电潜泵采油关键技术.doc

电潜泵采油工艺
目录
第一节 电潜泵工作原理及系统构成 1
第二节 电潜泵管柱及测试 21
第三节 电潜泵井工况分析及故障解决 25
第四节 电潜泵采油发展趋势 38

电潜泵采油是为适应经济有效地开采地下石油而逐渐发展起来日趋成熟一种人工采油方式。它具备排量扬程范畴大、功率大、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简朴、机组工作寿命长、管理以便、经济效益明显特点。自1928年第一台电潜泵投人使用以来，通过20世纪70年发展，电潜泵采油在井下机组设计、制造及油井选取、机组选型成套、工况监测诊断及保护、分层开采和测试等配套工艺方面日臻完善，在制造适应高温、高粘度。高含砂、高含气、含H2S和CO2等恶劣环境电潜泵机组方面也获得了很大进展。不但用于油井采油，还用于气井排液采气和水井采水注水。
本章着重简介电潜泵工作原理、系统构成、地面控制及管柱构造、油井选井、机组配套、工况监测、工况分析、故障诊断、油井分层开采和测试等配套工艺技术。

第一节 电潜泵工作原理及系统构成
一、电潜泵工作原理
电潜泵是由多级叶导轮串接起来一种电动离心泵，除了其直径小长度长外，工作原理与普通离心泵没有多大差别，原理图如图3一1所示。其工作原理是：当潜油电机带动泵轴上叶导轮高速旋转时，处在叶轮内液体在离心力作用下，从叶轮中心沿叶片间流道甩向叶轮四周，由于液体受到叶片作用，其压力和速度同步增长，在导轮进一步作用下速度能又转变成压能，同步流向下一级叶轮人口。如此逐次地通过多级叶导轮作用，流体压能逐次增高而在获得足以克服泵出口后来管路阻力能量时而流至地面，达到石油开采目。
图3-1 电潜泵工作原理图

表述电潜泵性能重要参数有：额定排量Q、额定扬程（压头）H。额定轴功率P、额定效率、额定转速n等参数。电潜泵额定排量和效率取决于泵型，额定扬程决定于泵型和级数，额定轴功率由额定排量和扬程拟定，额定转速取决于电机构造。
二、电潜泵系统构成及作用
电潜泵采油系统由井下和地面两某些构成，如图3一2所示。
1．井下系统构成及作用
电潜泵井下系统重要由电机。潜油泵、保护器、分离器、测压装置（PSI／PHD）、动力电缆、单流阀、测压阀／泄油阀、扶正器等构成。
（1）电机
电潜泵电机又叫潜油电机，它是电潜泵机组原动机，普通位于最下端。它是三相鼠笼异步电机，其工作原理与普通三相异步电机同样，把电能转变成机械能。
但是，它与普通电机相比，具备如下特点：机身细长，普通直径160mm如下，长度5～10m，有更长，长径比达 28.3～125.2；转轴为空心，便于循环冷却电机；启动转矩大，0.3s即可达到额定转速；转动惯量小，滑行时间普通不超过3s；绝缘级别高，绝缘材料耐高温、高压和油气水综合伙用；电机内腔布满电机油以隔绝井液和便于散热；有专门井液与电机油隔离密封装置一一保护器。
潜油电机构造如图3—3所示，它由定子、转子、止推轴承和机油循环冷却系统等某些构成。
图 3-6 潜油电机转子总成示意图

图 3-4 定子截面示意图
图 3-3 潜油电机构造示意图
图 3-2 电潜泵采油系统构成示意图
1）定子
图 3-5 星点构造示意图

定子功能是产生旋转磁场，将电能转变成磁能，重要涉及定子铁芯、黄铜夹段和定子绕组等。定子铁芯是由许多彼此绝缘圆形硅钢片重叠而成，铁芯内圆周上有用来嵌入绕组导线玉米形切槽，外圆周电机油循环油槽。定子铁芯横截面当前有两种形式，一种是开式构造，一种是闭式构造，如图3—4所示。
黄铜夹段是为了防止转子扶正轴承被磁化而加人一段磁阻较大黄铜。
定子绕组是较粗外面包裹有耐油、气、水，耐高温高压和高绝缘强度材料均匀铜导线，输送励磁电流。绕组制作有两种方式，一种是工程塑料挤制，一种是薄膜绕包烧结。定子绕组都是星形联接，星点构造普通如图3一5示。
2）转子
图 3-7 潜油电机止推轴承
转子是产生感应电流而受力转动并将电磁能转变成机械能某些，由转子铁芯、转子绕组、短路环、轴和键构成，如图3—6所示。同定子同样，转子也由许多段构成，每段通过键与轴相连，各段转子间有扶正轴承，扶正轴承与黄铜夹段相相应，转子上下端用螺帽或卡簧固定。
3）止推轴承
由于潜油电机是立式悬挂构造，其轴向载荷由止推轴承承担。止推轴承除承担轴向载荷，还承担因偏转运动而产生径向载荷。潜油电机止推轴承有两种，一种是滚动轴承，一种是滑动轴承，见图3一7。
4）循环冷却系统

表 3-1 胜利油田无杆泵公司生产潜油电机性能参数
潜油电机冷却系统由润滑叶轮、滤网、定子油道、油孔和空心电机轴及电机油等构成，参看图3一

3，带走电机定子和转子在交流和涡流作用下产生热量，达到冷却电机和保护绝缘材料作用，延长电机寿命。
图 3-8 电潜泵构造示意图

图 3-9 径向扶正和轴向卸载机构

潜油电机油性能必要达到如下规定：闪点不低于150℃；凝固点不高于-40℃；介电损失剪切角为0.001～0.002（20℃）；介电强度不低于20kV／mA（20℃）；体积电阻力1014～1016/cm3（20℃）；粘度为8.7 ×10-4Pa·s左右；密度为0.87g/cm3左右；酸值为0.021mg/gKOH当量；长期工作在80～120℃、8～12MPa及2800～2900r／min条件下性能稳定。
表3－l是国内外惯用潜油电机性能参数。
（2）潜油泵
潜油泵为多级离心泵，涉及固定和转动两大某些。固定某些由导轮、泵壳和轴承外套构成；转动某些涉及叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧。电潜泵分节，节中分级，每级就是一种离心泵，构造构成如图3一8示。潜油泵按叶轮与否固定分为浮动式、半浮动式和固定式三种。

图 3-10 平式叶轮液压平衡机构

与普通离心泵相比，电潜泵具备如下特点：直径小，排量范畴大，外径普通为85.5～102mm，排量范畴可达30～8000m3／d；级数多，长度长，扬程范畴宽，级数可达400级，长度可达20m，扬程普通在150～4500m；泵吸口有气体分离或压缩装置，防止气蚀和提高泵效；有径向扶正，轴向卸载和液压平衡机构。
图 3-11 混流型叶轮平衡机构

电潜泵在工作时，由于进出口之间存在很大压力差，产生很大轴向力。为减小或消除轴向力，在叶轮上下部装有止推垫，通过导轮将轴向力传递给泵壳。径向扶正和轴向卸载机构如图3—9所示。
液压平衡机构有两种，一种是平式叶轮液压平衡机构，如图3—10示，一种是混流型叶轮平衡机构，如图3一11所示。平式叶轮平衡原理是，经增压后流体大某些流向导轮，一某些进人A、B区，因A、B区连通，压力相等，达到平衡目，只要面积相等，则轴向力抵消。混流型叶轮平衡原理是，在叶轮中心部位打孔，使得B区内压力接近泵吸人口压力，从而消除某些轴向力。
图 3-13 浮动叶轮工作时受力示意图
l）叶轮
图 3-12 叶轮构造示意图

图 3-13 浮动叶轮工作时受力示意图

图 3-14 导轮构造示意图

图 3-15 泵轴示意图

叶轮是电潜泵核心某些，它是将机械能转变成生产流体压能核心部件，液体通过叶轮时，液体压能和动能都得到增长，叶轮构造如图3—12所示，采用锻造后机加工工艺生产。
分为浮动叶轮、顶部浮动、叶轮压紧叶轮、轴承叶轮等四种。前三种叶轮在泵中安装顺序是：从上到下依次为压紧叶轮、顶部浮动、浮动叶轮。
浮动叶轮在装配后容许有一定轴向窜动量，叶轮之间互不影响。有这样几点好处：装配时不存在轴向长度累积误差问题；在一定排量范畴内，叶轮处在浮动状态，叶轮消耗摩擦功率小，泵效比较高，接触某些磨损小。它不能承受轴向载荷，也不能传递自身轴向力，其轴向载荷是通过止推垫片传递给泵壳。Centrilift、ODI、天津斯波泰克公司生产电潜泵叶轮全是浮动式，REDA公司机组有60％叶轮为浮动式。
对于浮动叶轮，泵工作排量必要处在合理排量范畴内工作叶轮才处在悬浮状态，否则，叶轮要么靠上贴紧导轮，要么靠下贴紧导轮，都增长摩擦和磨损，如图3—13示。
轴承叶轮也叫短把叶轮，其轮我比普通短13mm，装配时用塑料轴承代替被切去某些，运转时处在浮动状态，有助于减轻电潜泵振动。普通是每6～10级装一种轴承叶轮和塑料轴承。
顶部浮动叶轮在每一节泵中均有一种，其安装在半环键下面，轮我尾部短6mm，相称于半环键长度。
压紧叶轮在泵轴上由两端半环键固定起轴向定位作用，由压紧螺母将多级叶轮压紧，达到首尾相连目，叶轮与泵轴间无窜动，可以承受较大轴向力。
2）导轮
导轮是泵固定某些，其与叶轮吸人口配合形成吸人室将液体引人下一级叶轮进口处。它一方面将动能转变成压能和减少速度减小摩阻损失；一方面变化流向，将流体导人下一级叶轮人口，导轮构造见图3—14。
3）轴
泵轴将来自电机扭矩传递给泵内每一级叶轮，并通过花键连接传递给上一节泵。其特点是传递功率大，细长，两端为花键，轴向上有一通长键槽，见图3—15。其材料强度高，韧性和塑性好，耐腐蚀。美国使用材料普通为蒙乃尔（MONEL）K—500合金材料，抗拉强度达960MPa，屈服强度为686MPa，硬度为 HRC36，冲击韧性为100J／crn2，延伸率达28％。国内尚未找到与K—500性能指标相近材料，国内代用材料在强度上与K—500相近，但塑性和韧性没有达到。直线度规定为万分之一，即0.1／1000，直径公差控制在0.05mm以内。普通采用冷拔工艺制成。
4）平键
电潜泵平键为细长形键，尺寸为 1.6mrn ×l.6mm × 800mrn，安装在泵轴与叶轮之间。其侧面为工作面，不能承受轴向力，保证叶轮可U轴窜动。美国材质普通为K—500，国内材料为1Cr18Ni9Ti，普通采用冷拔工艺制造。
5）泵壳
泵壳是泵外壳，它是多级叶导轮支架。规定直线度为0.1／1000，材料抗拉强度较高，弹性和刚性好。普通采用25Mn材料，美国采用钢板卷焊成型，国内采用无缝管热扎或冷拔制造。
表3一2和表3－3是国外各生产厂家潜油泵基本数据。
表3－2 沈阳电机厂生产潜油泵基本数据
排量，m3／d
50
100
150
180
200
泵效，％
44.9
59.5
59l
58.5
60
单级扬程，m
4.83
5.95
4.7
4.8
4.8
表 3-3 美国ODI公司生产潜油泵基本数据

额定转速，r／Inin
2850
2850
2850
2850
2850
（3）保护器
保护器又叫潜油电机保护器，是电潜泵所特有。其位于电机与气体分离器之间，上端与分离器相连，下端与电机相连，起保护电机作用。其基本作用有如下四个方面：密封电机轴动力输出端，防止井液进人电机；保护器充油某些容许与井液相通起平衡作用，平衡电机内外腔压力，容纳电机升温时膨胀电机油和补充电机冷却时电机油收缩和损耗电机油；通过其内止推轴承承担泵轴、分离器轴和保护器轴重量及泵所承受任何不平衡轴向力；起连接作用，连接电机轴与泵/分离器轴，连接电机壳体与泵/为离器壳体。
保护器种类诸多，从原理上可以分为连通式保护器、沉淀式保护器和胶囊式保护器等三种。对于普通井，只用一种保护器；对于特殊井，有用两级或多级串接组合式保护器，普通组合方式是沉淀式保护器十胶囊式保护器。
图3—16是连通式保护器构造示意图，是依照虹吸原理制成。重要由机械密封。止推轴承、止推轴承座、壳体、接头总成和注油阀构成。保护器护轴管、呼吸孔、隔离套、上壳体、连通孔构成“U”形管，使电机内腔压力与井液压力相差很小，基本处在平衡状态。其核心部件是三道机械密封。
图 3-16 连通式保护器机构示意图

图 3-17 沉淀式保护器成果示意图

图3—17为沉淀式保护器示意图，重要由机械密封、沉淀室、沉淀管、轴及止推轴承构成中间为止推轴承，上下两端为沉淀室。其重要是依照井液与电机油（相对密度为1.8～2.2矿物油）重力差将两者分开。
图 3-18 胶囊式保护器机构示意图

胶囊式保护器是比较先进一种保护器，构造见图3一18，分单胶囊和双胶囊两种。重要由胶囊、单流阀、机械密封和沉淀腔构成。上部胶囊外部与井液相通，内部与电机油相连通，达到隔离井液与电机油目。
（4）气体分离器
气体分离器，又叫油气分离器，简称分离器，位于潜油泵下端，是泵入口。其作用是将油井生产流体中自由气分离出来，以减少气体对泵排量、扬程和效率等特性参数影响，和避免气蚀发生。
按不同工作原理，可将其分为沉降式（重力式）和旋转式（离心式）两种。但基本原理是相似，都是运用气液重度差制成，通过增长气泡轴向速度，减少径向向心速度来分离，但是前者是自然分离，后者强制分离。在泵挂处流压高、自由气液比低井，用一级分离器即可；对于压力低、自由气液比高于30％井，用二级分离器串联即可进行充分气液分离。
图3—19是REDA公司沉降式分离器构成构造图，图3—20是其原理图。该种分离器重要用于低流速、低气液比和稀油油井中。在气液比不大于10%油井，分离效率可达37%；当气液比不不大于10%时，分离效果大大减少。
图3—21是旋转式分离器构造构成图，重要由上接头、分流壳、分离腔、轴、导向轮、导轮、叶轮、诱导叶轮、下接头构成。用于气液比高于10%井。
图3—22～图3—25是常用几种旋转式分离器。
图 3-21 旋转式分离器构造图

图 3-19 REDA 沉降式分离器构造图

图 3-20 沉降式分离器原理图

（5）测压装置
电潜泵井测压系统有两大类，一类是电子式，一类是机械式。重要用于监测油井供液和电机工作温度状况。电子式有PHD和PSI两种，可以进行持续监测；机械式也有两种，一种是测压阀，一种是毛细管，前者通过钢丝作业实行但不能持续监测，后者通过毛细钢管传递压力，可以持续工作和监测。
图 3-22 天津斯波泰克旋转式分离器
图 3-23 REDA公司旋转式分离器
图 3-24 ODI公司旋转式分离器
图 3-25 KOBE公司旋转式分离器

l）PHD测试系统
PHD测试系统是美国CENTRILIFT公司一方面研制生产，可以测试泵挂处温度和压力。分井下和地面两大某些，井下某些称作一次仪表，地面某些叫做二次仪表。图3一26是二次仪表面板图，二次仪表普通放在变压器或控制柜、配电盘内，与主电力线相接。井下某些由电感线圈、滤波电感电容、变压器、温度继电器等构成，它安装在电机尾部。图3一27和图3一28是井下某些外接线和接线方式示意图。
图3-26
图3-27

井下某些工作原理（如图3一29）为：电源、仪表线圈和压力感应等元件、动力电缆和电机构成一种阻值为R直流回路，由M次仪表内整流器将20V交流变成6.4V直流电源供应整个回路，直流电流遵循欧姆定律，即I＝U／R。当U不变时，I随R变化。PHD压力感应元件为波登管，波登管与滑动变阻器相连，其阻值R随压力而线性变化，如图3—30，由此可以通过电流变化而监测井下压力变化。
2) PSI测压系统
图3-28
PSI工作原理如图3—31所示，图3—32所示为其井下某些构造图。与PHD相比，它不但可以测试压力，还可以测试温度，停机后还可以测试井下机组系统绝缘性能。图3—33是PSI压力测试原理图，图3—34为温度测试原理图，温度感应元件为高性能温敏电阻，电阻与温度线性关系较好，见图4—1－35。PSI压力测量范畴是0～35.2MPa，精度为±（0.5％～1.5％），温度范畴－17.7～232.2℃（0～450℉），精度＜1.6℃（3℉）。
该地面仪表有三个测试档位，处在压力档时测试压力，处在温度档时测试井下温度，位于绝缘档时可以停机后测试机组绝缘。
图3-29
地面使用条件是：使用场合环境温度为一40～50℃，空气湿度不大于85％（20℃时），防雨防沙，无爆炸气体，无腐蚀、无导电尘埃和激烈振动和颠簸。
3）毛细管测压系统
图3-30

毛细管测压系统是美国普鲁特(PRUETT)公司一方面研制并应用于实际生产测试。其构成涉及地面和地下两大某些。地面某些有压力变送器和数据采集系统如图3—36所示，地下某些有传压筒。测试毛细管和延长杆（抽油杆）等，图3一37所示，毛细管内布满工业氮气或氦气。其原理是基于“U”管原理，筒毛细管内气体将井底压力传至地面。如果忽视气柱产生压力，则地面压力可以视为传压筒所处位置压力，可以用于寻常生产管理。如果进行压力恢复测试，用于试并解释，则需要进行气柱压力修正，可以用下式计算

式中 PB——传压筒处压力，MPa；
Ph——地面压力变送器读取压力，MPa
——氮气相对密度；
h——传压筒垂直深度，m；
T——井口到传压筒处平均温度，K；
Z——传压气体（氮气）平均压缩因子，无因次。
该系统可以用于长期生产测试、压力恢复测试、压降测试、变产测试、干扰试井等油水井测试。具备井下无电器元件、寿命长、可重复使用、测试以便、无需作业、节约操作费。测试精度高等优特点。

图3-34
图3-33
图3-32

图3-31

图3-37

图3-35
图3-36

4) 测压阀测试装置
测压阀测试装置自身不能进行测压，必要通过下人压力计才干完毕测压工作。测压阀由工作筒和堵塞器构成，工作筒与油管相连并与油套环空相通，堵塞器坐落在工作筒内，生产流体通过工作筒和堵塞器环空生产。当堵塞器处在正常位置时，堵塞器密封工作简，油套不连通；当压力计坐落在堵塞器上并振击时，油套连通，通过传压杆将压力传至压力计，生产流体通过工作筒和堵塞器进人油管内。当前有三种测压阀，图3—38是I型测压阀工作筒，图3—39是其堵塞器，图3—40和图3—41是Ⅱ型测压阀工作筒和堵塞器。
测压阀普通位于单流阀以上l—2根油管处，可以测泵出口和人口压力，同步可以代替泄油阀。普通用于稀油油井和高含水油井。
5）“Y”型管柱测试装置
“Y”型管柱是电潜泵采油和测试一种特殊管柱，在“Y”型接头及测压工作筒（图3—42）一侧悬挂电潜泵机组，一侧悬挂可以通至油层测试管柱。测试侧有一种工作筒，筒内可以安地堵塞器。堵塞器器两种．一种县生产诸塞器（图3—43）．一种是测试堵塞器（图3—44）。生产堵塞器是一种盲堵塞器，正常生产时防止生产流体回流至泵如下；测试堵塞器上有一种通孔，用于生产测试通过钢丝，既保证油管与堵塞器密封，又密封堵塞器和钢丝。其测试原理是，在捞出生产堵塞器后，将组合好测试工具串和测试堵塞器（前者在下）一起下人井内，测试堵塞器在工作筒处被挡住，测试工具串继续下行到达预定测试位置进行测试。该种方式可以测试任何位置压力，可以进行分层压力测试和笼统测试，也可以测试出液剖面。
图 3-41 测压
阀堵塞器
图 3-40 II型测压阀工作筒
图 3-38 I型测压阀工作筒构造图
图 3-39 I型测压阀堵塞器

图 3-44 测试堵塞器
图 3-43 生产堵塞器
图 3-42“Y”型接头及测压工作筒

6）动力电缆
动力电缆是电机与地面控制系统相联系传送电力纽带和PSI/PHD信号通道，是一种耐油、耐盐水、耐其他化学物质腐蚀油井专用电缆，工作于油套管之间。分为小扁电缆（又叫电机引线，俗称小扁）、大扁电缆（俗称大扁）和圆电缆，图3—45是其构造示意图。按温度级别可以分为90℃、120℃、150℃等3个级别，某些厂家还可生产更高级别潜油电缆。
图 3-45电缆构造示意图
电缆普通由导体、绝缘层、护套层和钢带铠装构成。导体芯线普通是三芯实芯或三芯七股绞线，作用是传递电能。
绝缘层为芯线外挤包塑料或橡胶，具备很高介电性能和可靠密封性，其作用是保持电缆电气性能长期稳定。绝缘材料普通有乙丙橡胶和聚丙橡烯等。
护套层是在三根芯线成缆后绝缘层外挤包橡胶或铅护套，以防止绝缘受潮、机械损伤和原油、盐水、H2S、CO2等化学物质浸胀、腐蚀，有一定机械强度和良好气密性。低于90℃井，护套层材料普通为了睛橡胶，高于120℃和高含气井普通采用铅护套。
钢带销装处在电缆最外面，为瓦楞构造，对护套层起束缚作用和防止下井过程机械损伤。普通井采用镀锌钢带，腐蚀性大井采用Monel合金材料。
衡量潜油电缆性能指标有5个，即绝缘电阻、直流电阻、电容、电感和直流耐压，某些厂家也有交流耐压。绝缘电阻用于衡量绝缘性能，越高越好，普通不不大于1000M／km，采用摇表测量。直流电阻是衡量电缆压降损失指标和电缆尺寸选取根据，可以用万用表直接测量，也可以计算，只有几种欧姆，普通4如下。直流耐压是通过室内水池实验进行测定和出厂检查。电容和电感随材料、构造和长度变化，测试仪表精度较高，普通不作出厂检查。
表 3—4美国CETRILIFT电缆参数
小扁是专为以便电机更易在下井过程中通过设计，尺寸较小，普通电潜泵生产厂家随机组配套。惯用电缆参数如表3—4
7)电缆头
电缆头是电机和电缆连接特殊部件，其质量好坏直接关系到电机运营寿命，规定较高电气和机械性能。当前，各个电潜泵生产厂家均有自己独特产品，种类较多。从性能和构造分为两种：缠绕式（图3—46）和插入式（图3—47）
图 3-46 缠绕式电缆头构造图
图 3-47 插入式电缆头构造图
8）单流阀
图 3-48 一种惯用单流阀构造示意图

图 3-49 泄油阀构造示意图

图3—48是惯用一种单流阀，其作用重要是：保护足够高回压，使得泵在启动后能不久在额定点工作；防止停泵以上流体回落引起机组反转脱扣；便于生产管柱验封。普通安装在泵出口1~2跟油管处，采用原则油管扣于上下油管连接。
9）泄油阀
泄油阀普通安装在单流阀以上1~2跟油管处，它是检泵作业上提管柱时油管内流体排放口，以减轻修井机符合和防止井液污染平台甲板和环境。泄油阀当前有两种：投棒泄流、投球液力泄流。前者用于稀油和高含水稠油井比较适当，用于稠油井泄油成功率低；后者可以重复使稠油井泄油更好，成功率高。图3—49是惯用一种泄油阀。
图 3-50 电缆护罩构造示意图

10）扶正器
扶正器重要用于斜井，位于电机尾部，使电机居中，使得电机外部过流均匀，散热环境好，防止电机局部高温而损坏。“Y”型管柱井不采用。
11）电缆护罩
电缆护罩与电缆一起通过绑带固定在油管外表面，防止电缆在下井过程中受到机械损伤。分大扁护罩和小扁护罩两种。小扁护罩构造普通是槽钢构造，尺寸较小。大扁护罩有笼形构造和筒形构造两种，见图3—50。
2．地面系统构成及作用
如图3一2所示，电潜泵采油系统地面某些由配电盘、变压器、控制柜或变频器。接线盒和采油树井口构成，某些特殊油田还配有变频器集中切换控制柜。
(1) 变压器
电潜泵专用变压器工作原理与普通变压器基本相似，本手册不作简介。电潜泵变压器作用是为电潜泵提供高达几百乃至几千伏工作电压。
当前，按其冷却方式可以分为油浸式和空冷式（干式）两种，按使用环境可分为船用和陆用（本书只简介船用），按用途可以分为降压变压器和升压变压器。当前，有厂家将变压器铁芯分开，有作为一体，因而又可以分为单相变压器和三相变压器。
船用油浸式变压器重要构造部件铁芯、线圈、套管、分接开关、油池、外壳和散热片构成；于式变压器则重要由铁芯、线圈、分接开关、外壳构成。油浸式变压器体积相对较小，干式变压器体积较大但具备散热性能好、噪音小、防爆性能好、寿命长，比较合用于海上油田开发。当前海上油田使用是三相干式或油浸式船用变压器。
变压器额定参数有如下几种：
额定容量SN，是变压器视在功率，单位用VA、kVA或MVA表达。
原边额定电压U1N，表达变压器额定输人电压，指线电压，单位用V或kV表达。当前海上用变压器输人电压普通为3300V、460V或380V。
副边额定电压U2N，表达变压器额定输出电压，指线电压，单位用V或kV表达。海上油田规定输出电压范畴较宽，可以达到500～2500V。
原边额定电流I1N，表达变压器额定输人电流，指线电流，单位用A表达。
副边额定电流I2N，表达变压器额定输出电流，指线电流，单位用A表达。
额定频率，国内使用变压器为50HZ。
尚有其他参数，诸如：分接开关档数、电压级差、额定效率、容许温升、变压器相数。接线图、阻抗、避雷方式、使用环境规定。
变压器出厂或使用前应作如下检测：电压比实验（采用双电压表法或交流电桥法）、绕组电阻实验（采用单臂或双臂电桥测量）、绝缘性能实验、变压器油实验、空载实验、短路实验等。
当前，有两种变压器系统，一种是一台变压器对一台电潜泵供电单一变压器，一种是一台变压器对多台电潜泵供电公用变压器。
表 3—5 天津第二变压器厂生产潜油泵变压器基本参数
型 号
容量
kVA
相数
高压
V
低压
V
连接方式
阻抗

质量
kg
外形尺寸
rnm×rnm×mm
SQ—100／1．l—CY
100
3
1035，1100，
1145
380
Y，dll
4.5
1020
930 ×600 × 1400
SQ—125／11—CY
125
3
1365，1405，
1445，1485，
1525，1565，
1605
380
Y，dll
5
1300
10I5×1090×1700
（2）控制柜
潜油泵控制柜是一种专门用于电潜泵启停、运营参数监测和电机保护控制设备，分手动和自动两种方式。具备短路保护、三相过载保护、单相保护、欠载停机保护延时再启动。自动检测和记录运营电流、电压等参数功能和环节。当前，某些电泵控制设备生产厂家针对海上油田稠油井开发出了具备数据储存、数据远传、设备遥控、绝缘和电阻自动检测、反限时保护、三相电流电压不平衡保护等功能电潜泵控制柜。
当前比较流行使用电潜泵控制柜外观和构成如图3一50示，其电气控制某些有三大某些，即主回路、控制回路和测量显示三某些。主回路涉及自动空气开关、真空接触器、电流互感器、控制变压器，控制回路有中心控制器（常称PCC）、选取开关、启动按钮、控制开关、桥式整流电路，测量显示某些重要有自动电流记录仪（又称圆度仪）、电压表、信号灯和井下压力温度显示仪。
使用环境要达到如下条件：海拔不超过1000m，环境温度在－20～40℃，相对湿度不超过80％，无易燃气体，在爆炸环境中无腐蚀和破坏绝缘气体及导电尘埃，无激烈振动和强力颠簸，安装垂直倾斜度不超过5°。
其工作原理是：当主回路自动空气开关合上后，接上控制开关，控制回路经控制变压器获得一种110V控制电压，把选取开关转到手动位置，在检查、调节和确认PCC设定参数后，按下启动按钮，中间继电器吸合，常开触点闭合，真空接触器吸合，主回路接通，地面高压电源经接线盒和动力电缆送给井下电机，电机就开始运营，其面板上运营批示灯亮。PCC随时监测电机运营电压电流，当运营电流超过PCC过载设定值（普通为电机额定电流1.2～1.5倍）时，PCC发出信号中断中间继电器线圈电源而使常开触点断开，真空接触器线圈失电，触点断开，主回路失电，电机停止运营，运营灯熄灭，过载批示灯亮。当运营电流低于PCC欠载设定值（普通为电机额定电流或运营0.7～0.8倍时），PCC发出停机信号(其过程与过载相似)，电机停止运营，运营灯熄灭，欠载批示灯亮。
图 3-50 控制柜外观示意图

当前，随着电机保护规定提高和保护数学模型发展，提出了更多电机保护工况，如：单相保护、过电压保护、过电流保护、电压不平衡保护、电流不平衡保护、低流压保护、过温保护等等，其停机保护原理和过程与过欠载相似。
控制柜额定参数有：额定电压、额定电流和容量等。
（3）变频器
图 3-52 恒压源变频器地面设施配备示意图

图 3-51 两类变频器电流波形图

变频器是电潜泵采油系统一种新型控制设备，具备如下几大特点：①输出频率可在30～90Hz范畴内持续变化，使得电机转速1700～5130r／min内变化，泵排量变化范畴是额定排量0.6～1.8倍，扬程范畴为0.36～3.24倍；②可以在8～10Hz频率下启动电机，达到恒转矩软启动目，启动电流只有额定电流1～1.5倍，大大减少了电机启动时电流和机械冲击，利于延长电机寿命；③可以通过编程控制实现工作频率随油井供液和负载状况变化，如供液局限性时频率减少，泵沉没度大人民吸口压力高时增大频率以增大排量和扬程，保证不断机变化泵工作参数而减少启动次数和以最小能量举升液体，延长寿命和发挥最佳效益；④可以变化井下电机电感负荷，提高电机功率因素，可以平稳保护电机转人欠压和超压状态下工作。
当前，用于电潜泵采油系统变频器有两种，一种是恒压源，一种是恒流源（常称PWM）。恒流源变频器输出电流特性比恒压源好，如图3—51所示，恒流源电流是由脉宽调制，波形非常光滑，几乎跟正弦波一模同样。而恒压源输出电流由脉冲调制，波形由大大小小矩形波构成，高次谐波成分非常多，极不光滑，对电机和电缆绝缘性能和线
路损失很大。
图 3-53 恒流源变频器地面设施配备示意图
同步恒流源变频器具备占地省特点。恒压源变频器地面设备配套是高低高或低高系统，如图3—52所示；恒流源则内部可以调制输出高压，不需要升压变压器，见图3—53恒压源变频器工作原理图如图3—53所示，详细是：低压电源480／380V分两路进人控制柜，一路经开关CBl及保险送人控制器，一路经开关CB2进入配电盘通过变压器变成 110V控制电源供控制系统使用。启动控制柜后，PFC继电器吸合，冷却风机和潜油电机开始运营，PR继电器吸合，运营批示灯亮，控制系统处在工作状态。送人控制器交流电又分三路，一路经变压器变成230V后再经变压器Tl变成48V交流电，再经桥式整流滤波后送给控制器计算机及各继电器和控制电路作工作电源；第二路经变压器T2变压后再经桥式整流器作为与充电电路工作电源；第三路送人主回路，经六个晶闸管构成三相桥式可控整流电路变交流为直流，即正变电路，经整流后直流再经C2A、C2B电容滤波后送给逆变电路，依照计算机指令将直流变成预定频率交流。
变频器普通涉及如下几种回路：雷击保护装置回路、线路抑制板回路、正变电路、逆变电路、绝缘电路、顾客接线板回路、计算机板回路、调节板回路、振荡板回路和逆变驱动板回路等几种某些。
（4）变频器集中切换控制柜
变频器集中切换控制柜是专门用于电潜泵井需要进行软启动而每口井都安装变频器时又受到平台空间限制地方，对于海上稠油油田特别实用。通过它，一台变频器可以拖动各种电机。某个海上稠油油田在使用这套系统之前，由于油稠，电潜泵在启泵过程中多次浮现过载停机，缩短电机使用寿命，甚至发生电机烧毁事故。在使用该系统进行电潜泵启动排出死稠油后，油井可以不通过任何其他解决就能顺利启动电潜泵，且未再浮现过在启动过程中电机烧毁事故。
该系统不但可以用于软启动，还可以用于单井变频调产试井，以及该系统内任一口井地面备用系统。
集中切换控制柜工作原理如图3－54示，它运用了变频器降频降压恒转矩特性，通过降频来减少启动电压和启动电流，防止电机发热而烧毁，又能保证最大启动转矩T。不变而顺利启动，迅速达到额定转速。

式中 Tmax——最大转矩，N·m；
np——电机级数；
V——工作电压，V；
f一一工作频率，Hz；
r，l——电机构造参数。
图 3-54 电潜泵集中切换控制柜工作原理图
系统中降压变压器1（图3-54）将供电系统高电压变成变频器2可以使用380V或460V，如果供电系统可以提供变频器工作电压，该变压器可以取消。升压变压器3则是将变频器输出非工频电流升至系统上任意电潜泵地面工作电压，规定该变压器为变频变压器，可以适应10～70Hz工作范畴。变频器将50Hz、460V电流转换成8～100Hz、460V非工频电流，并对变频器和电机保护参数进行设立和保护，记录运营电流，它还可以一种小插件更换相序。总闸5是集中控制柜上总电源闸刀开关，真空接触器6和7分别位于工频控制柜和集中控制柜。
它通过计算机预操作、触点连锁、电磁锁灯光连锁等三级连锁保护来保证工频电源和变频电源不浮现同步给同一台电机供电冲突而发生严重事故。
(5)接线盒
图 3-43 变频器集中切换控制柜工作原理图
接线盒是电潜泵井下电缆与地面电缆之间过渡连接装置，其作用是排放通过电缆保护套渗到地面天然气，防止天然气沿电缆进人控制柜而发生爆炸。火灾等不安全事故；另一种作用是以便地面接线工作。它必要安放在通风良好、空气干燥环境，必要具备防滴、防渗和气体排放等功能。图3－55是美国REDA公司接线盒。
图 3-55 电潜泵井口接线盒

（6）电潜泵井口
电潜泵井口与自喷井采油树井口大体相似，区别仅在于其压帽和油管挂有所差别，其参数和用法详见《海上油气田完井手册入》。
三、地面配套流程
1．生产管汇
电潜泵生产系统与其他类型井同样，每口井产出流体都需要通过管线、控制阀门和管汇与其他井液汇集在一起，经解决系统加工后才干成为商品油。图3-56是必配流程管件示意图，必要满足井口压力、温度录取、化验取样、紧急关井、油气水计量等需要。
2．洗井管汇及流程
对于电潜泵井来说，检泵作业是必然，必要配备压井和洗井作业设备和流程，规定管线压力级别必要满足洗井压力级别需要，视油井深度和油层压力而定。普通油田洗井流程和管汇是固定，为了节约投资，某些油田采用暂时洗井管线。洗井流程管汇如图3－57所示。
图 3-56 电潜泵井生产管汇流程图

图 3-57 电潜泵井洗压井管汇流程图

图 3-58 定压放气阀构造图

3．套管气定压排放
随着电潜泵采油工艺发展，为减少游离气体对电潜泵效率影响和避免气蚀气锁发生，人们往往在电潜泵人口处安装一种气体分离器，电潜泵工作时不断地向油套环形空间排人游离气体，随着生产进行，环空中气体越集越多，压力不断升高，迫使油气界面不断下降，当其降到泵吸口附近时，泵发生抽空现象，分离器失去作用，这就是为什么环空要保持一定沉没度（即液面高度）因素。维持一定液面高度，可以通过人工放气来实现，但往往使得流程受到冲击，各容器液位不稳，波动大，甚至引起流程关断。套管气定压排放阀可以实现电潜泵井环空气体定压排放，图3－58是定压放气阀构造图，安装流程见图3－59，放气阀安装在采油树套管闸门与生产管汇之间。
通过控制合理套压可以获得最佳产量（图3－60），既防止了套管气进泵，又减少了气体在液体中流动阻力。

图 3-59 定压放气流程

图 3-60 某井实测产量－套压曲线

第二节 电潜泵管柱及测试
一、电潜泵常规管往
1．有自溢能力井常规管柱
有自溢能力井常规管柱管柱构造如图3－61所示。该管柱可以保证油井在特殊状况下不向外溢流，合用于有自溢能力单采或多层合采油井。
2．无自溢能力井电潜泵常规管柱
无自溢能力井电潜泵常规管柱构造是在有自溢能力井电潜泵常规管柱基本上去掉过电缆封隔器和安全阀。该种管柱构造简朴，施工以便，合用于无自溢能力单采或多层合采油井。
二、电潜泵测压阀测试管柱
1．有自溢能力井测压阀测试管柱
有自溢能力井测压阀测试管柱如图3－62所示。该管柱可精准测试泵吸人口和排出口附近压力和温度，同步也为检泵作业提供压井液循环通道和起管柱时泄流通道。合用于有自溢能力单采或多层合采油井。
2．无自溢能力井测压阀测试管柱
无自溢能力并测压阀测试管柱比图3－62管柱构造少安全阀和过电缆封隔器。在油井无自溢能力状况下具备有自溢能力井测压阀测试管柱特点。
三、电潜泵“Y”型分采分测管柱
1． 有自溢能力井“Y”型分采分测管柱
管柱构造如图3-63所示。通过对滑套开关或在工作简内投捞堵塞器，进行封上采下、封