电泵井效率计算测试方法

3.1 建立稀油井电泵系统效率计算方法

本项目电泵井系统为从变压器始，止于电泵井井口，主要包含变压器、控制柜、接线盒、电缆、电机、保护器、气液分离器、潜油泵及举升管柱。在下面的稀油潜油电泵系统效率计算与分析中均以该系统为准。 3.1.1 电泵井系统效率

潜油电泵井系统总效率为其有效功率与输入功率之比，即

100%

ESP P P η=

⨯有

入

（3-1-1） 潜油电泵井的输入功率为变压器的输入功率，用指针式三相电能表测量，可用下式：

3600c v

n K K P C t

⨯⨯⨯=

⨯入 (3-1-2)

式中：P 入——潜油电泵井输入功率，kW ；

n ——电度表所转圈数，r ； K c ——电流互感器变化； K v ——电压互感器变化； C ——电度表常数； t ——转n 圈所用时间，s 。

潜油电泵井的有效功率为将井内液体举升至地面所需要的功率，按下式进行计算：

86400

e L Q H g

P ρ⨯⨯⨯=

有 (3-1-3)

式中：P 有——潜油电泵井有效功率，kW ；

Q ——油井产液量，m 3/d ； g ——重力加速度，g =9.8m /s 2；

H e ——油井有效扬程，m 。可按下式计算：

()g

p p L H L t o f e ρ1000

⨯-+

= (3-1-4)

L f ——油井动液面深度，m ； p o ——油压，MPa ；

p t ——套压，MPa ；

L ρ——油井液体密度，kg /m 3。可按下式计算：

()w w o w L f f ρρρ+-=1 (3-1-5)

f w ——含水率，小数； ρo ——原油密度，k

g /m 3； ρw ——地层水的密度，kg /m 3。 3.1.2 电泵井系统效率分解

根据前述潜油电泵系统组成，潜油电泵系统可以接线盒为界分为地面系统和井下系统两部分。因此其系统效率也可分为地面系统效率和井下系统效率两部分：

=

P P P

P P P ηηη=⨯=⨯有接线盒有地井入入接线盒

(3-1-6) 式中：P 接线盒——接线盒输出功率，kW ；

η地——地面系统效率，%； η井——井下系统效率，%。

1）地面系统效率分解

潜油电泵地面系统由变压器、控制屏和接线盒组成。一般情况下，接线盒能耗损失极小，可忽略不计，则地面系统效率由变压器和控制屏效率组成：

1

2121

=

P P P P P P ηηη=

⨯=接线盒地入

入

(3-1-7)

式中：P 1——变压器输出功率，kW ；

P 2——控制屏输出功率，kW ； η1——变压器效率，%； η2——控制屏效率，%。

变压器输出功率P 1和控制屏输出功率P 2由指针式三相电能表测量获得。则变压器的效率η1和控制屏的效率η2可以算出。 2）井下系统效率分解

潜油电泵井下系统由电缆、电机、保护器、气液分离器、潜油泵及举升管柱组成。由于稀油在举升管柱内的摩阻压降极小，能耗损失也极小；保护器对电机主要起密封、平衡以及补偿作用，其能耗损失也较小；另外气液分离器的效率也

很难定量描述，为此，在本项目计算过程中将该三部分效率与电机效率合为电机及其它效率。则井下系统效率可分解为：

343452234

=

P P P P P P P P ηηηη=⨯⨯=有有

井

(3-1-8)

式中：P 3——电缆输出功率，kW ；

P 4——电机及其它输出功率，kW ； η3——电缆效率，%； η4——电机及其它效率，%； η5——潜油泵效率，%。 （1）电缆效率计算

根据井下系统效率分解公式，电缆效率为电缆的输出功率与输入功率之比。其输入功率为控制屏的输出功率，可由指针式三相电能表测量获得。其输出功率可通过下式间接获得：

32=P P P -∆电缆

(3-1-9)

电缆的电阻及电压受温度影响明显，可将电缆分为n 段，简化为n 个串联的电阻，对每一段取温度的平均值，根据电缆型号查表对电压降进行修正并计算每一段消耗的功率，电缆型号可以根据井底温度、电机功率、电压和电流进行选择。

∑∑==--⨯=⨯=N

N

i t I U R I P 11

33

210310

3i t ΔΔ电缆 (3-1-10)

式中：I ——电机工作时流过电缆的电流，A ；

R t ——第i 段电缆电阻，Ω；

U t ——第i 段电缆电压，取决于电缆型号、长度、温度，V 。

（2）潜油泵效率计算

根据井下系统效率分解公式，潜油泵效率为有效功率与输入轴功率之比。其有效功率由(3-1-3)可得出，输入轴功率可由泵的排量从离心泵特性曲线查出。 （3）电机及其它效率计算

电机及其它的输入功率为电缆的输出功率，由式（3-1-9）计算获得，其输出功率为潜油泵的输入轴功率。

3.1.3 测试参数

根据前述电泵井系统效率及分解，其测试参数见表3-1-1。

表3-1-1 稀油井电泵系统测试参数表

第4章 稠油井电泵系统效率计算与分析

4.1 建立稠油井电泵系统效率计算方法

稠油井电泵系统仍按稀油井电泵系统组成。 4.1.1 电泵井系统效率

稠油电泵井系统总效率仍为有效功率与输入功率之比，即

100%

ESP P P η=

⨯有

入

（4-1-1） 1）有效功率计算

由于举升管内液体粘度大，潜油泵的排出压力较液柱产生的势能大得多，其有效功率按泵排出压力获得的压能计算：

()ESPout ESPin L

P p p Q =-⨯有

（4-1-2）

式中：p ESPou t ——潜油电泵排出压力，从井口油压按多相流计算获得，MPa ；

p ESPin ——潜油电泵入口压力，从井底流压按多相流计算获得，MPa ； Q L ——油井产液量，m 3/d 。

2）输入功率

稠油电泵井的输入功率为两部分组成：一部分为变压器提供的电能；另一部分为注入的稀油，稀油从井口套管阀注入经环空、油管鞋与稠油混合、进入举升管柱经电泵再返回至地面，根据U 型管原理，注入的稀油整个过程只受摩擦力影响，其输入能耗为计量站上和潜油电泵井口的压能差。即：

()

稀油站电入入Q p p P P o -+=

（4-1-3）

式中：P 电入——变压器的输入功率，用指针式三相电能表测量，kW ；

p 站——稀油计量站的压力，MPa ； p o ——潜油电泵井井口油压，MPa ； Q 稀油——掺入的稀油量，m 3/d 。

4.1.2 电泵井系统效率分解

根据稠油井电泵电流和稀油的流线可分为电路子系统和注稀油子系统的效率。沿电流的电路子系统分解效率与稀油井电泵井系统分解相同，注稀油子系统