黏性液体对潜油电泵特性影响的实验研究

张晓娇

中国石油大庆油田力神泵业有限公司 (黑龙江 大庆 163311）

在选井选泵的过程中，根据井况基本条件，确定泵排量和扬程。由于井液的黏度对潜油泵扬程、排量和泵效皆构成影响，而常规潜油泵的特性实验都是在清水状态下测试出来的，实验中假定井液黏度和水相同，用标准的水所做泵特性曲线来进行潜油电泵选择设计。潜油电泵最初是应用在水井或系统相似的高含水井中，所以这样的选择比较准确。近几年来，在低含水油井中应用潜油电泵的用户发现，泵在黏度比较大的原油中的工作特性比所期望的工作特性要差得多[1-2]。因此在选井选泵过程中，必须对泵的扬程、排量和泵效进行修正，以确保机组的可靠运行，防止电机过载等问题的出现。潜油电泵在运行过程中，由于电泵机组与油井生产参数匹配不合理，经常出现泵偏离高效区，不能在理想工况点下运行，具体表现为两方面：一是泵选得过大，不能充分发挥其能力，造成能源浪费，使止推轴承和叶轮产生磨损，从而缩短了电泵机组的寿命；二是泵选得过小，不能高效开采油气田，易造成电机过载和烧坏。由文献[3-9]知，甘油(丙三醇)是一种很好的实验液体，无色、无毒，水溶液性质稳定，黏度变化范围在1～1 499 mPa·s。以Q10型潜油电泵为例，结合实验开展了黏性液体对潜油电泵特性影响的实验研究。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

1）实验材料：95#工业甘油（密度1.267 g/cm3）,自来水（密度1.000 g/cm3）。

2）实验仪器：XMZ-102型数字温度计、ESJ-30搅拌器、TVC-7型便携式数显黏度计、悬浮式密度计、250 mL量筒、1 000 mL烧杯、20 mL注射器等。

1.2 实验设备

1.2.1 实验用叶导轮相关参数

为直观体现黏性液体对潜油电泵特性曲线的影响，以Q10型潜油电泵为例，研究黏性液体对潜油电泵特性曲线的影响。室内实验潜油电泵叶导轮的规格和组装级数见表1。

表1 实验用潜油电泵叶导轮规格相关参数

1.2.2 水力模型实验台

水力模型实验台包括：液体箱、三相异步电动机、ZJ型转矩转速传感器、Q10型潜油电泵、0～1.6 MPa压力表、0～2.5 MPa压力表、YKLK-S-80型质量流量计、DB-2型水力模型控制柜等。水力模型实验台如图1所示。

图1 水力模型实验台结构示意图

2 结果与讨论

2.1 实验液体的选择

一般情况下，配制不同的黏性液体都会选择液体增黏剂或者某种液体通过不同浓度的配制实现不同的黏度。例如：聚合物和不同量的水进行配制，但是对于高分子聚合物，其水溶液容易降解，其黏度随着实验过程的进行在逐渐降低，且聚合物不易溶于水，必须由搅拌器长时间匀速搅拌才可以与水均匀混合，对实验的进展带来不便。

甘油(丙三醇)是较好的实验液体，无色、无毒，甘油水溶液性质稳定，几乎不挥发，不会对实验环境产生污染，对实验者没有危害。甘油可以通过水稀释的方法获得不同的黏度，甘油溶液的黏度随浓度变化，变化范围在1～1 499 mPa·s，如图2所示。甘油水溶液黏度改变时，其密度的变化范围很小，有利于把黏度因素独立出来进行研究，如图3所示。

2.2 实验液体的配制

分别配制实验液体：甘油浓度50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%的甘油水溶液，室内小剂量甘油水溶液黏度随着浓度变化曲线如图4和表2所示。

图2 甘油黏度随浓度变化曲线

图3 甘油相对密度随浓度变化曲线

2.3 潜油电泵的工作特性曲线

利用水力模型实验台，通过大量实验，完成了黏性液体对Q10型潜油电泵特性曲线影响的图版，如图5所示。

表2 室内不同浓度小剂量甘油溶液黏度测量值

图4 甘油水溶液黏度随浓度变化曲线

图5 黏性液体对Q10型潜油电泵特性曲线影响的图版

根据图5可以得出黏性液体影响潜油电泵的特性，Q10型潜油电泵的效率随流量的增大先增大后减小，流量不变的情况下黏度增大效率降低；扬程随流量的增大而减小，流量不变的情况下黏度增大、扬程降低；功率随流量的增大平缓上升，流量不变的情况下黏度增大、功率降低。随着黏度在1～198 mPa·s变化时，在潜油电泵高效工作区，其所需功率急剧增加在93～404 W变化，扬程在7.7～0.2 m下降，最高效率在55%～8%下降。因此在选泵过程中，必须对泵的扬程、排量和泵效进行修正，使得潜油电泵能够在合理的工况区运行，以提高泵效。

3 结论

1）黏性液体影响潜油电泵的特性，随着黏度在1～198 mPa·s变化，Q10型潜油电泵在高效工作区，其所需功率在93～404 W急剧增加，扬程在7.7～0.2 m下降，最高效率在55%～8%下降。

2）黏度在1～198 mPa·s变化时，不同排量下潜油电泵有合理的工况点，可以为叶导轮配套优选设计提供借鉴。

3）通过大量实验数据，获得了在1～198 mPa·s黏度范围内，黏度的变化对潜油电泵工作性能影响的定量规律:潜油电泵的效率随流量的增大先增大后减小，流量不变的情况下黏度增大、效率降低；扬程随流量的增大而减小，流量不变的情况下黏度增大、扬程降低；功率随流量的增大平缓上升，流量不变的情况下黏度增大、功率降低。