1、 电潜泵采油技术简介电潜泵采油技术简介1精制知识目目 录录一、电潜泵采油概一、电潜泵采油概述述二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统三、油井产能分析三、油井产能分析五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算2精制知识有杆泵有杆泵无杆泵无杆泵一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述3精制知识 无杆泵采油也是一种机械采油方法，它与有杆泵采油的主要区别在无杆泵采油也是一种机械采油方法，它与有杆泵采油的主要区别在于于动力传递方式不同动力传递方式不同。有杆泵采油是利用有杆泵采油是利用从地面下入井内的从地面下入井内的抽油杆抽油杆作为传递地面动力的手作
2、为传递地面动力的手段，带动井下抽油泵，将原油抽至地面。段，带动井下抽油泵，将原油抽至地面。电潜泵全称电动潜油离心泵，简称电泵，是将电动机和泵一起下电潜泵全称电动潜油离心泵，简称电泵，是将电动机和泵一起下入油井内液面以下进行抽油的井下举升设备。入油井内液面以下进行抽油的井下举升设备。电潜泵是井下工作的多级电潜泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液
3、举升到地面。换为机械能，把油井中的井液举升到地面。近些年来，国内外电潜泵举近些年来，国内外电潜泵举升技术发展很快，在油田生产中，特别是在高含水期，大部分原油是靠升技术发展很快，在油田生产中，特别是在高含水期，大部分原油是靠电潜泵生产出来的。电潜泵在非自喷高产井或高含水井的举升技术中将电潜泵生产出来的。电潜泵在非自喷高产井或高含水井的举升技术中将起重要的作用。起重要的作用。一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述4精制知识电潜泵较其它采油设备发展更快的主要原因在于：电潜泵较其它采油设备发展更快的主要原因在于：(1)电潜泵排量大电潜泵排量大，可提高单井产液量，从而能够，可提高单井产液量，从而能够保持油
4、井的高产稳产保持油井的高产稳产；(2)采用采用电潜泵采油增大了生产压差电潜泵采油增大了生产压差，可，可改善油层的出油情况改善油层的出油情况，特别是对，特别是对多油层的非均质油田多油层的非均质油田效果更佳；效果更佳；(3)电泵转抽后，电泵转抽后，降低了油层压力，从而降低注水压力降低了油层压力，从而降低注水压力，减缓套管的损坏减缓套管的损坏速度速度，并可，并可降低相邻水井中低渗透层的启动压力，增大吸水量降低相邻水井中低渗透层的启动压力，增大吸水量；一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述(4)地面占用面积小，能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；电潜泵举升方式的主要缺点电潜泵举升方式的主要缺点：(
5、1)(1)下入深度受电机功率、油套管直径、井筒下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温高温等的限制；等的限制；(2)(2)比较昂贵，初期投资高；比较昂贵，初期投资高；(3)(3)作业费用高和停产时间过长；作业费用高和停产时间过长；(4)(4)电机、电缆易出现故障；电机、电缆易出现故障；5精制知识目目 录录一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统三、油井产能分析三、油井产能分析五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算6精制知识1 1、潜油电泵机组组成、潜油电泵机组组成 井下部分井下部分潜油电机、保护器
6、、分离器潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵、和多级离心泵、潜油电缆潜油电缆 地面设备地面设备辅助设备辅助设备 扶正器、测温测压装置、单流阀、扶正器、测温测压装置、单流阀、泄油阀、井口穿越器、接线盒泄油阀、井口穿越器、接线盒潜油电泵供电流程 地面电源潜油电机控制屏变压器潜油电缆潜油电泵抽油工作流程 分离器单流阀多级离心泵井口泄油阀地面出油干线变压器电控柜接线盒井口动力电缆井下安全阀电缆封隔器电缆穿透器生产油管潜油离心泵油气分离器保护器潜油电机控制管线放气阀卸油阀单流阀油层油层套管ABC引接电缆地面电缆二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统定频驱动：降压变压器、控制柜定频驱动：降压变压器、控制柜变
7、频驱动：降压变压器、变频器、升压变压器变频驱动：降压变压器、变频器、升压变压器 7精制知识 潜油电机是潜油电泵的动力机，它驱动潜油泵抽汲地下的原油潜油电机是潜油电泵的动力机，它驱动潜油泵抽汲地下的原油 潜油电机主要是由潜油电机主要是由细长的固定部分和旋转部分组成细长的固定部分和旋转部分组成的，整个外的，整个外形像一个细长的钢管。形像一个细长的钢管。结构组成结构组成:定子系统、转子系统、止推轴承、油循环系统、上下接头定子系统、转子系统、止推轴承、油循环系统、上下接头二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统潜油电机潜油电机 结构特点结构特点:外形与多级离心泵相似呈细长形；外形与多级离心泵相似呈细长形；
8、定子和转子亦分数节，每节定子都固定在电机壳上，转子靠键和定位卡簧固定在轴上；定子和转子亦分数节，每节定子都固定在电机壳上，转子靠键和定位卡簧固定在轴上；电机为悬挂式，上部有止推轴承，承受转子重力和其它轴向力；电机为悬挂式，上部有止推轴承，承受转子重力和其它轴向力；电机内充满专用润滑油，起润滑、冷却、增强电机绝缘性能和平衡电机内外压力的作用；电机内充满专用润滑油，起润滑、冷却、增强电机绝缘性能和平衡电机内外压力的作用；8精制知识潜油电机的性能参数包括功率、电流、电压、转速、频率潜油电机的性能参数包括功率、电流、电压、转速、频率等，一般都在潜油电机的铭牌上给出。等，一般都在潜油电机的铭牌上给出。潜
9、潜油油电电机机的的型型号号及及参参数数二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统9精制知识 保护器是潜油电泵的重要组成部分之一保护器是潜油电泵的重要组成部分之一。保护器的作用：保护器的作用：1)密封电机的动力端，密封电机的动力端，防止井液进入电机内部防止井液进入电机内部造成绕组短路造成绕组短路，并，并保保 持电机内的压力和井内的压力系统相连通；持电机内的压力和井内的压力系统相连通；2)在运行过程中，对在运行过程中，对电机内润滑油的膨胀和收缩有容纳和补偿电机内润滑油的膨胀和收缩有容纳和补偿作用作用;3)承受来自多级离心泵的轴向力；承受来自多级离心泵的轴向力；4)连接电机和泵（分离器），为泵传递动力。连
10、接电机和泵（分离器），为泵传递动力。目前，国内外在潜油电泵机组中所使用的保护器种类很多，但从目前，国内外在潜油电泵机组中所使用的保护器种类很多，但从其原理来看，使用比较普遍的有两种，其原理来看，使用比较普遍的有两种，即沉淀式和胶囊式保护器。即沉淀式和胶囊式保护器。保保护护器器二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统10精制知识保保护护器器的的型型号号二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统11精制知识 油气分离器是潜油电泵机组的一种备选部件。如果油井含有游离油气分离器是潜油电泵机组的一种备选部件。如果油井含有游离气体，则需要选用油气分离器，以消除气体对潜油泵工作特性的影响。气体，则需要选用油气分离器，
11、以消除气体对潜油泵工作特性的影响。否则，就要选用吸入口，吸入口可单独使用，也可和潜油泵加工制做否则，就要选用吸入口，吸入口可单独使用，也可和潜油泵加工制做在一起。在一起。油油气气分分离离器器作作用用作为井液进入潜油泵的吸入口；作为井液进入潜油泵的吸入口；当混气液体进入离心泵之前，先通过分离器进行气、液两相分当混气液体进入离心泵之前，先通过分离器进行气、液两相分离。被分离出的气体进入油、套管环形空间，液体则进入潜油离。被分离出的气体进入油、套管环形空间，液体则进入潜油泵内，这样就泵内，这样就可以避免气体对泵产生气蚀，减少气体对潜油泵可以避免气体对泵产生气蚀，减少气体对潜油泵工作性能的影响，工作性
12、能的影响，从而从而提高泵效及延长泵的使用寿命提高泵效及延长泵的使用寿命，使潜油，使潜油电泵机组能够正常运转。电泵机组能够正常运转。二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统12精制知识 按其结构及气体从混合液分离的方式不同，把分离器按其结构及气体从混合液分离的方式不同，把分离器分为三种类型分为三种类型:沉降式沉降式(重力式重力式)气液分离器、旋转式（离心气液分离器、旋转式（离心式）气液分离器和涡流式气液分离器。式）气液分离器和涡流式气液分离器。分分离离器器种种类类沉降式分离器离心式旋转分离器涡轮式旋转分离器二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统13精制知识旋转式分离器结构旋转式分离器结构旋转式分离器主
13、要是由诱导轮、叶轮、导轮、分离腔、分流壳、旋转式分离器主要是由诱导轮、叶轮、导轮、分离腔、分流壳、轴及上、下接头等部件所组成，其结构如图所示。轴及上、下接头等部件所组成，其结构如图所示。二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统 首先诱导叶轮将油气引入低压吸入叶轮区，然后，低压吸入叶轮首先诱导叶轮将油气引入低压吸入叶轮区，然后，低压吸入叶轮使油气混合液获得稳定的压头。叶轮的高速旋转使混合液的流向经过导向轮使油气混合液获得稳定的压头。叶轮的高速旋转使混合液的流向经过导向轮后，由径向流变为轴向流进入分离腔。混合液在高速旋转分离腔内做匀速圆后，由径向流变为轴向流进入分离腔。混合液在高速旋转分离腔内做匀速圆
14、周运动。由于离心力原理，比重大的液体甩向外围，比重轻的气体则聚集于周运动。由于离心力原理，比重大的液体甩向外围，比重轻的气体则聚集于轴心附近。被甩向外围的液体，经分流壳进入泵的第一级；气体则经过分流轴心附近。被甩向外围的液体，经分流壳进入泵的第一级；气体则经过分流壳的分叉流道、再经过上接头放气孔进入油套环空。壳的分叉流道、再经过上接头放气孔进入油套环空。旋转式分离器旋转式分离器工作原理工作原理14精制知识潜油电泵的主要结构潜油电泵的主要结构 潜油泵是由多个单级离心泵串联而成。每一级由一个转动的叶轮和一个固定的导轮（壳）组成；叶轮内的油液随着叶轮的旋转而旋转，以实现压能的转换。导轮的主要作用是在
15、转换液体压能的同时，把部分高速动能变成低速能量；泵的叶轮分“浮式”叶轮和“固定”式两种。浮式叶轮多用于中小排量泵；固定式叶轮一般用于大排量泵；二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统15精制知识潜油电泵的工作原理潜油电泵的工作原理 潜油电泵是在井下工作的多级离心泵，它的工作原理与地面离心泵潜油电泵是在井下工作的多级离心泵，它的工作原理与地面离心泵相同。相同。当充满在叶轮流道内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶当充满在叶轮流道内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的作用，使压力和速度同时增片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的作用，使压力和速度同时增加，并经
16、导轮的流道被引向次一级叶轮。这样，逐级流过所有的叶轮和加，并经导轮的流道被引向次一级叶轮。这样，逐级流过所有的叶轮和导轮，进一步使液体的压能增加，逐级叠加后就获得一定的扬程，从而导轮，进一步使液体的压能增加，逐级叠加后就获得一定的扬程，从而将井液举升到地面。将井液举升到地面。二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统16精制知识潜油电泵的结构特点潜油电泵的结构特点 潜油离心泵和普通的地面离心泵相比，在结构上有如下特点：潜油离心泵和普通的地面离心泵相比，在结构上有如下特点：1.直径小、级数多、长度大直径小、级数多、长度大目前潜油泵的叶轮级数一般为目前潜油泵的叶轮级数一般为150450级，这种特殊性质决
17、定了潜油泵级，这种特殊性质决定了潜油泵泵的外形尺寸又细又长。一般由几百级叶轮组成的一台泵，其总长度一泵的外形尺寸又细又长。一般由几百级叶轮组成的一台泵，其总长度一般为：般为：435m，导致泵轴和泵壳体在制造、加工上都有很大的困难，也，导致泵轴和泵壳体在制造、加工上都有很大的困难，也不便于不便于 组装、运输及施工。所以潜油泵一般采用分节装配，每节长组装、运输及施工。所以潜油泵一般采用分节装配，每节长17m，每台泵由，每台泵由15节组成。节组成。二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统 2.轴向卸载、径向扶正轴向卸载、径向扶正 为了消除轴向力，采用了轴向卸载机构。各级叶轮上均装有止推为了消除轴向力，采
18、用了轴向卸载机构。各级叶轮上均装有止推 垫片，承受泵的轴向力。当泵工作时，叶轮止推垫片压在导轮上，这垫片，承受泵的轴向力。当泵工作时，叶轮止推垫片压在导轮上，这 样轴向力就可通过导轮逐级传递到泵壳上去，而导轮止口与叶轮裙部样轴向力就可通过导轮逐级传递到泵壳上去，而导轮止口与叶轮裙部 相摩擦，则起到多级扶正的作用，保证了轴不弯曲运行。相摩擦，则起到多级扶正的作用，保证了轴不弯曲运行。3.泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器 潜油电泵在工作时，输送的是多相流体介质，即液相潜油电泵在工作时，输送的是多相流体介质，即液相(油和水油和水)、气相气相(自由气体自
19、由气体)和固相和固相(砂、蜡、盐和其他机械杂质，各相对泵的工作砂、蜡、盐和其他机械杂质，各相对泵的工作特性都有独特的影响，尤其是气体和砂的影响最为严重。所以，在使特性都有独特的影响，尤其是气体和砂的影响最为严重。所以，在使用潜油电泵时，必须根据油井实际情况，在泵吸入口安装气体处理装用潜油电泵时，必须根据油井实际情况，在泵吸入口安装气体处理装置和防砂装置，以减少气体和砂子进入潜油泵。置和防砂装置，以减少气体和砂子进入潜油泵。4.泵出口处上部装有单流阀和泄油阀泵出口处上部装有单流阀和泄油阀 17精制知识潜油电泵的型号：潜油电泵的型号：二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统18精制知识 潜油泵的性能参
20、数：潜油泵的性能参数：包括排量、压头（扬程）、轴功率、效率、转速等，一般都在潜油泵的铭牌上给出。排量：排量：潜油泵的排量有体积排量和质量排量之分。体积排量是潜油泵在单位时间内所抽送流体的体积，既是从潜油泵压出口截面所排出的液体体积。质量排量则是潜油泵在单位时间内所抽送的液体质量。通常所说的排量都是体积排量，只有在计算潜油泵的输出功率时才用质量排量。离心泵的排量取决于：转速、叶轮尺寸、出口压力和液体性质，与泵的级数无关；扬程：扬程：是指单位重力的液体流过潜油泵后其能量的增值，单位重力的液体流过潜油泵后其能量的增值，即是潜油潜油泵压出口处单位重力液体的机械能减去吸入口处单位重力液体的机械泵压出口处
21、单位重力液体的机械能减去吸入口处单位重力液体的机械能。能。取决于：叶轮的圆周速度（Hu2/g）和泵的级数，与所泵送的液体的比重无关;二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统19精制知识潜油泵的性能参数：潜油泵的性能参数：转速：转速：单位时间内潜油泵内叶轮的回转数，用n表示，单位：r/min。功率：功率：指潜油泵的输入功率，即潜油电机传递给潜油泵轴的功率，用P表示,单位为：kW。潜油泵的输出功率是指液体流过潜油泵时由潜油泵传给液体的有效功率，也就是质量排量与单位质量液体流过潜油泵时能量的增值g*H的乘积，输出功率用Pu表示，单位:Kw。效率：效率：潜油泵的输入功率与输出功率是不相等的，在潜油泵内有功
22、率损失，功率损失的大小以效率来衡量。潜油泵的效率是输出功率与输入功率之比。二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统20精制知识 潜油电泵的工作特性曲线潜油电泵的工作特性曲线二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统 潜油电泵的工作特性曲线是指潜油电泵的工作特性曲线是指泵的泵的扬程、功率和效率扬程、功率和效率同同排量排量之之间的关系曲线，它是选泵设计的间的关系曲线，它是选泵设计的重要依据重要依据。一般的特性曲线是在固定的转速一般的特性曲线是在固定的转速(电机频率电机频率60Hz，转速为，转速为3500rpm)下，在相对密度为下，在相对密度为1、粘度为、粘度为1mPa.s的清水中测试的泵的的清水中测试的泵的
23、工作特性。工作特性。21精制知识潜油电泵的工作特性曲线潜油电泵的工作特性曲线二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统22精制知识221122211322P2P111NqqNNHHNNPPN 影响泵特性曲线的因素影响泵特性曲线的因素转速转速二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统23精制知识影响泵特性曲线的因素影响泵特性曲线的因素粘度粘度二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统 液体粘度大使得泵的液体粘度大使得泵的举升功率举升功率增加；增加；同时泵的扬程、排量和效率也有所下降。同时泵的扬程、排量和效率也有所下降。影响泵特性曲线的因素影响泵特性曲线的因素温度温度 流体温度对电机和电缆的流体温度对电机和电缆的绝
24、缘程度绝缘程度有较大的影响；有较大的影响；流体温度高需要选择流体温度高需要选择耐温等级高耐温等级高的电机和电缆，增加的电机和电缆，增加采油成本。当采油成本。当温度温度比电机的额定温度每高出比电机的额定温度每高出1010，电机电机的的使用寿命就将缩短一半；当温度比使用寿命就将缩短一半；当温度比电缆的极限使用温度电缆的极限使用温度每每高出高出8.48.4时，电缆的寿命也将降低一半时，电缆的寿命也将降低一半。24精制知识影响泵特性曲线的因素影响泵特性曲线的因素气体气体二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统25精制知识二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统影响泵特性曲线的因素影响泵特性曲线的因素气蚀气蚀2
25、6精制知识影响泵特性曲线的因素影响泵特性曲线的因素砂、蜡等砂、蜡等 要求含砂小于要求含砂小于0.05%0.05%，含砂后，泵叶轮磨损，排量下降。，含砂后，泵叶轮磨损，排量下降。蜡沉积堵塞叶导轮流道，蜡沉积堵塞叶导轮流道，井液阻力增加。井液阻力增加。电机负荷增加，严重时过载停机。电机负荷增加，严重时过载停机。泵排量下降。泵排量下降。二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统27精制知识二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统 潜油电缆作为潜油电泵机组输送电能的通道部分，长期工作在高温、潜油电缆作为潜油电泵机组输送电能的通道部分，长期工作在高温、高压和具有腐蚀性流体的环境中。高压和具有腐蚀性流体的环境中。潜
26、油电缆包括动力电缆和潜油电机引接潜油电缆包括动力电缆和潜油电机引接电缆。动力电缆分为圆电缆和扁电缆，电机引接电缆只有扁电缆一种。电缆。动力电缆分为圆电缆和扁电缆，电机引接电缆只有扁电缆一种。潜油电缆潜油电缆潜油电机引接电缆的外形结构和各部分的潜油电机引接电缆的外形结构和各部分的作用都与动力电缆是很相似，但由于工作作用都与动力电缆是很相似，但由于工作的环境空间小于动力电缆工作的环境空间，的环境空间小于动力电缆工作的环境空间，其外形尺寸要比动力电缆小一些。同时，其外形尺寸要比动力电缆小一些。同时，由于其外形尺寸较小，工作环境温度较高，由于其外形尺寸较小，工作环境温度较高，所以，其绝缘强度要求比动力
27、电缆更高。所以，其绝缘强度要求比动力电缆更高。为了提高强度，有些引接电缆在结构上采为了提高强度，有些引接电缆在结构上采用铅护套。用铅护套。电缆作用：向井下电机供电电缆作用：向井下电机供电28精制知识二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统潜油电缆和普通动力电缆相比具有以下特点潜油电缆和普通动力电缆相比具有以下特点:1)要求耐高温、油、气和水，有适应井下工作状况的特性。要求耐高温、油、气和水，有适应井下工作状况的特性。2)外形结构尺寸要符合环形空间的要求。外形结构尺寸要符合环形空间的要求。3)为满足油井对机组尺寸的要求，潜油电缆一般采用圆形或扁形为满足油井对机组尺寸的要求，潜油电缆一般采用圆形或扁形
28、(小小扁扁)，扁形和扁形，扁形和扁形(小扁小扁)连接在一起的复合结构。连接在一起的复合结构。4）要适应井下工作温度）要适应井下工作温度50150,并要求在并要求在-30环境下，进行起下环境下，进行起下泵作业时，潜油电缆护套层不破裂。泵作业时，潜油电缆护套层不破裂。电缆头电缆头是电机引接电缆与潜油电机相连接的一种特殊密封接头，是电机引接电缆与潜油电机相连接的一种特殊密封接头，是潜油电缆的重要组成部分。是潜油电缆的重要组成部分。它主要由上下壳体它主要由上下壳体(铜或钢铜或钢)、上、下、上、下绝缘压垫、与电机插座相插配的三相插头、纵向密封胶垫及尾部绝缘压垫、与电机插座相插配的三相插头、纵向密封胶垫及
29、尾部浇注密封端等组成。浇注密封端等组成。潜油电缆潜油电缆29精制知识二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统变压器变压器 变压器是一种静止电气设备，利用电磁感应作用把一种电压的交变压器是一种静止电气设备，利用电磁感应作用把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能。在潜油电泵油井中的流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能。在潜油电泵油井中的作用是为潜油电机提供工作电压作用是为潜油电机提供工作电压(数百伏至数千伏的电源数百伏至数千伏的电源)。控制柜控制柜 潜油电泵的启动和停机以及运行中的一系列控制，需要专门的控潜油电泵的启动和停机以及运行中的一系列控制，需要专门的控制设备来完成，潜油电泵
30、控制柜分为手动、自动两种控制方式。控制制设备来完成，潜油电泵控制柜分为手动、自动两种控制方式。控制柜具有短路保护、单相保护、三相过载保护和欠载停机、延时自启动柜具有短路保护、单相保护、三相过载保护和欠载停机、延时自启动等功能，并且通过仪表随时测量电机运行电压、电流参数并自动记录等功能，并且通过仪表随时测量电机运行电压、电流参数并自动记录电机运行电流，从而使电泵管理人员及时掌握和判断潜油电机的运行电机运行电流，从而使电泵管理人员及时掌握和判断潜油电机的运行状况。状况。30精制知识二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统潜油电泵的附属设备潜油电泵的附属设备 在潜油电泵使用过程中，除了所必须具有的三部分
31、七大部件之外，在潜油电泵使用过程中，除了所必须具有的三部分七大部件之外，还要使用一些如测温测压装置、单流阀、泄油阀及接线盒等附属配套还要使用一些如测温测压装置、单流阀、泄油阀及接线盒等附属配套设备，这样才能保证潜油电泵的正常使用。设备，这样才能保证潜油电泵的正常使用。测温测压装置：测温测压装置：测量井下压力和温度测量井下压力和温度接线盒：接线盒：作用主要有两个作用主要有两个:1)连接控制柜至井口电缆，便于在接线盒处检查井下机组的对连接控制柜至井口电缆，便于在接线盒处检查井下机组的对地绝缘电阻和三相直流电阻。地绝缘电阻和三相直流电阻。2)使用接线盒后，可排除由潜油电缆芯线内上升至井口的天然使用接
32、线盒后，可排除由潜油电缆芯线内上升至井口的天然气，起到放空的作用，以防止天然气直接进入控制柜后，使控制柜出气，起到放空的作用，以防止天然气直接进入控制柜后，使控制柜出现电火花而引起爆炸。现电火花而引起爆炸。所以，在潜油电泵系统中必须使用接线盒。所以，在潜油电泵系统中必须使用接线盒。31精制知识二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统潜油电泵的附属设备潜油电泵的附属设备单流阀：单流阀：单流阀的作用：单流阀的作用：1）防止停泵时油管内的赃物下沉而卡泵；防止停泵时油管内的赃物下沉而卡泵；2）防止泵反转（反转时产生的电流可能烧坏电机和电缆、损坏传防止泵反转（反转时产生的电流可能烧坏电机和电缆、损坏传动轴）
33、；动轴）；3）若管柱上没有单流阀，当电机还在反转时，若有人重新启动电若管柱上没有单流阀，当电机还在反转时，若有人重新启动电 机，这时机组很可能会损坏；机，这时机组很可能会损坏；泄油阀：泄油阀：以防止起泵时油管柱中的井液在卸油管时流到地面上以防止起泵时油管柱中的井液在卸油管时流到地面上。使机组处于井筒中间，以便电机很好冷却，防止电缆与套管内壁摩使机组处于井筒中间，以便电机很好冷却，防止电缆与套管内壁摩擦损坏擦损坏 32精制知识变压器电控柜接线盒井口动力电缆井下安全阀电缆封隔器电缆穿透器生产油管潜油离心泵油气分离器保护器潜油电机控制管线放气阀卸油阀单流阀油层油层套管ABC引接电缆地面电缆以电能为动
34、力源，电网电压首先以电能为动力源，电网电压首先经过经过变压器改变电压后输入到控制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柜，通过潜油电缆将电能传给潜油电机，电机，潜油电机将电能转换为机械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，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。再通过地面管线传输至地面集输系统。2、潜
35、油电泵机组的工作原理、潜油电泵机组的工作原理二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统33精制知识3 3、潜油电泵机组的特点、潜油电泵机组的特点 1)排量范围大排量范围大 2)扬程高扬程高 3)可以根据产液变化要求进行变频调速可以根据产液变化要求进行变频调速 4)地面设备占用面积和空间小，适用于海上平台地面设备占用面积和空间小，适用于海上平台 5)使用寿命长使用寿命长 6)便于管理便于管理 7)可适用于斜井与水平井可适用于斜井与水平井二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统34精制知识目目 录录一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统三、油井产能分析三、油井产能分析五、电
36、潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算35精制知识三、油井产能分析三、油井产能分析油井产能计算方法：油井产能计算方法：（1）PI法即生产指数法（流压高于饱和压力）法即生产指数法（流压高于饱和压力）（2）IPR法法(流压低于饱和压力流压低于饱和压力)36精制知识（1 1）PIPI法（即产液指数法；适用于流压高于饱和压力）法（即产液指数法；适用于流压高于饱和压力）当流压高于饱和压力时，液流近似单相流，其特性曲线是一 条斜率为“J”的直线。式中：q-油井日产量，m3/d（已知）；Pws-油层静压，MPa（已知）；pwf-在产量为q时的流压，
37、MPa（已知）；J-产液指数，m3/d/MPa 根据已知的油井生产测试数据(q、Pws、Pwf），即可计算出 斜率“J”。毫无疑问，当流压Pwf0时，产液量q为最大值.qPwsPwfJ三、油井产能分析三、油井产能分析37精制知识（1）PI法（即产液指数法；适用于流压高于饱和压力）法（即产液指数法；适用于流压高于饱和压力）计算出qmax后，用斜率“J”即可画出一条直线。在“PI”曲线以内每一个流压值（Pwf）都对应于一个相应的产量值（q）。根据“PI”曲线，有关工程师可以选择合适的生产制度、选择合适排量的电潜泵机组。三、油井产能分析三、油井产能分析38精制知识 （2）IPRIPR法（即沃格法；适
38、用于流压低于饱和压力）法（即沃格法；适用于流压低于饱和压力）基本方程基本方程：qqmax10.2PwfPws0.8PwfPws2式中:q-测试时的日产量，m3/d；（已知）Pws-油层静压，MPa；（已知）Pwf-在q产量下时的井底流压，MPa；（已知）qmax-油井最大日产量，m3/d；（未知）三、油井产能分析三、油井产能分析39精制知识目目 录录一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统三、油井产能分析三、油井产能分析五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算40精制知识四、井筒流体压力、温度计算四
39、、井筒流体压力、温度计算 由于电潜泵的存在，井筒内的压力、温度不再呈连续分布，由于电潜泵的存在，井筒内的压力、温度不再呈连续分布，而是在电潜泵位置处存在跳跃。而是在电潜泵位置处存在跳跃。为电潜泵所提供的提升液体所需为电潜泵所提供的提升液体所需的压力，的压力，为井下电泵机组的由于电机和电缆发热引起的温升，为井下电泵机组的由于电机和电缆发热引起的温升，所以电潜泵不但是提供生产所需动力的动力源，而且还是一个固定所以电潜泵不但是提供生产所需动力的动力源，而且还是一个固定热源。其中，泵挂深度以上为油管流动，泵挂深度以下为套管流动，热源。其中，泵挂深度以上为油管流动，泵挂深度以下为套管流动，二者的差异在于
40、流通截面不同，同时压力、温度也不同。二者的差异在于流通截面不同，同时压力、温度也不同。pT 因此，建立井筒内不因此，建立井筒内不同井段的压力和温度分布同井段的压力和温度分布模型，是电潜泵的优化设模型，是电潜泵的优化设计的基础。计的基础。41精制知识（一）压降预测模型（一）压降预测模型四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算 多相管流压力计算公式很多，如多相管流压力计算公式很多，如Hagedorn-Brown法、法、Beggs-Brill法、法、Orkiszewski法、法、Aziz法、法、Duns-Ros法和法和Cornish法、法、Hasan-Kabir法等，这些方法各具有一定的
41、适用条件，法等，这些方法各具有一定的适用条件，如如Hagedorn-Brown法适用于低气液比的高产排液井，法适用于低气液比的高产排液井，Orkiszewski法适用于高气油比的中低产井，法适用于高气油比的中低产井，Beggs-Brill法可用法可用于计算垂直、水平及任何倾斜角度的多相流。于计算垂直、水平及任何倾斜角度的多相流。42精制知识（一）压降预测模型（一）压降预测模型四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算Beggs-Brill方法可用于计算垂直、水平及任何倾斜角度的多相流。方法可用于计算垂直、水平及任何倾斜角度的多相流。压降梯度方程为压降梯度方程为:pvvdvfghpsg
42、mmmnmm/1)2/(sin243精制知识陆地井筒温度场分析陆地井筒温度场分析（二）电潜泵井筒温度场（二）电潜泵井筒温度场四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算油层至电机底部深度段油层至电机底部深度段(AB段段)电机底部至泵吸入口深度段电机底部至泵吸入口深度段(BC段段)电潜泵吸入口至排出口段电潜泵吸入口至排出口段(CD段段)泵排出口至动液面深度段泵排出口至动液面深度段(DE段段)动液面至井口段动液面至井口段(EF段段)电潜泵井的井筒温度分布与自喷井类似，但井下电泵机组与潜油电缆的发热使得井筒内的流体获得额外的热量44精制知识海上井筒温度场分析海上井筒温度场分析（二）电潜泵井筒
43、温度场（二）电潜泵井筒温度场四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算 与陆地电潜泵井相比，海上电潜泵井要经与陆地电潜泵井相比，海上电潜泵井要经过海水段和海平面以上的空气段，其井身结过海水段和海平面以上的空气段，其井身结构特点与陆地电潜泵井不同，导致井筒总传构特点与陆地电潜泵井不同，导致井筒总传热系数不同热系数不同 在海底之上至平台井口可分为两部分，一部在海底之上至平台井口可分为两部分，一部分是海底至海面深度段，一部分是海面至平台分是海底至海面深度段，一部分是海面至平台井口位置，在这两段，套管外还有隔水管，隔井口位置，在这两段，套管外还有隔水管，隔水管与套管的环形空间为水泥层。隔水管
44、的外水管与套管的环形空间为水泥层。隔水管的外壁直接与海水和空气接触。壁直接与海水和空气接触。45精制知识目目 录录一、电潜泵采油概述一、电潜泵采油概述二、电潜泵采油系统二、电潜泵采油系统三、油井产能分析三、油井产能分析五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计四、井筒流体压力、温度计算四、井筒流体压力、温度计算46精制知识 从系统工程学的角度来看，油井应用潜油电泵抽油的过程可以作从系统工程学的角度来看，油井应用潜油电泵抽油的过程可以作为一个系统来考虑，在这个系统中，油井和潜油电泵机组分别是该系为一个系统来考虑，在这个系统中，油井和潜油电泵机组分别是该系统的两个子系统。统的两个子系统。
45、所以，在潜油电泵的应用中，油井和潜油电泵机组所以，在潜油电泵的应用中，油井和潜油电泵机组这两个子系统的协调，即这两个子系统的协调，即油井的生产能力与潜油电泵的排量及扬程是油井的生产能力与潜油电泵的排量及扬程是否匹配否匹配，将直接影响潜油电泵的应用效果。将直接影响潜油电泵的应用效果。潜油电泵机组的选择与其他机械采油方法一样，潜油电泵机组的选择与其他机械采油方法一样，没有一成不变的没有一成不变的科学公式可循，科学公式可循，其计算过程也并不复杂。但是，其计算过程也并不复杂。但是，必须系统地考虑所有必须系统地考虑所有的因素，的因素，最重要的是必须能够满足油井产能的要求，最大限度地发挥最重要的是必须能够
46、满足油井产能的要求，最大限度地发挥油井的潜能。油井的潜能。由于泵和电机的特性受到油井中所举升的混合流体性质由于泵和电机的特性受到油井中所举升的混合流体性质的影响。所以，在进行选泵设计时，必须考虑到所举升流体的密度、的影响。所以，在进行选泵设计时，必须考虑到所举升流体的密度、粘度、含气量、含水量及井底温度等诸因素。粘度、含气量、含水量及井底温度等诸因素。五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计47精制知识 计算机优化设计中，流入动态关系计算机优化设计中，流入动态关系(IPR)曲线曲线采用了油、气、水三采用了油、气、水三相流动时的广义相流动时的广义IPR曲线方法，垂直管流的压降计算采用
47、合适的方法曲线方法，垂直管流的压降计算采用合适的方法，把获得规定泵口压力下的最高产量和最低能耗为设计目标，并获得电把获得规定泵口压力下的最高产量和最低能耗为设计目标，并获得电泵机组工作参数泵机组工作参数(泵型、泵深、级数等泵型、泵深、级数等)和工况指标和工况指标(油压、功率、效率、油压、功率、效率、吨油耗电量等吨油耗电量等)等参数。等参数。五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计48精制知识 在满足由油井供液能力所确定的产量的前提下确定下泵深度、选在满足由油井供液能力所确定的产量的前提下确定下泵深度、选择泵型和计算工作参数，使产液最高和能耗最小，并满足以下条件：择泵型和计算工作参数
48、，使产液最高和能耗最小，并满足以下条件：(1)泵的实际排量应满足要求的油井设计产量，在所选泵的推荐范围内泵的实际排量应满足要求的油井设计产量，在所选泵的推荐范围内工作；工作；(2)下泵深度不大于油层中部深度下泵深度不大于油层中部深度H，即，即HPH；(3)泵的最大外径小于套管内径，泵的最大外径小于套管内径，DP=DC（表示泵与套管的允许表示泵与套管的允许间隙值）；间隙值）；(4)进泵气液比进泵气液比RPI10。（一）设计任务（一）设计任务五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计49精制知识 通常，由于通常，由于地面出油管线的压力降变化范围不大地面出油管线的压力降变化范围不大，可将，
49、可将井口压力井口压力作为作为常数常数。这样，设计的油井生产系统范围只。这样，设计的油井生产系统范围只从井口到油层，在油层、从井口到油层，在油层、井底、泵的入口处分别设置四个节点，井底、泵的入口处分别设置四个节点，并把并把泵看作功能节点，以泵两泵看作功能节点，以泵两端的压差作为求解节点端的压差作为求解节点。求解时分别以井口压力和油藏压力为起点计。求解时分别以井口压力和油藏压力为起点计算泵的排出压力和入口压力，算泵的排出压力和入口压力，根据产量按选定泵型后，根据该泵的特根据产量按选定泵型后，根据该泵的特性曲线和设计排量求出单级泵的平均扬程、功率和效率。性曲线和设计排量求出单级泵的平均扬程、功率和效
50、率。利用泵两端利用泵两端的压差和泵的单级扬程可计算出泵的级数、泵排量、泵效率和功率等。的压差和泵的单级扬程可计算出泵的级数、泵排量、泵效率和功率等。五、电潜泵采油系统优化设计五、电潜泵采油系统优化设计50精制知识（二）所需数据资料（二）所需数据资料油井原始资料：油井原始资料：1)油井套管尺寸及规格油井套管尺寸及规格;2)油管尺寸及其连接螺纹规格油管尺寸及其连接螺纹规格;3)油层中部深度及射孔井段油层中部深度及射孔井段;4)井底温度井底温度;5)饱和压力及原始气油比饱和压力及原始气油比;6)是否为斜井，造斜点深度及狗腿度。是否为斜井，造斜点深度及狗腿度。原油物性资料：原油物性资料：1)原油相对密
