潜油电泵提高系统效率措施及效果分析
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第１１卷第２４期２０１１年８月 １６７１—１８１５（２０１１）２４—５７６９—０４ 科学技术与工程 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．１１ Ｎｏ．２４ Ａｕｇ．２０１１ ⑥２０１ １ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
潜油电泵提高系统效率措施及效果分析
沈建新 ， 孙玉国 张新礼 任今明 晏小永
（中国石油大学（北京） ，北京１０２２４９；塔里木油田公司 ，库尔勒８４１０００；大庆油田装备制造集团 ，大庆１６３３１１）
摘要从系统效率公式推导，分析了影响系统效率的主要因素。说明系统效率高低主要取决于选井、选泵的准确性。重点 分析了系统效率与油井相关参数的关系，用以指导选井选泵，并提出了一些措施来提高潜油电泵井的系统效率。通过实例说 明，合理选择泵排量和有效扬程可以显著提高系统效率，对油田公司提倡的节能降耗意义重大。 关键词 系统效率 潜油电泵 优化设计 节能降耗 中图法分类号ＴＥ３５５．５； 文献标志码Ｂ
潜油电泵的全称为电动潜油离心泵（简称电
泵），它以排量大、扬程高等显著的优点被广泛应用
于原油生产中，是目前油田主要的机械采油方法之
一。现场应用中存在潜油电泵选择不合理，导致电
泵井系统效率低下的问题。因此，分析影响电潜泵
井系统效率的因素，为正确选泵提供指导。
１潜油电泵工作原理及系统效率定义
潜油电泵机组的工作原理¨ 是将潜油电机、保
护器、油气分离器、潜油多级离心泵同电缆及油管
一同下入井内，以电能为动力源，电网电压首先经
过变压器改变电压后输入到控制柜，通过潜油电缆
将电能传给潜油电机，潜油电机将电能转换为机械
能，带动潜油泵高速旋转，潜油泵中的每级叶轮、导
壳均使井液压力逐步提高，在潜油泵出口处达到潜
油电泵机组要求的举升扬程，所提升的井液通过油
管被举升至地面，再通过地面管线传输至地面集输
系统。
电泵采油系统工作时，就是一个能量不断传递
和转化的过程。能量的每一次传递和转化，都将有
２０１１年５月１６日收到 第一作者简介：沈建新（１９７０一），男，高级工程师，中国石油大学 （北京）博士研究生，研究方向：采油工程理论与技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｅｎ— ｊｉａｎｘｉｎｔｌｍ＠１６３．ｃｏｍ。 一定的损失。从地面输入系统的能量扣除系统的
各种损失以后，就是系统所给液体的有效能量，该
有效能量与系统输入能量之比称为潜油电泵井的
系统效率 。
２电泵井系统效率公式计算及与相关参数
的关系
２．１ 系统效率与油井相关参数关系式的推导 ２．１．１潜油电泵的系统效率
潜油电泵有效功率与地面（接线盒）输入功率 的比值。
Ｐ 叼＝ （１）
式（１）中
叼一潜油电泵的系统效率，％；Ｐ 一地面输入功 率，ｋＷ；Ｐ 一潜油电泵有效功率，ｋＷ。 ２．１．２潜油电泵的机械效率
潜油电泵输出功率与输入功率的比值。
＝ Ｐ２ （２）
式（２）中
７７机械一潜油电泵的机械效率，％；Ｐ 一潜油电泵 输入功率，ｋＷ；Ｐ４一潜油电泵输出功率（不考虑有关
摩阻时约等于有效功率），ｋＷ。
２．１．３ 电缆功率损耗△Ｐ电缆
电缆功率损耗可用间接方法测试，用下式进行 ５７７０ 科学技术与工程 １１卷
计算：
△Ｐ电缆＝３１２Ｒ×１０一 （３）
式（３）中
，一电缆工作电流，Ａ；Ｒ一电缆电阻， 。
给定电缆型号后，不考虑温度影响时，电阻Ｒ
与电缆长度有关，正比于电缆长度。对于电泵井来
讲，下泵深度 泵深度约等于电缆的长度。
Ｒ＝Ｋ】ＨＴ￣ａｔ （４） 式（４）中
１一常数；ＨＴ泵深度一下泵深度，ｍ。
ＡＰ电缆＝３／２Ｒ×１０一 ＝ ，２ ＿下泵深度 （５）
式（５）中
一常数。
２．１．４潜油电泵有效功率可用式（６）进行计算
Ｐ＝—ＱＨ ￣ ｘ ｐ—ｘｇ２ ｔ ６） 一 ８６ ４００
式（６）中
Ｑ一油井产液量，ｍ ／ｄ；月 效扬程一油井有效扬程，
ｍ；ｐ一液体密度，ｔ／，ｍ３；ｇ一重力加速度，ｇ＝９．８ ｎ ｓ２。
２．１．５系统效率新模型
设保护器和分离器的损耗为定值尸５，忽略电机
损耗；
则有
Ｐｌ一＝上＋△Ｐ电缆＋Ｐ５ （７） 卵机械 … 式（７）中
Ｐ 一保护器和分离器的损耗，ｋＷ。
因而
尸２ １ 叩 ： Ｉ＿Ｌ ＿＋ＡＰ，￣ａ ｔ＂５
１ （８）
机械。Ｑ日有效扬程ｐｇ。ＱＨ有效扬程ｐｇ
叼＝ ２Ｈ Ｐ ５
式（９）中：日有效扬程＝ 动液面＋ 油压折算； ｋ１、ｋ２一常数； 液面一动液面深度，ｍ； 压折算一
油压折算深度，ｉｎ。
２．２ 系统效率与选井选泵及油井运行相关参数之
间的关系分析
（１）由系统效率公式（９）可以看出系统效率与
相关参数的关系如下：
ａ．机械效率越高，潜油电泵机械损耗越少，系
统效率越高。
ｂ．运行电流越低，电缆损耗越少，系统效率 越高。
ｃ．有效扬程不变时，下泵深度越小，系统效率
越高。
ｄ．下泵深度不变时，有效扬程越大，即动液面
越低，系统效率越高。
（２）当然系统效率的大小，并不是取决于某个
单一参数，而是电流、有效扬程、下泵深度、沉没度、
机械效率等诸多因素共同作用的结果。在选井选
泵时应综合考虑，合理选择参数，才能使系统效率
最大。 （３）结合电泵特性曲线分析
图１为１００ ｍ。／ｄ系列特性曲线，从图１中可以
看出１００ ｉｎ ／ｄ系列排量效率在８５％一１６０％之间的
时候，机械效率较大，并且Ｑ 效扬程也比较大，再根
据公式（９）得知，此时的系统效率也比较大。
理论上在综合考虑所有型号的曲线得出结论，
排量效率在８０％一ｌ２０％之间时，电泵的机械效率
较大，系统效率较高。
（９） 图１ １００ ｎｌ
／ｄ系列特性曲线 ２４期 沈建新，等：潜油电泵提高系统效率措施及效果分析
３ 系统效率低原因分析及优化建议
３．１ 系统效率低的几个原因
３．１．１ 选井和选泵参数优化设计问题
潜油电泵井优化工作不能正常开展，主要是因
为油井资料收集不全，优化设计中需要提供的部分
参数例如油井的流压、静压、含砂量、含气量等数据
录取工作量大、周期长，缺乏时效性，因而准确性难
以保证。目前潜油电泵井设计主要依靠经验或生
产情况进行优化，在优化设计过程中，无法准确地
掌握油井的相关参数，从而造成选泵配泵设计结果
与实际生产情况存在差距，部分电泵井系统效率
偏低。
３．１．２潜油电泵库存影响 各个油井生产情况不同，不可能各个扬程和排
量的电泵都备有库存，在实际应用过程中，只能选
取与计算结果相近排量和扬程的潜油电泵。因此
与实际需要的电泵存在差距，因而导致系统效率
下降。
３．１．３ 气体的影响
油井产气量较大时，一是气体占据了部分排量
使实际的产液量下降，泵效降低，系统效率也随着
降低；二是大量气体的存在会使动液面测量产生误
差，有效举升高度测量与实际不符，致使系统效率
测量不准确。
３．１．４黏性液体影响
稠油井或原油乳化严重的井，液体进入流道后
阻力变大，导致电泵机械效率下降，能耗增加，整个
系统的效率就会降低。
３．１．５油井出砂结垢的问题 油井出砂、结垢导致电泵流道堵塞，使电泵改
变了原来的工作状态，额定排量扬程降低，影响了
油井的正常生产，致使系统效率下降。
３．２优化建议及措施
（１）与油藏部门相结合，采取一系列手段，如购
置井下测压装置、地面数据监测装置等，获得准确
的油井资料，摸清地层供液状况，为选井选泵打好 基础。
（２）对于具体的单井，根据已获取的数据绘出
ＩＰＲ曲线，预测较为准确的流压和产液量。依据预
测的产量及产量变化形势选择合适的泵型（包括扬
程和排量），确定合理的下泵深度，使潜油电泵抽油 系统能达到最佳匹配。实际生产中要不断监测分
析，使潜油电泵在合理工况区内运行，保持电泵机
组处于高产量、长寿命、高效率的状态运行。
（３）加强油井管理。一是对于检泵井及需转电
泵的油井，应根据油井的配液选取合适的电泵排
量、根据液面深度、流压、油压等参数选取合理的扬
程，即保证油井生产时保持合适的沉没度；二是对
于正在运行的潜油电泵井，应根据实际生产情况，
不断优化潜油电泵的运行参数，以保证潜油电泵井
处于高效区工作。
（４）优化系统配置，降低摩阻损耗。一是应用
高效分离器解决气体对泵的影响，增加液体人泵比
例，从而提高系统效率。二是应用大流道电泵，同
时叶轮表面采用涂层处理，提高机械效率。普通叶
导轮抽汲黏性流体时轴面流速降低，摩阻增大，能
耗增加，系统效率降低。大流道电泵与普通电泵相
比，大流道电泵流道面积增加，叶轮表面涂层处理
以后可以延缓电泵的结垢，以减小其摩阻损耗，达
到提高系统效率的目的。
（５）选用高电压低电流电机。在计算整个潜油电
泵系统的电功率消耗时，必须计入电缆损耗功率，在选
择电机时要考虑这一点。电机功率相同时，高电压运
行时电泵运行电流较小，从而降低潜油电缆电能消耗，
达到节约电能，提高系统效率的目的。
（６）应用变频调速装置，适应供排关系变化。
潜油电泵变频调速技术通过改变电机的转速，调节
多级离心泵排量，使潜油电泵的特性和油井生产能
力相匹配。
４优化实例
某井优化前后电泵参数如表１，系统效率相关
参数计算结果如表２。
