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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本提纲,一、基本概述,二、多相流理论,1.流体PVT理论,2.多相管流理论,三、油井流入动态理论,四、系统优化设计理论,1.,自喷井系统优化理论,2.有杆泵井系统优化理论,3.电潜泵井系统优化理论,4.气举系统优化理论,一、基本概述,1.基本原理,生产参数优化是指基于地层供液情况，在一定目标函数下，应用节点分析,技术，综合各种生产参数，同时在一定边界条件下，求出满足特定条件的各种,参数组合，再根据各种影响因素权重，从而优选出最佳生产参数的方法。,具体来说，就是根据地层供液情况，最大限度发挥举升设备效率，从而,将一定量产液举升至地面。因此，要进行生产参数优化，就必须研究两种流动,规律。一是地层供液情况。即油井流入动态，主要表现为从油藏到井底的渗流,规律，通常用IPR曲线来表征；其次，井筒举升状况。即油井流出动态，主要表,现为流体从井底到井口（或地面分离器）的多相管流，通常用TPC曲线来表征。,而优化的目的是使油井以优选的参数稳定、高效生产，因此，只有准确,地了解了地层供液情况，才能充分挖掘所需产量，进而基础于合理的地层供,液，应用多相管流，计算出相应的举升参数。即求出生产协调点。,杆,井底,泵,油藏,井口,分离器,抽油机,2.研究对象,一、基本概述,流入动态曲线(IPR),Q,P,w,f,流出动态曲线(TPC),生产协调点,(P，Q),设计原则：,质量流量守恒：Qi=Qo 能量守恒规律：Pi=Po,对于一般的油藏开发，通常应用最多的是黑油模型，因此下面主要以黑油模型为主进行相关理论研究。,黑油模型：属于二维三相模型，它用两个 组分来近似描述碳氢体系的多相流。一个组分是不可挥发的组分,(,即所谓黑油）；另一个组分是溶解于油相的可挥发组分，为气组分。也可以说，气、油间只有一种方式的相转化发生。即气从油中出入，但油不能气化为气相。,在这个模型中流体流动。假设至多存在三个不同的相,:,油、气和水。一般情况下，水是润湿相，油具有中等润湿性，气相是非润湿相。,假设油和水互不相容，并且它们之间没有质量交换或相变。,假设气相可溶于油中，但一般不溶于水，如果假设在储罐条件下气相的溶解度为零，则可认为油藏中的油是两个组分的溶液：在标准 条件下储罐油和气。,黑油模型,二、多相流理论,（1）流体物性计算,溶解气油比：,在一定温度和压力下，单位体积地面原油中所溶解的气量。,1.流体PVT理论,由于黑油模型中，流体性质主要取决于油气两相性质，因此液相,中气相含量的多少对液相各项性质影响较大。主要表现为：,气相密度远小于液相密度；,气相粘度远小于液相粘度；,溶解气的多少对原油的体积系数、压缩系数影响较大,溶解气油比对流体物性的影响,溶解气油比计算模型：,Standing,方法,Lasater,方法,Vasquez-,Beggs,方法,Glaso,方法,Mahoun,方法,Standing 于1947年对美国加利福尼亚州105个油样实验测定的基础,上，提出的一个确定溶解气油比的图形关系。,（1）流体物性计算,溶解气油比,-,Standing关系式,1.流体PVT理论,Laster于1958年在对137个独立流体系统的158个饱和压力测试数据的基础上，提出了确定溶解气油比的关系图。后来又将其表达成数学形式。,注：Vasquez 和 Beggs 在对Laster和Standing两种溶解气油比计 算关系式进行结果比较后，认为Laster相关式适于 API大于15,Standing相关式用于 API小于15时会更准确。,（1）流体物性计算,溶解气油比,-,Laster关系式,1.流体PVT理论,于,1980,年提出，该关系式建立在,5008,个测试数据点的基础上。,依据,API,是否大于,30,分成两组。,（1）流体物性计算,溶解气油比,-,Vasquez-Beggs关系式,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,溶解气油比-,Glaso关系式,溶解气油比-,Marhoun关系式,1.流体PVT理论,原油在地下体积与其地面脱气后标准状况下体积的比值。一般情况下，由于地下溶解气和热膨胀影响远远大于弹性压缩对原油体积的影响，因此，地层油的体积总是大于它在地面脱气后的体积，故原油的地下体积系数大于1。,相应计算模型：,Standing,方法,Vasquez-,Beggs,方法,Glaso,方法,Ahmed,方法,原油体积系数,（1）流体物性计算,1.流体PVT理论,1981年,由Standing在其1947年提出的用于确定原油体积系数的图形上发展的数学表达式。其用于确定原油体积系数的图形是在对22个不同的美国加利福尼亚原油流体系统的105个实验数据点结果统计基础上提出来的。,（1）流体物性计算,原油体积系数-,Standing关系式,1.流体PVT理论,建立在,5008,个测试数据点的基础上，对分离器压力做考虑。,依据,API,是否大于,30,分成两组。,（1）流体物性计算,原油体积系数-,Vasquez-Beggs关系式,1.流体PVT理论,1980,年由,Glaso,根据,45,个油样的,PVT,数据研究提出来的,用于计算小于泡点压力下任意压力时的地层总体积系数,（1）流体物性计算,原油体积系数-,Glaso关系式,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,原油体积系数-,Ahmed关系式,1.流体PVT理论,反映流体流动过程中内部的摩擦阻力，粘度受压力、温度和溶解气以及分子量的影响大。粘度分为动力粘度和运动粘度。,其中：,基本特性,：,在一定温度下，当压力低于饱和压力，粘度随压力增加而降低；当压力高于饱和压力，粘度随压力增加而升高；,温度升高时，液体分子运动速度增大，分子间引力减小，液体粘度降低。,（1）流体物性计算,原油粘度,1.流体PVT理论,原油中溶解气量越多，原油粘度越低。,烃类分子量越大，原油粘度越大,计算模型,死油粘度（地面脱气后的原油粘度）,Beggs,-Robinson,Glaso,饱和原油粘度,Beggs,-Robinson Khan,未饱和原油粘度,Vasquez-,Beggs,Khan,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,原油粘度,Beal 关系式,在1981年由Standing根据Beal在1946年提出的关系曲线发展得出。Beal的关系曲线是由753个温度在100,o,F以上的死油粘度数据归纳得出。,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,原油粘度死油粘度,Beggs-Robinson 关系式,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,原油粘度死油粘度,Glaso关系式,Beggs-Robison关系式,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,原油粘度饱和原油粘度,Khan关系式,饱和压力：,低于饱和压力：,Vasquez-Beggs 关系式,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,原油粘度未饱和原油粘度,Khan关系式,Beggs-Brill 关系式,该关系式由Beggs 和Brill 于1974年根据实验数据提出。是目前比较通用的计算方法。,1.流体PVT理论,（1）流体物性计算,水的粘度,一定压力和温度下，一定质量气体实际占有的体积与相同条件下理想气体所占体积的比值。,天然气压缩因子,Papay,Hall-Yarborough,Dranchuk-Abu-Kassem,Dranchuk,-Purvis-Robinson,（1）流体物性计算,天然气压缩因子,1.流体PVT理论,Papay 关系式,（1）流体物性计算,天然气压缩因子,Hall-Yarborough 关系式,1.流体PVT理论,Dranchuk-Abu-Kassem 关系式,（1）流体物性计算,天然气压缩因子,Dranchuk-Purvis-Robinson 关系式,1.流体PVT理论,2.多相流理论,当流体由油藏流至井底后，若想将等量的流体从井底举升至地面，就必须克服油管中的各种压力损失。而无论何种举升方式的油井在井筒中的流动大都是油-气-水三相混合。因此，对于采油来说，油-气-水混合物在井筒中的流动规律（井筒多相流理论）是研究各种举升方式下油井生产规律共同的理论基础。而在许多情况下，油井生产系统的总压降大部分用来克服混合物在油管中的重力和摩擦损失。,因此，基于理想的流体物性计算模型，可以更精确地进行井筒多相管流计算。而目前多相管流计算，由于其流体的非均质性和流动型态的多变性，目前还没有切实可用的严格的数学解。对这一问题的研究大多是从基本方程出发，利用实验资料进行相关分析和因次分析等来相关各个变量的近似关系。,多相管流是指在管路中有各种游离的气体和液体同时流动。通常在石油工程中应用多相流相关式预测管路中的压力损失。其表达式如下,总压力损失包括：,高度引起的损失（克服重力损失）、摩擦引起的损失（摩阻损失）、,加速度引起的损失,2.多相流理论,由压降计算模型可知，影响压力损失因素由：流体的物性、高度、流经路程密切相关。即包括流体密度、粘度、溶解气油比、产量、含水、油管尺寸等。,影响因素：,垂直多相流简化公式为,2.多相流理论,发表于1973年。适用于所有范围的多相流及任意倾角的气液两相管流计算。属于普适化相关式。,Beggs-Brill方法,2.多相流理论,发表于1965年。更 适用于雾流（气井或含气量很大油井）,较适应于其他流态计算的普适化相关式。,Hagedorn-Brown方法,2.多相流理论,发表于1967年。更适用于垂直管流计算。,将油气水多相流动划分为四种流态，且分别对每一流态建立了相应的滑脱速度和摩阻计算式。这四种流态是：泡流、段流、过渡流和雾流。,Orkiszewski方法,2.多相流理论,开始,基本参数,确定起点及该点的压力、温度、产量、含水和生产气油比,选取迭代深度间隔h,估计h内的p1,计算h内的流体温度及物性参数,计算dp/dh,计算h内的压降p2,|p1-p2|,计算下一点深度Li及压力Pi是否完成设计的管流范围,返回,以Li、Pi为起点,p1=|p1-p2|/2,井筒压力计算流程,2.多相流理论,基本提纲,一、基本概述,二、多相流理论,1.流体PVT理论,2.多相管流理论,三、油井流入动态理论,四、系统优化设计理论,1.,自喷井系统优化理论,2.有杆泵井系统优化理论,3.电潜泵井系统优化理论,4.气举系统优化理论,油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向油井供液的能力。通常用流入动态曲线表示（Inflow Performance Relationship）简称IPR.从单井来讲，IPR曲线表示了油层的工作特性。因而，它既是确定油井合理工作方式的依据，也是分析油井动态的基础。,而油井流入动态规律与油藏驱动类型有关。且即使在同一驱动方式下，其具体关系还取决于油藏压力、油层厚度、渗透率、流体物性及完井状况等。因此，当地层压力或储层物性发生变化时，地层供液情况随之而变。因此，及时了解油井流入动态是制定油井合理工作制度的基础和根本。即当地层供液发生变化时，需要及时地调整相应的工作制度。,三、油井流入动态理论,直井与定向井：,PI,方法,Vogel,方法,Fetkovich,方法,Jones,方法,Jiang,方法,PSS,方法,水平井：,Cheng,方法,Giger,方法,Borisov,方法,Joshi,方法,计算模型,三、油井流入动态理论,流入动态计算模型,直线方程（PI）,仅适用于弹性驱动。亦即仅适用于油井井底流压大于流体饱和压力的IPR计算。当弹性驱动时，它又是油井普遍遵循的规律。,适用于圆形(或等效非圆形封闭)供油边界、径向单相流。,Darcy 方程,三、油井流入动态理论,发表于,1968,年，适用于溶解气驱、水驱或综合型驱动。即,P,wf,P,b,圆形、单层、径向均质渗流，且含水饱和度一定,.,PVT,特性和储层渗透率特性差别较大的各种类型。,主要适用于油藏开采初期、完善井和油气两相流，其中后期也适用。,对引用拟和点比较敏感,流入动态计算模型,Vogel方法（直井）,三、油井流入动态理论,发表于,1976,年。,A,、,B,的值由生产测试数据拟合得出。,流入动态计算模型,Jones方法（斜井和水平井）,流入动态计算模型（,斜井和水平井,）,Cheng方法(无归一化处理),三、油井流入动态理论,其中,a,、,b,、,c,值在不同井斜角下，其经验值不同。,1973,年提出，与普遍使用的气井,IPR,的回压方程具有相同的形式。,n,是取决于油井性能的指数，,C,是流动系数，,n,和,C,的值由油井生产测试或稳定试井资料拟合得出。,一般得出产率较高的动态曲线,详见升举法采油工艺卷一,56,页,饱和油藏：,未饱和油藏：,流入动态计算模型,Fetkovich方法（斜井和水平井）,三、油井流入动态理论,流入动态计算模型,Giger方法,Borisov方法,三、油井流入动态理论,基本提纲,一、基本概述,二、多相流理论,1.流体PVT理论,2.多相管流理论,三、油井流入动态理论,四、系统优化设计理论,1.,自喷井系统优化理论,2.有杆泵井系统优化理论,3.电潜泵井系统优化理论,4.气举系统优化理论,宏观生产状态评价,流体PVT模型选择,油井流出动态模型选择,油井流入动态模型选择,单井生产参数合理性分析,优化设计方案,现场作业成本等约束条件,油气井系统优化解决方案,四、系统优化设计理论,分离器,地层,气举、电潜泵、有杆抽油泵等,油管,井口,井底,生产系统组成,四、系统优化设计理论,节点设置,通过解节点的选择，油气井生产系统被分为两大部分：流入（Inflow）动态和流出（Outflow）动态,部分。通过对流入和流出动态的模拟求得流入和流出规律特性，再分析对比流入和流出特性，近而优化出最佳生产参数。,解节点的选择：,（1）解节点处只有一个压力；,（2）通过解节点只有一个与该压力相对应的流量。,解节点的位置可以在油气井生产系统内任意选择，原则上需依据所解决问题的目的而定。例如，在分析井下生产设备影响时，解节点可选择在井底,处。大多数油气井生产系统分析问题中，解节点一般选择油井井底处。,四、系统优化设计理论,通常，以井底为求解点。即将整个系统分为两个子系统，即油藏到井底和井底到井口两子系统。分别以渗流规律和井筒多相流规律来表征，然后通过解节点，进而求出满足一定供液条件下，优选出井筒举升设备的举升参数大小。,节点系统分析,流入动态曲线(IPR),Q,P,w,f,流出动态曲线(TPC),生产协调点,(P，Q),四、系统优化设计理论,基本提纲,一、基本概述,二、多相流理论,1.流体PVT理论,2.多相管流理论,三、油井流入动态理论,四、系统优化设计理论,1.,自喷井系统优化理论,2.有杆泵井系统优化理论,3.电潜泵井系统优化理论,4.气举系统优化理论,1.自喷井系统优化设计理论,任何油井的生产都分为三个基本流动过程,从油藏到井底的流动油层中的渗流；从井底到井口的流动井筒中的流动；从井口到分离器的流动在地面管线中的水平或倾斜管流。对自喷井，原油流到井口后还有通过油嘴的流动嘴流。因此，自喷井可以分为四个基本流动过程。,油井稳定生产时，整个流动系统必然满足混合物的质量和能量守恒原理。要使油井连续稳定自喷，就必须使这四个不同的流动过程既相互衔接又相互协调起来，其中任何一个流动过程发生变化都会影响其它过程，从而改变自喷井的整个生产状况。,1.自喷井系统优化设计理论,对自喷井采油来说,除了涉及到前面所述的油井流入动态曲线、多相管流等相关理论外，通常井口安装有油嘴，即通过油嘴来进一步控制稳定油井产量。因此，了解和掌握多相流的油嘴相关式很重要。因此，这里主要给大家介绍嘴流方面的相关式。,多相流的嘴流相关式主要有：坦格令方法、吉尔伯特法、奥玛纳法以及阿洪法等。,（1）坦格令等相关式,1949年，坦格令、C.H.道奇和H.S.赛弗利特等人发展了一个有关气-水混合物流过一个德.拉瓦尔喷嘴的运动方程。坦格令方法的意义在于证明，这种混合介质变得不能将流动上游的压力传递过去。,这一结论对现场很重要，因为自喷井的选择油嘴是很普通的事，在选择时要注意做到临界流速以避免下游压力的轻微变动就影响到油管头的压力，从而影响了该井的生产能力。,1.自喷井系统优化设计理论,（2）吉尔伯特的方法,假设锐角边的嘴流，且实际混合物在经过油嘴时的速度超过了声波速度，所以下游的或井口出油管的压力就不会影响到上游压力和产率。当上游的压力比下游压力至少为其二倍时，就可认为已达声波速度。但是，吉尔伯特指出，当下游压力是上游压力的70%时，其公式仍然是不错的。,1.自喷井系统优化设计理论,（3）阿洪相关式,上式与吉尔伯特用于某油田的公式及其类似，他从预测穿越油嘴的压力损失的公式出发推导而成。,1.自喷井系统优化设计理论,（4）其它相关式,上式是根据国内外百口井资料统计，推导出的比较通用的嘴流计算公式。但只适用于临界流动状态下，即下游压力小于或等于上游压力一半时的情况。,必须注意，油嘴流动等式有很强的经验性，与油田条件有关。因此，在实际应用时，应根据油田具体条件，收集及分析与油嘴有关的参数资料，以便校验各相关式，进而得出适合于本地区的计算公式。1.自喷井系统优化设计理论,基本提纲,一、基本概述,二、多相流理论,1.流体PVT理论,2.多相管流理论,三、油井流入动态理论,四、系统优化设计理论,1.,自喷井系统优化理论,2.有杆泵井系统优化理论,3.电潜泵井系统优化理论,4.气举系统优化理论,1.有杆泵井生产参数优化设计,有杆抽油泵生产参数优化设计是以油藏的供液能力为基础，以最大限度满足油层与井筒之间的供采平衡角度出发，应用节点分析方法、优选最佳工作参数，进行“机、管、杆、泵”的优化组合与技术配套，进而使油井以最佳的生产状态生产。,分离器,地层,抽油杆,油管,井口,井底,套管,抽油泵,有杆泵井系统优化设计理论,给定产量,流入动态（IPR,）,流出动态（TPC）,流体物性拟合,井筒压力拟合,流入动态拟合,不同抽吸参数组合,节点分析,满足要求组合,合理泵挂,合理组合,杆柱设计,预测参数,防偏磨设计,方案优选,结果输出,2.有杆泵井生产参数优化设计流程,有杆泵井系统优化设计理论,由上述设计流程可知，有杆泵井系统优化的最终目的是抽吸参数的优化，而抽吸参数优化的关键在于抽油杆柱的设计以及井筒压力计算中对抽油泵的处理。因此，在已知地层供液条件下（选用恰当的IPR计算模型后），在井筒流出规律分析过程中，如何进行杆柱设计、泵挂计算以及泵的处理是有杆泵井优化的关键。,因此，基于以上问题，对于有杆泵井优化，我们主要讨论以下两方面内容。,（1）抽油杆柱设计的方法和思路；,（2）泵的处理。在油井流出曲线分析中，由于必须计算井筒压力分布，而在抽油泵处，对泵入口和出口压力的计算是关键，因此了解对泵的处理很有必要。,有杆泵井系统优化设计理论,3.抽油杆柱优化设计,正确设计抽油杆柱是保证抽油杆正常工作的前提。如果抽油杆柱的抗疲劳强度不够，就可能发生抽油杆断裂事故；如果抗疲劳强度过大，又会增加设备投资，浪费能源。,设计原则：,在满足强度条件的基础上，使抽油杆柱重量最轻。,a.从杆柱下部向上计算，若在杆柱上某一点的应力等于所给定的许用应力时，由此开始,更换大一规格的抽油杆；,b.各级抽油杆顶部的应力相等。,这两个准则均出于等强度设计思想，其中第二种较常用。,有杆泵井系统优化设计理论,API推荐设计方法（本软件应用）,美国石油学会（API）推荐使用的许用最大循环应力计算公式：,SF-使用系数，考虑流体腐蚀性等因素附加系数（小于或等于1.0）。,载荷计算:,最大载荷,最小载荷,3.抽油杆柱优化设计,杆柱重量、液体载荷、杆柱浮重以及上、下冲程惯性载荷如下：,有杆泵井系统优化设计理论,水马力计算,4.其它参数,光杆马力计算,井下效率计算,泵效计算,有杆泵井系统优化设计理论,基本提纲,一、基本概述,二、多相流理论,1.流体PVT理论,2.多相管流理论,三、油井流入动态理论,四、系统优化设计理论,1.,自喷井系统优化理论,2.有杆泵井系统优化理论3.电潜泵井系统优化理论,4.气举系统优化理论,目 录,一、前言,二、电潜泵工作原理及系统组成,三、电潜泵机组选型设计,四、电潜泵井工况分析,电潜泵系统优化设计理论,前 言,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的一种人工举升方式。它具有排量范围大、适应性强、地面工艺流程简单、机组工作寿命长、管理方便、经济效益显著等特点。,目前电潜泵采油主要为海上油田或陆上大排量油井广泛采用，因此，对于电潜泵举升方式，掌握电潜泵的基本理论知识，对于提高油田现场管理水平，同时加强对ProdDesign模块功能理解和应用，都具有十分重要的意义，为此我们对电潜泵的基础理论知识进行了总结，以促进大家共同交流和提高。,目 录,一、前言,二、电潜泵工作原理及系统组成,三、电潜泵机组选型设计,四、电潜泵井工况分析,电潜泵系统优化设计理论,电潜泵工作原理及系统组成,一、工作原理：,电潜泵是由多级叶导轮串接起来的一种电动离心泵，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。其工作原理：当潜油电机带动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮入口。如此通过多级叶导轮的作用，流体压能逐次升高而获得足以克服泵出口后管路阻力的能量时流至地面。,主要参数：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。其额定排量和效率取决于泵型，额定扬程取定于泵型和级数，额定轴功率由额定排量和扬程确定，额定转速取决于电机结构。,电潜泵工作原理图,变压器,控制管线,防气阀,卸油阀,单流阀,电控柜,接线盒,井口,动力电缆,安全阀,电缆封隔器,电缆穿透器,生产油管,泵,油气分离器,保护器,潜油电机,油层,套管,电潜泵采油系统组成示意图,电潜泵工作原理及系统组成,二、电潜泵系统组成及作用,电潜泵采油系统由井下和地面,两大部分组成，如图所示。,1、井下系统组成,电潜泵井下系统主要由电机、潜油泵、保护器、分离器、测压装置（PSIPHD）、动力电缆、单流阀、测压阀泄油阀、扶正器等组成。,2、地面系统组成,电潜泵采油系统的地面部分由配电盘、变压器、控制柜或变频器、接线盒和采油树井口组成，部分特殊油田还配有变频器集中切换控制柜。,1、井下系统组成,（1）潜油电机主要结构、工作原理和电性能测试,潜油电机为细长式、三相鼠笼式异步电动机。它主要由定子、转子、止推轴承和机油循环冷却系统等部分组成。,根据客户功率要求，潜油电机由数个这种功率相同的细长式、三相鼠笼式异步电动机串联而成（单节），单节最大长度可达10米。更大功率电机可以由几个单节电机串联组成。,定子的铁心中均匀分布三相绕组，绕组为电机提供旋转磁场；当绕组接通交流电时，根据左手定则，,转子为电机提供电磁转矩。,根据客户的温度要求，目前国内潜油电机主要分90,0,C、120,0,C和150,0,C三种。,满负荷时电机的功率因数和效率比轻负荷时高。,额定电流不同的电机不能串联使用。,如果电机在低于额定电压下工作，电机转速下降，电流上升，长此下去，对电机寿命是非常不利的；电机在稍微高于额定电压下长期工作，通常对电机不会有明显的影响。,电潜泵工作原理及系统组成,定子截面示意图,1、井下系统组成,（2）潜油泵主要结构、工作原理及有关基本概念,潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动两大部分。固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成；转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧。电潜泵分节，节中分级，每级就是一个离心泵，结构组成如图。,潜油泵按叶轮是否固定分为浮动式、半浮动式和固定式三种；浮式叶轮多用于中小排量泵；固定式叶轮一般用于大排量泵。,离心泵的排量取决于：转速、叶轮尺寸、出口压力和液体性质，与泵的级数无关。,离心泵的扬程取决于：叶轮的圆周速度（Hu2/g）和泵的级数。,泵的扬程与所泵送的液体的比重无关;比如，泵送比重为1.0的清水、比重为0.7的油、比重为1.2的盐水和其它任何比重的液体时,其扬程都是一样的;但功率不同。,泵应在厂家所推荐的最佳范围内运转。,若实际排量超过最佳排量范围上限，则上止推轴承加速磨损；,若实际排量超过最佳排量范围下限，则下止推轴承加速磨损；,偏离的越多，上止推轴承或下止推轴承磨损得越快；,排量合理度的概念：排量合理度（泵的实际排量泵合理排量下限）/（泵合理排量上限泵合理排量下限）,一旦泵的型号和泵的级数定了之后，就意味着泵的最大扬程定了，再增加多大的功率也不会增加泵的扬程。,电潜泵工作原理及系统组成,电潜泵结构示意图,电潜泵工作原理及系统组成,（2）潜油泵主要结构、工作原理及有关基本概念叶轮,叶轮是电潜泵的核心部分，它是将机械能转变成生产流体压能的关键部件，液体通过叶轮时，液体的压能和动能都得到增加。按叶轮的作用，可将电潜泵中的叶轮分为浮动叶轮、顶部浮动、叶轮压紧叶轮、轴承叶轮等四种。前三种叶轮在泵中的安装顺序是：从上到下依次为压紧叶轮、顶部浮动、浮动叶轮。,浮动叶轮在装配后允许有一定的轴向窜动量，叶轮之间互不影响。有这样几点好处：装配时不存在轴向的长度累积误差问题；泵工作排量处于合理排量范围内工作，叶轮处于浮动状态，叶轮消耗的摩擦功率小，泵效比较高，接触部分的磨损小；否则，叶轮要么靠上贴紧导轮，要么靠下贴紧导轮，都增加摩擦和磨损，降低泵效。,压头（H）,排量（Q）,0排量合理度1,1排量合理度,排量合理度0,1、井下系统组成,（3）保护器的工作原理和主要功能,连接泵和电机。,承担电机的部分轴向负荷（带一个止推轴承）。,为电机的动力端提供密封功能，防止井液进入电机内造成绕组短路，并保持电机内的压力和井内的压力系统想连通。,补偿电机升温后电机油体积的 膨胀。,电潜泵工作原理及系统组成,关键作用,1、井下系统组成,（4）气体分离器的工作原理和主要功能,气体分离器，又叫油气分器，简称分离器，位于潜油泵的下端，是泵的入口。其作用是将油井生产流体中的自由气分离出来，以减少气体对泵的排量、扬程和效率等特性参数的影响，和避免气蚀发生。,按不同的工作原理，可将分离器分为沉降式（重力式）和旋转式（离心式）两种。但基本原理是相同的，都是利用气液的重度差制成的，通过增加气泡的轴向速度，降低径向向心速度来分离的，不过前者是自然分离，后者强制分离。,在泵挂处流压高、自由气液比低的井，用一级分离器即可；对于压力低、自由气液比高于30的井，用二级分离器串联即可进行充分的气液分离。,如果井液中有大量的游离气存在，当游离气多到一定程度，进到泵内的基本上都是气体时，泵就会抽空，这种现象叫气锁；发生气锁时，泵即表现为欠载停机。,由于井液进入泵叶轮后，液体流速加快，同时压力降低，当压力下降到泡点压力以下时，液体会汽化，在泵中形成气体段塞，当气体段塞进入到叶轮的高压区时，气体段塞被压碎。此时，被压碎的气体段塞产生巨大的能量而破坏叶轮。这种现象叫气穴（当油层泡点压力高时，容易产生这种现象）。,电潜泵工作原理及系统组成,1、井下系统组成,（5）单流阀的作用,防止停泵时油管内的赃物下沉而卡泵。,防止泵反转（反转时产生的电流可能烧坏电机和电缆、损坏传动轴。,若管柱上没有单流阀，当电机还在反转时，若有人重新启动电机，这时机组很可能会损坏。,电潜泵工作原理及系统组成,一种常用单流阀结构示意图,1、井下系统组成,（6）测压装置,电潜泵井测压系统有两大类，一类是电子式的，一类是机械式的。主要用于监测油井的供液和电机工作温度情况。电子式的有PHD和PSI两种，可以进行连续监测；机械式的也有两种，一种是测压阀，一种是毛细管，前者通过钢丝作业实施但不能连续监测，后者通过毛细钢管传递压力，可以连续工作和监测。,测压工具一般安装在泵入口处，测量泵入口压力和温度。,电潜泵工作原理及系统组成,电潜泵工作原理及系统组成,2、地面系统组成,因PEOffice软件节点分析中对频率进行了分析。在这里只对变频器介绍一下。,变频器,是电潜泵采油系统的一种新型控制设备，具有以下几大特点：,输出频率可在3090HZ范围内连续变化，使得电机的转速17005130rmin内变化，泵排量变化范围是额定排量的0.61.8倍，扬程范围为0.363.24倍。,可以在810HZ频率下启动电机，达到恒转矩软启动的目的，启动电流只有额定电流的11.5倍，大大减少了电机启动时的电流和机械冲击，利于延长电机寿命。,可以通过编程控制实现工作频率随油井供液和负载情况变化，如供液不足时频率降低，泵沉没度大泵吸口压力高时增大频率以增大排量和扬程，保证不停机改变泵工作参数而减少启动次数和以最小的能量举升液体，延长寿命和发挥最好效益。,可以改变井下电机的电感负荷，提高电机的功率因素，可以平稳保护电机转入欠压和超压状态下工作。,目 录,一、前言,二、电潜泵工作原理及系统组成,三、电潜泵机组选型设计,四、电潜泵井工况分析,四、系统优化设计理论,电潜泵机组选型设计,1、选型设计原则,为合理选择电潜泵，使其运行最可靠、最经济，在选型设计时，一般遵循以下原则：,合理选择泵型，使泵在最高效率点附近工作。,泵的额定排量和油井产能相匹配，额定扬程等于油井的总动压头。,电机的输出功率能够满足举升液体所需功率外，尽可能涵盖较宽的地层变化范围。,电缆选择，在满足套管尺寸的条件下，电缆的耐压和型号选择要尽量大一些，以,减少功率损失。,2、井下机组选型,（1）油井的产能计算,a.PI法（即产液指数法；适用于流压高于饱和压力）,当流压高于饱和压力时，液流近似单向流，其特性曲线是一条斜率为“J”的直线。,式中：q-油井日产量，m,3,/d（已知）；,P,ws,-油层静压，MPa（已知）；,p,wf,-在产量为q时的流压，MPa（已知）；,J-产液指数，m,3,/d/MPa,根据已知油井生产测试数据(q、P,ws,、P,wf,），即可计算出斜率“J”。毫无疑问，当流压P,wf,0时，产液量q为最大值。计算出q,max,后，用斜率“J”即可画出一条直线。在“PI”曲线以内每一个流压值（P,wf都对应于一个相应的产量值（q）。根据“PI”曲线可以选择合理的生产制度、进而选择合理的电潜泵机组。,q,P,ws,P,wf,J,电潜泵机组选型设计,P,1,P,WS,100,P,1,P,WS,100,P,2,P,Wf,油流因沿程阻力,消耗能量,油层,套管,油管,P,1,P,2,，即 P,WS,P,wf,（生产时）,式中：P,ws,-地层静压,P,wf,-生产流压,炮眼,J,q,P,ws,p,wf,q,静液面,动液面,电泵机组总成,电潜泵机组选型设计,油井生产示意图,2、井下机组选型,（1）油井的产能计算,b.IPR法（即沃格法；适用于流压低于饱和压力）,q,q,max,10.2,P,wf,P,ws,0.8,P,wf,P,ws,2,式中:,q,测试时油井日产量，,m,3,/d；（已知）,P,ws,油层静压，MPa；（,已知）,P,wf,在q产量下时的井底流压，MPa；,（已知）,q,max,油井最大日产量，m,3,/d；,（未知）,电潜泵机组选型设计,2、井下机组选型,（2）总动压头（即总扬程）的计算,总动压头：,式中:,H,油井总动压头，m;,Ha,动液面深度m；,P,o,油压折算压头，m；,F,t,油管摩阻损失压头，m；其中油管摩阻损失,F,t,，可用下式进行计算：,电潜泵机组选型设计,油井总动压头计算示意图,3.泵型的确定-最佳效率生产,根据以上预测的地层产液量（或校正产液量）和套管尺寸，选择设计产量在泵的最佳工作范围之内且最接近泵效峰值的泵型。若两种或两种以上泵型在设计产量点的效率相近，按以下条件进行选择：,（1）泵的价格和相应电机规格的价格有所不同。一般大直径机组价格较便宜，高效率泵一般较贵，但其优点是需要的功率较小，可以降低电费；,（2）当油井产量为未知数或不能精确地预测时，应选择特性曲线“,较陡,”的泵，如果设计产量落在两种泵型效率近似的点，可选级数较多的泵型，这样即使油井实际举升量大于或小于设计产量，泵的排量将最接近设计产量。,电潜泵机组选型设计,4.离心泵级数的确定,根据以上所选泵的排量在泵特性曲线横坐标上找到泵排量，从这一点向上引一条直线与泵的扬程排量曲线相交，从交点向左看纵坐标，即可得单级扬程。然后用计算出的总动压头H（m）（即扬程）除以单级扬程值，即可求出泵的总级数。,泵的总级数H/泵的单级扬程,根据计算出的实际级数，在泵系列表上查出与计算出的实际级数相等或稍大的级数，即为所选泵的级数,。,电潜泵机组选型设计,电潜泵特性曲线图,5.泵挂设计,泵挂深度最大为射孔井段以上50100m处，如果要下到射孔段以下，必须安装导流罩。最小为泵挂处泵吸入口的气液比不能超过0.25。为了保证在检泵周期内具有一定的沉没度，应尽量下深一些。,电潜泵机组选型设计时必须明白以下几个基本问题：,任何厂家提供的潜油泵的排量和扬程数据，都是按泵送水条件提供的。如果泵送介质变了（不是水），在计算泵的排量和扬程时，应根据有关公式或有关图表或实验数据对排量和扬程进行修正,。,同一套机组在泵水时的排量比泵高粘度原油或含水在30%50%的原油时的排量大得多；比泵高粘度原油或含水在30%50%的原油时的扬程和功率都要小得多,。,电潜泵机组选型设计计算的核心，是计算在要求的产量下泵的扬程和电机功率。,电潜泵机组选型设计,6.稠油井井下机组选型,对于稀油井或高含水井，电潜泵的设计都是假定井液的粘度和水相同，用标准的特性曲线进行选择。当井液粘度比较大时，就必须对泵进行校正，以保证电潜泵在最佳工作特性下运行。,电潜泵在泵送,高,粘性液体比泵送水时，其扬程、排量和效率都要下降，而功率则上升。但目前粘度对电潜泵性能所产生的全部影响尚没弄清，现在各厂家都根据自己的泵在各种不同粘度条件下进行试验后，分析不同粘度对泵造成的性能影响，并相应的作出若干组修正图表。,下面所讲的电潜泵在泵送粘性液体条件下的选泵程序，只是个近似值。但是，这种选泵程序，对于大多数泵的使用目的来说具有足够的精确度。如果不考虑粘度影响，将会大大影响泵的工作性能。实践证明，原油含水的多少，将会直接影响液体粘度的大小。根据经验，当原油中含水为20%-40%时，其粘度值为原来单一原油粘度的2倍-3倍。,目前尚没有找到原油随着含水上升的多少粘度相应增加多少倍的标准计算公式。因此，在泵送粘性液体时，通常都是先按水的特性，对泵进行选型计算，然后再利用有关的修正系数对上述计算结果进行校正。但是，在泵送极高粘度液体时，为了选择最佳性能的泵，必须进行实验室试验。,电潜泵机组选型设计,6.稠油井井下机组选型,稠油井电潜泵选型计算八步骤：,（1）先按泵送水时的计算方法，计算泵的总压头。,（2）通过试验或按照下面的图1，计算出在地层条件下脱气原油的粘度。,（3）通过试验或按照下面的图2，将上述脱气原油粘度校正为气饱原油粘度。,（4）把上述粘度单位（CP-厘泊），根据图3转换成SSU粘度单位。,（5）根据含水多少以及在某种含水条件下粘度增加的倍数，对上述第4步中的粘度继续进行校核（见图4）。,（6）参照表1和表2的校正系数，对已知的总压头、排量、制动马力以及效率进行修正。,（7）根据上述第6步的结果选择合适的泵、马达。,（8）选择合适的其他设备，如电缆、控制柜、变压器等,。,电潜泵机组选型设计,（在,大气压和,60,0,F条件下原油API重度）,图1 在不同地层温度下脱气原油粘度曲线,不含气原油的绝对粘度值（厘泊）,地层温度,电潜泵机组选型设计,天然气在地层压力下的溶解度（英尺,3,/桶）,图2 饱和原油在地层温度和压力下的粘度曲线,饱和气原油在地层温度和压力下的绝对粘度（厘泊）,不含气原油在地层温度和压力下的绝对粘度,电潜泵机组选型设计,比水轻的液体,图3 CP（厘泊）和SSU粘度单位换算图,粘度（C