潜油电泵的特性分析和油田应用

李崎君

【摘要】石油工业不断发展，油田开发的需求不断提高，为了加快采油效率，一种先进的机械采油设备潜油电泵越来越广泛的应用于油田。潜油电泵采油技术随着科技与时代的发展进步逐渐成熟，可满足多种特殊油田的采集需求。潜油电泵采油技术是保障油田生产效率的关键，对油田开发有着重要作用。本文首先从潜油电泵采油技术出发，对潜油电泵的特性进行分析，并讨论了潜油电泵采油技术在油田的应用。

【关键词】潜油电泵；特性分析；油田应用

潜油电泵作为一种比较先进的机械采油设备，具有所有机械采油设备所没有的特点，在多年的采油实践中不断发展完善，配套的相关工艺技术也发展迅速，使潜油电泵采油技术的适应性很强。电机控制系统已经发展成为集成电路组合式全自动控制装置，并且配备了电泵井的测压、测温系统，变频调速技术逐渐成为电机控制方面的主导。

1 潜油电泵采油技术简介

潜油电泵机组系统作为油田机械采油设备，由潜油电泵测试装置、潜油电机、保护装置、多级离心泵、变压器、控制屏、接线盒、泄油阀、单流阀、电缆卡子、扶正器等元件组成。潜油电机工作原理：在油井开采过程中，潜油电泵处于工作状态，通过潜油电机产生动力带动潜油泵叶轮旋转，使井液压力提高，从而将井中的原油输送到地面集油系统。整个运作过程首先要保证潜油泵充分浸没在液体中，这样才能在潜油电机工作时，驱使潜油泵轴和叶轮飞快旋转起来，带动叶轮流道中的液体转动，液体的动能在惯性作用下，逐渐进入叶轮外缘。这样液体的压能和动能不断增加，将流出叶轮的液体压入导壳压出室并留存在里面。当液体流动速度减慢时，动能转变为压能，将导壳压出室里的液体压入导壳吸入室，满足叶轮抽汲，完成整个潜油电泵机组系统的分级过程。

2、潜油电泵的特性

潜油电泵在油井开采的过程中，需要充分浸没在液体中，油井内的环境状态复杂，产生的很多气体和液体杂质等对潜油电泵的运行有一定影响。潜油电泵对温度环境也有要求，油井温度通常控制在50℃～180℃。油井内的气体含量过大时会发生气锁现象，使潜油泵无法安全稳定的运行，因此潜油电泵机组中的油气分离器作用也很重要。油气分离器可以有效减少油井中游离气体的含量，提高泵的工作效率防止气锁现象发生。

另外油井开采过程必须有效控制井液的含砂量。防止油井出砂在潜油电泵机组运行过程意义很大，井液含砂低于0.05%才能正常抽汲，否则很容易造成潜油电泵磨损、卡泵，从而失效。潜油电泵机组在设计制造时，需要加强其防腐、抗砂性能。油田水质存在较多的腐蚀质，长期浸泡在油井下的潜油电泵机组必然会受到一定的影响，对机组进行防腐蚀措施也是很有必要的，可在机组表面涂防腐材料。对于CO2含量高、含蜡多、胶质高的油井，更容易使泵组结垢，导致无法散热，堵塞管道给潜油电泵的正常运行造成很大困难。因此加强防垢也是很有必要的。在实际的油井生产中，最常用的防垢措施是在油井中加入防垢剂，在机组表面采用防垢材料，此种防垢措施有利于改善机组结垢情况，延长机组使用时间。

潜油离心泵就是一个多级离心泵。潜油泵的长度在3～8m，直径与保护器和电机差不多，它是由许多小泵级串接而成的多级离心泵，井液每经过一级叶轮和导轮，将增加一定的压能。根据每口井的泵掛深度等资料来确定泵的级数，相邻两节泵的泵壳用法兰连接，轴用花键套连接。这样设计可以满足套管内径限制下有比较广的排量范围，适合于不同产量的油井。另外级数越多，扬程范围越大。根据油井举升高度的要求，潜油电泵的扬程可达3000米。根据排量和单级扬程不同，离心泵的级数也可以达到500级以上。单节泵一般不超过8米，多节串联扬程可以提高。设计轴向卸载和径向扶正机构可以有效消除泵叶轮工作时产生轴向力，防止泵轴偏摆、叶轮振动，采用轴向卸载机构把轴向力通过导轮卸载到泵壳体，而泵两端和中间加装的扶正轴承可以有效防止偏摆。设计防气装置有效防止气锁现象。

在潜油电泵机组中，潜油泵与潜油电机之间由保护器和分离器连接，所以潜油电机的输出功率要经过保护器和分离器传递给潜油泵，而保护器和分离器都要消耗一部分功率，所以潜油电机的输出功率等于潜油泵的输入功率与保护器、分离器的功率损失之和。电泵采油系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。每一次的能量转化和传递都会有一定的损失。从地面输入系统的能量，扣除系统的各种损失以后，就是系统所给液体的有效能量，该有效能量与系统输入能量之比称为潜油电泵井的系统效率。

3、潜油电泵井组管理

潜油电泵采油过程是集科学性、完整性、系统性为一体的工艺结合，完善的设计生产制造过程，可以保证潜油电泵的良好性能充分发挥。在油井开采的过程中，对潜油电泵采油的设计、施工、运行方式等方面进行管理，充分调动各环节的工作，实现潜油电泵采油工作的有效衔接，优化系统组织与结构，达到对潜油电泵系统工程的管理。潜油电泵系统工程包括油井工程设计、选泵设计、施工、潜油电泵井投产、潜油电泵井管理。最后一个环节是总结与分析，通过上述环节的相互配合，提高电泵系统的运行效率，可以有效提升潜油电机、泵的使用寿命，提高油田生产效率，降低采油成本。

4、潜油电泵采油技术在油田应用情况

我国从1975年开始研究潜油电泵，到1981年开始先后从美国引进成套潜油电泵采油设备，经过近30年的发展和自主研发，实现了采油电泵自行研制。同时，各大油田在潜油电泵的排量、扬程和最大投影尺寸上，逐渐改进创新，形成了具有中国特色的潜油电泵系列产品，技术和工艺接近国际水平。目前，国内生产的电泵机组，其耐温最高等级为180℃，满足了潜油电泵在180℃以下的工况条件的应用要求。但随着石油钻井技术的进步和发展，越来越多的深井、超深井（6000m以上）、高温（170～190℃）油井也相继投入开发，并越来越多的采用潜油电泵生产。油井越深（3500～4500m），温度越高，开采的难度越大。使潜油电泵机组的效能发挥的不是很好，故障率高，检泵频繁，严重影响了油井生产效率。高含气油还会对潜油电泵产生一定的影响，甚至会危害到机组的稳定运行。只有地层压力稳定，才是保证采油效率的关键。潜油电泵在弱差层的利用效果好，因此在低渗透油田利用率高。

5、结论

采用潜油电泵采油技术有助于改善近井地带的渗流条件，通过在低渗透油田的应用，可减少油井井底流压，提高了生产压差，使弱油层的利用率得到提升，值得推广。

参考文献

[1]李荣，康学峰.潜油电泵注水工艺及应用前景探讨.石油矿场机械，2009.5

[2]李哲，杨立昌，高国良.潜油电泵防砂防垢技术.钻采工艺，2002.5