3.3 电潜泵井工况分析及故障处理

• 如果将泵的耗能与匹配的电机相对比分析，可 以分成电机匹配合理、大马拉小车和小马拉大 车三种情况。结合泵的八个工作区域，整个井 下机组的工况可以组合成24种情况，工况图如 图3—57所示。工况图的X坐标是排量，Y坐标 是电流（对于同一机组来说，就相当于功率）， Z坐标是扬程。
在根据泵特性曲线将泵况图和工况图作成以后， 就可以根据油井的生产数据，将油气水产量通过 油气水性质计算公式折合成泵吸人排出口条件下 的产量，并经混合液粘度修正得到泵内的相当产 量，以及通过泵吸人口压力差和混合液密度折算 出泵的实际扬程．并计算出生产流体获得的水马 力和轴功率，最后将计算得到的排量、扬程数据 在泵况图上标记出来，就获得了井下泵的泵况点， 了解泵工作是否合理。在三维工况图上标记排量、 扬程和轴功率，就可以得到机组的工况点，可以 知道泵工作是否合理，电机配备是否合适，是否 是“大马拉小车”或“小马拉大车”，从而为下 步选泵和机组匹配提供依据。
「例3」某油田的田井采用400／800－86机组生产， 额定排量为400m3／d，额定扬程800m，实配电 机功率 86kw，日产液 369.6m3，含水 82.7%，生 产气油比为 15m3／m3，实测泵吸口压力9.5MPa， 出口压力18.46 MPa，油压5.7 MPa，泵挂垂深 1286.5m，工作电压2000V，电流26.6A，泡点压 力为14.5MPa。计算机分析结果表明，该井的气 体降低扬程18m，排量6.7m3／d；流体粘度降低 扬程124m，排量12.3m3／d，泵效率14.2个百分 点；机械损失扬程428m。该井的机械损失是主 要的，粘度损失次之
（2）变压器档位确认
• 变压器档位的确认是投产前的重要一步检查。电机工作电 压的高低直接影响到电机的工作性能和寿命，表4—4—2 是电压变化对电机性能参数的影响。 • 只有在合理的电压下，电机才能高效、长时间运行。 • 过压或欠压一般不超过±5％，最大不超过±10％。 • 电机地面供给电压应当等于电机的额定电压加上电缆的沿 程电压损失。用以下公式计算，
⑤计算Qb·Hb和Qk·Hk的乘积值Y1和Y2 ； ⑥分别以Q·H=Y1；和Q·H=Y2。在图3—56 (b)上作出两条抛 物线（knh）和（lgde）分别与H～Q曲线交于k、h和l、e； ⑦从k、h分别作H轴的平行线交lgde于g和d，交Q轴于a和b； ⑧过k、g分别作Q轴的平行线交lgde于j，交H轴于f； ⑨至此，H～Q曲线分成了8个区域，即八个工况范围，如 图3-56 (b)所示的1、2、3、4、5、6、7、8八个区，它们 分别代表：l一经济高效区；2一合理工作区；3一选泵参 数偏小，应缩小油嘴；4一泵无问题，供液能力尚可，主 要是气体影响，应加深泵挂深度或放套管气；5一如果资 料正确则泵无问题，泵处于憋压状态，应放油嘴或采取 其它油管。油嘴解堵措施；6一泵无问题，沉没度偏低， 应加深泵挂深度、换小泵或加强注水等措施；7一可能是 管柱和（或）泵漏失严重，也可能是叶轮或泵吸口堵塞； 8一资料有误。
2．电潜泵井投产 （1）启动憋压试验 • 电机启动以后，应立即进行憋压试验以确认电机 转向。 • 在正挤憋压试验后立即开泵憋压，油压如果很快 升高到电潜泵额定扬程的1／100MPa，说明一切 正常，可以投人正常生产。 • 如果油压无反应，对于有井下安全阀的井应认为 井下安全阀未打开，应通过作业或其它方式打开。 如果油压升不到泵额定扬程的1／100MPa，说明 电机反向，应调整相序。 （2）油嘴调整 开机以后，应根据生产部门要求调整合理的油嘴， 保证泵处于合理的工作范围内。
（3）开井生产 如果一切正常，可以开井生产。 （4）投产后观察 电潜泵井投产以后，应严密观察，注意油套压 变化、含水变化、温度变化、电流变化。油嘴 是否堵塞。如果油嘴发生堵塞，应开打油嘴解 堵，特别是新投产油田井、酸化作业后的井。 如果电流远低于额定电流，应重新设定欠载设 定值。
二、电潜泵工况分析 1．电潜泵工况分析方法 电潜泵工况分析……就是对电潜泵的工作状况 进行分析，它是电潜泵井管理非常重要的一项 工作。 • 进行电潜泵工况分析必须录取油井的油气水产 量、油气水性质参数、油压、套压、泵吸人排 出口压力及温度、电机的工作电流、电压和功 率因素等一系列数据参数，它是一项非常系统、 复杂、繁琐、细致的工作。
2．稠油电潜泵工况特点 与稀油井电潜泵相比，稠油井电潜泵有很大的 特点，受粘度和油井含水影响特别大。 (1)机组参数比稀油井的要大得多 油井在中低含水期，油水混合液井电泵搅拌作 用后粘度增加很多，配备的电泵排量和扬程电 机功率要高得多，通常比稀油高出15～30kw， 只有当含水高于80％以后，才变得与稀油相当。 如果按稀油配泵和机组，油井产量往往达不到 预计要求，电机的运行电流很高，电机容易损 坏。
• 工况分析步骤如下： ①收集机组参数，如电机功率、额定电流、额定电 压、空载电流、功率因数、电机效率、泵特性曲 线等； ②利用机组特性曲线建立与图3—56类似的泵况图； ③结合电机参数建立三维工况图； ④收集电泵井的生产资料，如日产液量、含水率、 生产气油比、油压、泵出口压力（测试或多相管 流计算可以获得）、泵出口温度、泵入口压力、 泵人口温度、泵挂深度（斜深和垂深）、电机运 行电流、电压、功率因数等； ⑤收集油井物性参数，如油气水相对密度、脱气油 粘度、原油泡点压力等； ⑥利用泵出入口压力计算泵扬程；
1）定性分析 任何一台机组都有自己的特性曲线，它由H～Q、 P～Q和p～Q三条曲线组成，分别反映泵扬程、轴功 率和泵效率与排量的变化关系，图3—56（a）是某 种机组的特性曲线。该种方法通过特殊处理将H～Q 曲线转变成图3—56(b)的图形，叫做泵况图。它实 际上就是泵H~Q曲线图，只不过被分成了八个区域 具体做法是： ①将图3一56(a)上的H～Q曲线移植在图3一56(b)上； ②在图3—56 (a)上找出最高泵效点，并读取泵效； ③将最高泵效分别乘以0.8和1.2倍，即泵合理工作区 域的上下界限，并读取它们对应的排量Qb和Qk； ④通过Qb 和Qk 在H～Q曲线上找到对应的扬程，即Hb 和Hk；
• 定量分析的所需要的油井及机组数据一样，计 算步骤也基本相似，只不过将各个影响因素的 作用定量化了，下面举例说明。 「例1」某稠油油田的A5井采用天津电机厂生产 的电泵机组，其额定排量为 150m3／d，额定 扬 程 1000m ， 实 配 电 机 功 率 37.5kw ， 日 产 液 160.8m3 ，含水90％，生产气油比为22m3 ／m3 ， 实测泵吸口压力7.0lMPa，出口压力14.66 MPa， 油压3.8 MPa，泵挂垂深1187.3m，工作电压 1136V，电流58.0A，泡点压力为15.5MPa。经 计算机分析该井机组实际扬程为933m，泵内流 体排量为170.5 m3／d，处于合理工作区。
（5）流程检查 在开机启泵以前，应仔细检查生产流程，保证 各阀门开启，流程畅通。对于有安全阀的井， 特别是有井下安全阀的井，应确保安全阀开启 且动作灵活功能可靠。 （6）正挤憋压试验 开机前的最后一道程序是正挤憋压试验，以检 查井下管柱是否漏失，如果不漏失或不严重可 以开机生产，如果漏失严重应返工重新作业。 正挤憋压时，油压应该在3～5分钟内升高到地 面泵的泵压值。
• 冲击损失是指流体进入叶导轮时与叶片产生的冲 击而引起的能量损失，主要是由于流体的水力角 与与叶片的结构角度不一致造成的。 • 容积损失主要是泵旋转件与静止件的液体泄漏。 2）分析步骤及举例 • 定量分析就是把诸如生产流体粘度、气油比和机 械摩擦等各个因素对泵特性参数影响的定量化。 • 这些参数的产量计算其基本方法是应用了油气流 体性质计算方法、水力学计算方法，以及一些经 验公式等。 • 电潜泵工况分析的计算量较多，涉及的面广，人 工计算相当繁杂，且目前已经实现了计算机软件 化，只需输人必要的数据就可快速获得结果。下 面只介绍工况分析的基本步骤和某油田几口井的 分析结果。
⑦计算在泵内平均压力和平均温度条件下 的物性参数，如平均粘度、平均液体体积 系数和平均游离气油比； ⑧对泵内液体进行体积系数和粘度校正； ⑨计算气液（液体是指上一步校正后的） 总体积排量； ⑩计算电机的实耗功率； ⑾根据泵内流体的体积流量和实际扬程， 在已绘制出的泵况图和实耗功率在工况图 上确定工况点，从而判断工作是否合理。
（2）停机后再启动电流大 • 稠油电泵井在停机后再启动时电流大，机组往往 在这时被烧毁，冬季更为突出。因为油井在停产 后温度降低，油变得更稠，流动性很差，流动阻 力很大，泵提速很慢，长时间处在高转差下运行， 电流很高，发热厉害，即使能够启动投人运行， 寿命也较短。 • 为解决这一问题，某个稠油油田曾经使用过升压、 反向、反替柴油、反替海水做水。憋泵等措施， 但效果不十分明显，且替柴油费用也很高。后来 采用变频集中切换控制技术，用一台变频器对多 口井进行控制，使得每口井都实现了软启动，启 动非常顺利，没再出现启泵烧机现象，投资也不 大。也可以加深泵挂深度，充分利用油层温度， 以减轻泵浅粘度大的影响。
图 3-57 三维工况图
（2）定量分析 1）泵内能量损失 • 电潜泵是一种水力机械装置，流体在泵内流动 都存在不同程度的各种能量损失，主要是水力 损失、机械损失和容积损失。 • 水力损失包括摩擦损失和冲击损失，如图3—58 所示。摩擦损失是流体流过泵流道的沿程阻力 损失和局部损失，主要与流道的粗糙度、流道 结构和流体粘度有关。对于一定的泵和流体， 这一损失与流动速度的平方成正比，速度又与 排量Q成正比，因此，h摩擦∝Q。
「例2」某油田的 A2井采用大庆电泵公司生产的 电泵机组，排量为 100m3／d，额定扬程1500m， 电机功率 52.2kw，日产液104.4m3，含水63％， 生 产 气 油 比 为 48m3 ／ m3 ， 实 测 泵 吸 口 压 力 7.9lMPa，出口压力16.49 MPa，油压4.8 MPa， 泵 挂 垂 深 1272.7m ， 工 作 电 压 1155V ， 电 流 32.9A，泡点压力为16.5MPa。计算机分析结果 表明，该井机组实际扬程为858m，泵内流体排 量为 120.7 m3／d，处于不合理工作区，可能原 因是泵吸口压力远低于泡点压力，脱气严重， 套压高，动液面低，气体分离器效果差等综合 作用的结果。该井后采取放套管气降低套压措 施改善了其电泵工况。
∆U = 0.024 I e × D p
Βιβλιοθήκη Baidu式中 ∆U ——沿程电压损失，V； I e ——电机额定流，A；
D p ——泵挂深度，m。
（3）控制柜调试 控制柜调试应包括PCC调试、控制柜工作电源检 查（110±10V）、闸刀及其行程开关是否灵活可 靠、真空接触器及继电器是否动作等，可以通过 空载试车完成。 （4）PCC参数设定 • PCC参数设定应包括： PCC 过载值设定、欠载值设定、过载延时设定、欠载 自启动延时设定等。 • 过载设定值一般为电机额定电流的1.2倍，欠载 设定值一般为电机额定或运行电流的0.7～0.8倍 但不低于电机的空载电流，过载延时一般为3～ 5s，欠载自启动延时通常为8个小时，具体值可 根据油井供液能力（采液指数）设置，采液指数 越大欠载自启动延时相对越短，但不低于30分钟。
2.3 电潜泵井工况分析及故障处理
一、机组调试与投产 1．机组调试 通过施工作业，电潜泵机组下人到油井内并与接线 盒连接完毕后，具备了投产的基本条件。但是，在 投产前必须作好以下检查工作，这叫做机组调试。 (一)井下电气性能检查 井下电气性能检查主要有两个方面 一是三相对地绝缘电阻; 二是三相间直流电阻。 新机组的性能参数应符合表4—4—l要求。测试时 应注意两点：对于带PHD的机组不能用摇表测绝缘， 而应用万用表测量，对于PSI的机组要将PSI的地面 二次仪表拨于绝缘测试档；所用万用表的电压等级 不能高于电泵机组的额定电压。