潜油电泵系统由三大部分八个单元组成:井下部分:包括潜油电机,保护器,分离器和多级离心泵;中间部分:潜油电缆,油井管柱(包括单流阀、泄油阀等);地面部分:包括控制屏,变压器。
地面电源一~变压器一控制屏一>潜油电缆一潜油电机潜油电泵抽油工作流程:分离器一-多级离心泵一-单流阀一泄油阀一井口一-出油管线2.2潜油电泵系统效率分解2.2.1系统功效定义潜油电泵系统在生产运行过程中各部分元件都有传递能量损失,系统存在输入功率与输出功率的差值,这个差值反映在各个组成各单元运行效率上,累计运行效率的乘积,即为整个系统效率。
电泵系统由变压器、控制屏、电缆、电机、潜油电泵分离器、保护器和管柱组成部分的效率综合来体现。由于供电流程和输油流程的单向连续性,系统某一单元的输出功率可以作为下一单元的输入功率。设定系统功率为7,则有:效率、保护器效率,分离器效率,离心荥效率和管柱效率;Pl,p2为变压器输入功率和输出功率,kW;p3,p4,p5,户6为控制屏、电缆、电机、及保护器的输出功率,kW;p7,p8为离心泵的输人功率和输出功率,kW;P9为潜油电泵系统的有效功率(即系统单元的输出功2.3系统功率分析与参量测试方法由以上分析可见,潜油电泵系统中各单元都存在着能损,即功率的消耗值APi,在数值上存在系统输出功率P9等于潜油电泵输人功率A与各个部分累计功率损耗值的差值,即由以上得知,电栗采油井系统效率只取决于损失功率与输人功率之比,即在输入功率一定的条件下,损失功率AP,越大,潜油电泵系统效率就越低;反之,系统效率就越高。由此我们知道,要提高油井的系统效率,就要努力减少系统各个部分的功率损失。
根据潜油电泵的组成情况,可以把潜油电泵系统的功率损失分为八个部分的损失:变压器损失丨,控制屏损失,电缆损失AP3,电机损失AP4,保护器损失Ap5,分离器损失Ape,离心泵损失Ap7,管柱损失Ap7.变压器在运行过程中,既有热能的损耗又有线圈互感器传输能量的自然递减,即在电工学上称为的铜损耗和铁损耗。由电工学知识我们知道:用标准电度表可测取变压器的输人功率和输出功率p2,可求得其功率值为C――电度表常数;K――电压互感器变比;t――转n圈所用的时间,U有以上得知变压器的耗损为:=Pl测量结果显示,采油平台6kV压器的效率一般在95%98%之间。
控制屏的损失主要是部分元件的发热损失。在其主回路、控制回路及测量显示部分,各个元件都存在着热损耗。在测试整个功耗时,设定控制屏整体的输出功率为p3,由于变压器输出功率为控制屏的输出功率P2,则控制屏的损耗为:=P2-P3在测量时,可通过焦耳定律测量其对电缆的输出功率的方法(与测试电缆的方法相同)控制屏的能耗损很少,一般不超过lkw,效率为99%左右。
潜油电缆随泵挂的深度不同而长度不同,由于电缆的热耗损与电缆的截面积和长度有关系,电缆损耗用间接的方法测试。用万用表测其电阻,由焦耳定律知,电缆损耗由以下公式得知:但电流和电压一定时,电缆的功率损失与电缆的截面积和长度有关,用下式计算:控制屏的输出功率为电缆的输人功率减去电缆的损耗便是电缆的输出功率;)4,即:电机是电能和机械能转化的设备。在能量转化过程中,必然会有能量的损失,这些损失包括定子、转子铜损,轴承摩擦损失等。由于结构原因不能将电机和保护器分开,只能在一起测量。保护器的能量损失主要是机械摩擦损失。对一定型号规格的保护器来讲,其损耗基本为一定值。因此损耗主要是电机方面的。测算结果显示电机是系统中能损较大的部件,其损耗的计算公式如下:+7分离器和离心栗的功率损失,kW";Pi――离心泵的输出功率,kW;其中内的计算公式如下:H――多级离心泵的实际有效扬程,m.尸排一尸吸//的计算方法如下:p排-的差值等于动液面以上举升井液的液压压头,数值上等于:电机效率为:/3排一户动液面高度,m;-井口油压、套压,MPa. ~100%)PN(额定功率)范围内,额定负载时潜油电泵的效率约在75%~95%之间。要使电机的效率在额定负载时达到*大值,关键在于按照潜油电泵采油配套技术要求选好潜油电泵的泵型。
分离器的分离效率是反映在井下工作状态好坏的重要参数。分离器效率可用泵效率测试仪直接测出,即测出卩6+7,则分离器和离心泵的功率损耗为:离心泵输出功率P8的计算方法如上所述。分离器和离心泵的损失由机械损失、容积损失和水力损失三部分组成。机械损失主要是分离器和离心泵在旋转过程中无法避免的摩擦损失造成的,容积损失主要是油气分离器油气分离不彻底欠载泵效造成的损失,水力损失主要是举升液体的反作用扭向力造成的能量损失。分离器和离心泵的效率一般在95%左右。
2.3.2.6管柱损失潜油电泵在采油树以下至潜油电机部位,垂直距离接近千米,绝对长度在1~ 1800之间,对原油输出有较长的阻力损耗段,潜油电杲的有效功率为:-井液密度,kg/m3;h泵输出总压头,m;3潜油电泵系统效率的测试方法测试潜油电泵系统的效率有以下两个因素需要考虑:现有条件下的生产并只能测得输出功率、动液面深度、日产液量、油压和套压,有些部件无法进行分解测试。
试验井分解测试又有异于生产井的工况条件产生,无实际的生产井动态特点和其偶然因素的可研究性。
鉴于以上考虑,测试时可分为试验井和生产井并综合计算考虑。由于潜油电泵的结构特点,分解测试中将系统分解为变压器、控制屏、电缆、电机加保护器、分离器和离心泵、管柱系统六个部分。测试其各个部分在不同工矿条件的能量损耗情况,再综合计算出系统功效情况。
根据平台现有的工具配备情况,为加强测试方法的可操作性,一般要求在充分利用现有工具的基础上进行测试,对潜油电泵系统的测试测量仪器分类如表1.表1测试测置仪器分类表仪器仪表名称数量型号精度电压互感器电流互感器标准电度表双频道回声仪钳形电流表水泵效率测试仪电子秒表在测试工具中,泵效率测试仪平台班组还没有配置,但泵的效率测试可由理论方法得到。
潜油电泵系统功效可以根据以上各个单元功耗情况分析,进行实际的现场测试校验。经验可知,潜油电泵系统的效率可为85%左右。潜油电机和多离心栗的损耗率*高。潜油电机的功率损耗占总损耗的30%左右,多级离心泵的功率损耗占总损耗的50%,*高可达70%左右,对潜油电泵系统效率影响较大。正在生产的井,潜油电泵系统效率也会因受原油井况及原油井液性质的影响而不同,其特点一是系统效率变化大;二是其值较低,平均为80%左右。
4潜油电泵系统高效运行设计根据整个系统功效情况分析,要提高潜油电泵整体运行效率,对能耗较大的元件部分进行科技创新和优化试验作为主要任务。这就是说,变压器、控制屏、电缆和管柱系统节能减耗工作应该从选材配套工艺上进行改革。对我们来讲,各个元件之间的匹配(如泵型、变压器型号)进行*优化的生产参数设计,才是人为科学管理方面的重要工作。
4.1潜油电泵产品系列化,提高泵用效率目前已研制开发的泵型排量由20m3/d至200m3/d,30多个规格。可适用生产井温达150:的生产层位。泵的扬程规格齐全,新研制的机组级数可以任意调节,降低了电泵的未满载耗损,提高了系统效率。目前,埕岛油田使用的泵排量为45m3/d、60m3/d、80m3/d、100m3/d、150m3/d、200m3/d等类型,所用的电机功率有24.8kW、31kW、43kW、55kW、62kW等。因此我们可根据每口井的实际生产能力的大小,一定选好适当的泵型,使之能额载生产正常工作。这是潜油电泵系统运行效率提高行之有效的方法。
4.2高效分离器的使用,增加脱气效率。
经过前面分离器的功耗分析可以看出,气量太大的井,气体不能通畅的排出,致使气锁或气蚀,将严重降低泵效,造成对系统效率明显的负面影响,所以分离器的科学选择有着重要的意义。
这儿推荐使用的是HS-1型分离器,其结构特点是双级结构、多次分离,提高了分离效率,气体对电泵的影响明显减少,增效效果明显。
4.3可调式油嘴的的应用,减少压力损失通常情况下,通过改变井口的油嘴直径大小控制整个系统处于高效区工作。可调试油嘴可在6 ~28mm之间任意调节,并兼有低压放套气的功能,可在套压低于油压的情况下放套气,因此增大了油井的调参范围,对泵、电机、分离器和管柱的负压影响明显减少,能有效的保持泵在额定的或良好的载荷下平稳工作,是系统功效改善的有力措施。
4.4寻找电泵井*佳工况点,优化参数运行利用潜油电泵的*佳工矿点机进行优化潜油电泵的系统效率,是深人设计管理油井的一方面,也是节能增效的重要任务。
根据采油工程原理,研究潜油电泵的工况点,要综合考虑三个因素:泵型特征、管柱特征和油层渗流特征。简便的方法就是将这三个曲线画在一个图上,反映出潜油电泵稳定工作时三者的平衡态即*佳工况点,也是油井调参的选择点。如。
(A、C、电栗某一工况点:0a、9c、。:对应A、C、A1的工况点的产量;尸好m:对应A工况点井底流压和栗举升动压头;/>wfC、丑DC:对应C工况点井底流压和泵举升动压头;泵特性曲线;管路特性曲线;(:渗流曲线)假定A为某一稳定工况点,对应工况点A的油嘴直径为、产液量为 由此看出,电泵工况情况是由泵特性、管路特性及油井流人特性共同决定的,当其中一个因素发生变化时,将导致产液量、液压、油压等一系列参数发生改变。利用这一特征,可以在泵的排量范围内找出系统效率*高的工况点,即先将油嘴由*小直径逐渐调到*大直径,算出对应稳定的工况点的系统效率,则*大效率的工况点为*佳工况点。