1、潛油電泵采油工藝設計一、設計概要潛油電泵是油田中使用的一種重要的無桿采油設備。近幾年來，特別是國外，生產現場的裝機總容量超過了20%，是油田高產穩產的重要手段。典型的潛油電泵系統主要由地面部分和井下部分組成。地面部分主要包括：變壓器、控制屏和接線盒；井下部分包括：井下管柱、井下電纜、多級離心泵、氣液分離器、保護器和潛油電機。動力通過電纜傳遞給井下電機，使潛油電機帶動多級離心泵旋轉，將井下液體舉升到地面。1.1設計目的 通過設計計算，了解潛油電泵采油系統組成，工藝方案的基本設計思路，設計內容，掌握方案設計的基本方法，步驟以及設計中所涉及的基本計算，加強系統的工程訓練，培養分析和解決實際工程問題的

2、能力。1.2設計內容根據油井基本情況，通過潛油電泵舉升系統設計計算： 確定油井產能 確定井筒壓力溫度。井筒壓力溫度預測主要是根據油井基本資料，計算井筒泵以下溫度及壓力分布，得到泵入口溫度及吸入壓力。確定泵入口氣液比。泵入口氣液比是選擇氣液分離器的依據，根據油井基本資料、泵入口壓力溫度及流體物性計算方法計算泵入口氣液比。確定潛油電泵系統設備.1氣液分離器。根據供選擇的分離器分別計算安裝分離器后的進泵氣液比，由設計原則（進泵氣液比要求）選用氣液分離器。氣液分離器效率越高，成本越高，通常只需要選擇滿足設計原則的分離器。.2選擇多級離心泵。潛油電泵的選擇主要是選擇泵型及計算所需要的級數。根據計算出來的

3、油井產量、總揚程，并由供選擇的離心泵特性曲線來選擇配備多級離心泵。.3選擇潛油電機。當潛油泵的型號、揚程及所需要的級數被確定以后，計算泵所需功率。選擇電機功率還應考慮分離器和保護器的機械損耗功率。一般情況下，氣液分離器的機械損耗功率為1.5KW，保護器為1.0KW。.4選擇潛油電纜。潛油電纜的選擇主要是確定電纜型號及壓降。電纜的電壓降一般應小于30V/304.8m，電流不能超過電纜的最大載流能力。從成本角度考慮，電壓降越小，成本越高，通常只需選擇滿足要求的電纜。.5選擇變壓器。選擇變壓器就是確定系統所需要變壓器容量，其容量必須能夠滿足電機最大負載的啟動，應根據電機的負載來確定變壓器的容量。.6

4、選擇控制屏。普通控制屏就是根據現場使用條件和潛油電泵機組性能要求來進行選擇的，但主要還是根據電機的功率、額定電流和地面所需的電壓來選擇控制屏的容量，以保證電機在滿載情況下長期運行。1.3 設計原則為了合理地選擇潛油電泵設備，使其運行最可靠及最經濟，在進行選泵設計時，必須遵照以下幾點原則：滿足設計產液量要求；選擇潛油電泵，必須使泵在最高效率點或最高效率點附近工作，使泵效盡可能達到最高；潛油電機的輸出功率必須能夠滿足泵舉升液體所需要功率要 求；電纜、控制屏及變壓器的選擇，在保證套管尺寸要求的情況下，電纜的耐壓和型號選擇要盡量大一些，以減少其功率損失。為了考慮以后更換排量大一些的泵，控制屏和變壓器的

5、容量選擇要稍大一些；進泵氣液比不能超過10%。二、油井基礎數據及假設條件2.1油井基礎數據：油藏中部深度2500m，地層壓力18MPa，原油飽和壓力12MPa，地層溫度80，井口溫度20，有關尺寸為（內徑62.0mm），套管尺寸為（內徑198.8mm），原油相對密度0.8，地層氣相對密度0.65，油井含水率80%，生產汽油比為300產業指數40m3/（d×MPa）,生產井口油、套壓分別為0.8MPa、0.2MPa，電網電壓為4000V，頻率為50Hz，按設計產液量240m3/d，泵掛深度2400m。2.2假設條件設計產液量下泵入口以下混合平均相對密度為0.83，摩阻梯度為0.51Pa

6、/m 井口流體溫度分布呈線性分布，且機組前后溫度梯度一致設計產液量下機組對流體加熱升溫4.0電纜環境溫度等于其井筒流體溫度忽略機組長度三、潛油電泵工藝設計計算3.1油井產能預測及流壓確定繪制IPR曲線：由J=40m3/（d×MPa）, pr =18MPa，Pb=12MPa；=JL(-)=40×(18-12)=240；=+=240+40×12/1.8=506.7；=+=506.7+=572.3；f=- / （0<）= (-/JL)+0.125(1-) = ( - /JL)-(9-8 )( - )/ (<) 式中 -原油泡點壓力下的產液量， -流壓為零是的

7、最大產油量， -流壓為零是的最大產液量， -產液量, -地層靜壓,MPa JL-采液指數，m3/（MPa·d）3.2井筒溫度預測由題目所給假設：井筒內機組前后溫度梯度一致，機組對流體加熱升溫4設井筒溫度梯度為n，泵入口溫度為t20+n×2400-4=80-n×100 t=80-n×100 聯立、式得泵入口溫度為77.44 ，泵出口溫度為81.44繪制井筒溫度分布曲線：入泵溫度T=77.44+273.15=350.59K；3.3泵入口壓力預測由=240；J=40；由IPR曲線得=12MPa；對泵入口以下由假設條件：混合物平均相對密度為0.83，摩阻梯度 為

8、0.51Pa/m。求得泵入口壓力為：P=12-0.83×9.81×（2.5-2.4）-0.51×（2500-2400）/1000000=11.18572MPa。3.4泵入口氣液比計算天然氣體積系數計算：由=4.6MPa=206.3K=P/=2.43; =T/=1.7Z=0.883=3.458×10-4ZT/P=0.00957原油的體積系數計算：由報表知=0.8由：API=141.5/ -131.5=45.375A=0.0125API-0.00091(1.8T-459.67)=0.41122Rsb=89.43由p/=0.93 知選用公式Rs/Rsb=0.6

9、29p/pb+0.37=0.956 (p/0.3)Rs=85.5Bo=0.972+=1.267地層水體積系數計算： =-5.7325×10-3+2.40104×10-4（T-273.15）+1.78412×10-6（T-255.3）2 =0.029-5.0987×10-7p（T-255.37）-6.54435×10-9P2(T-255.37)-5.20574×10-5P-4.74029×10-6P2=-0.001796Bw=1.027泵入口氣液比計算：由=240=×（1-）×Bo=60.816 =

10、5;×Bw=197.184 =（ -Rs××（1-）×=98.5GLRp=38.2%>10%其中 -泵入口游離氣流量； -泵入口原油流量 ； -泵入口地層水流量； 所以選擇安裝氣液分離器。3.5氣液分離器型號選擇計算：由GLRp=；令GLRg=10%則=73.8%則可以選擇=88%的II型旋轉式氣液分離器3.6井下泵排量及出口壓力計算：井下泵排量計算=×(1-)=11.82井下泵排量應等于泵入口原油流量、地層水流量與經分離器后的游離氣流量，即Qpm=+=269.82。GORs=25.73根據泵入口氣液比由查圖得平均摩阻梯度138Pa/m，

11、平均混合物相對密度0.925泵出口壓力計算：根據井口油壓0.8MPa從井口到井底計算得井底壓力：P=0.8+138×2400/1000000+0.925×2.4×9.81=22.9MPa壓力分布曲線圖3.7選擇多級離心泵：根據設計要求選擇井底排量在269.82m3/d所對應最高泵效，并且在最高效率點附近工作的潛油電泵，對比附錄中三種泵工作特性曲線選擇R-DN1800泵，從而讀出泵效為73%，揚程為3.4m。確定泵的總揚程：=1292m級數N=H/3.4=380由設計知道選擇泵效率最大73%，單級泵揚程3.4m。選擇R-DN1800泵；則=50.2KW3.8潛油電機

12、選擇考慮泵所需功率及分離器損耗功率1.5KW，保護器損耗功率1KW，因此電機應提供功率為P=50.2+1+1.5=52.7KW根據附表所列幾種電機選擇562系列電機：外徑142.7，功率55.93KW、電壓1150V、電流39.5A。3.9潛油電纜壓降計算由泵出口及井口溫度分布計算井筒平均溫度為（81.44+20）/2=50.72根據選擇的電機電流為39.5A，結合電纜壓降附表選擇#4Cu-#2AL型號電纜。工作環境為40-95，工作壓降每304.8m壓降20V。電纜壓降為 由插圖得壓降為20V/304.8m3.10變壓器容量計算：=89.6KVA由=U+U=1309.45V由總電壓為1309

13、.45V，額定電流為39.5A所以選擇型控制屏電壓1500V，電流80A。四、潛油電泵設計報表設計數據設計結果設計產液量240.0m3/d氣液分離器II型旋轉式氣液分離器設計油壓0.8Mpa離心泵R-DN1800泵設計套壓0.2Mpa 離心泵級數380級設計泵深2400m泵效73%設計頻率50Hz泵揚程1292m電網電壓4000V泵吸入氣液比25.73油管尺寸62.0mm泵入口壓力11.18572MPa套管尺寸198.8mm泵排出壓力22.9MPa產層中深2500.0m泵所需功率50.2KW地層靜壓18.0Mpa潛油電機型號562系列電機地層溫度80。C電機銘牌電壓1150V井口溫度20。C電機銘牌電流39.5A含水率80%電機銘牌