液指数，m 3/（MPa ·d ）3.2井筒温度预测由题目所给假设：井筒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 ①t=80-n×100 ②联立①、②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l q =240/d m 3；J=40MPa d m •/3；由IPR 曲线得wf p =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3.4.1天然气体积系数计算：由pc P =207653.03565.08677.4g g γγ--=4.6MPapc T =272222.393333.1838889.103g g γγ-+=206.3Kr p =P/pc P =2.43;r T =T/pc T =1.7Z=r r T rT r p p 8157.029813.010274.01052.31+-=0.883g B =3.458×10-4ZT/P=0.009573.4.2原油的体积系数计算：由报表知o γ=0.8由：API=141.5/ o γ-131.5=45.375A=0.0125API-0.00091(1.8T-459.67)=0.41122R sb =205.11004.14518615.5⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯A P bg γ=89.4333/m m由p/b p =0.93 知选用公式R s /R sb =0.629p/p b +0.37=0.95633/m m (p/b p ≥0.3)R s =85.533/m mB o =0.972+()175.167.4598.125.1615.5000147.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+T R ogs γγ=1.2673.4.3地层水体积系数计算：wt V ∆ =-5.7325×10-3+2.40104×10-4（T-273.15）+1.78412×10-6（T-255.3）2 =0.=∆wp V -5.0987×10-7p （T-255.37）-6.54435×10-9P 2(T-255.37)-5.20574×10-5P-4.74029×10-6P 2=-0.001796 Bw=()()wp wl V V ∆+∆+11=1.0273.4.4泵入口气液比计算：由l q =240/d m 3o q =l q ×（1-w f ）×Bo=60.816/d m 3w q =l q ×w f ×Bw=197.184/d m 3gfr q =（g q -Rs ×l q ×（1-w f ））×g B =98.5/d m 3 GLR p =wo r gf q q q +=38.2%>10%其中gfr q ----泵入口游离气流量； o q -----泵入口原油流量 ； w q -----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GLR p =()%1001⨯+-wo sep gfr q q q η；令GLRg=10%则sep η=73.8%则可以选择sep η=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：3.6.1井下泵排量计算gfr q =gfr q ×(1-sep η)=11.82/d m 3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Q pm =o q +w q +gfr q =269.82/d m 3。

GOR s =oo ggfr B q B q =25.7333/m m根据泵入口气液比由查图得平均摩阻梯度138Pa/m ，平均混合物相对密度0.9253.6.2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+×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269.82m 3/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：610⨯-=gP P H m pinpout ρ=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 。