潛油電泵采油工藝設(shè)計(jì)

1、潛油電泵采油工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)概要潛油電泵是油田中使用的一種重要的無(wú)桿采油設(shè)備。近幾年來(lái)，特別是國(guó)外，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的裝機(jī)總?cè)萘砍^(guò)了20%，是油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。典型的潛油電泵系統(tǒng)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(jí)離心泵、氣液分離器、保護(hù)器和潛油電機(jī)。動(dòng)力通過(guò)電纜傳遞給井下電機(jī)，使?jié)撚碗姍C(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵旋轉(zhuǎn)，將井下液體舉升到地面。1.1設(shè)計(jì)目的 通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，了解潛油電泵采油系統(tǒng)組成，工藝方案的基本設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)內(nèi)容，掌握方案設(shè)計(jì)的基本方法，步驟以及設(shè)計(jì)中所涉及的基本計(jì)算，加強(qiáng)系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，培養(yǎng)分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的

2、能力。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)油井基本情況，通過(guò)潛油電泵舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算： 確定油井產(chǎn)能 確定井筒壓力溫度。井筒壓力溫度預(yù)測(cè)主要是根據(jù)油井基本資料，計(jì)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(jù)，根據(jù)油井基本資料、泵入口壓力溫度及流體物性計(jì)算方法計(jì)算泵入口氣液比。確定潛油電泵系統(tǒng)設(shè)備.1氣液分離器。根據(jù)供選擇的分離器分別計(jì)算安裝分離器后的進(jìn)泵氣液比，由設(shè)計(jì)原則（進(jìn)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(shè)計(jì)原則的分離器。.2選擇多級(jí)離心泵。潛油電泵的選擇主要是選擇泵型及計(jì)算所需要的級(jí)數(shù)。根據(jù)計(jì)算出來(lái)的

3、油井產(chǎn)量、總揚(yáng)程，并由供選擇的離心泵特性曲線來(lái)選擇配備多級(jí)離心泵。.3選擇潛油電機(jī)。當(dāng)潛油泵的型號(hào)、揚(yáng)程及所需要的級(jí)數(shù)被確定以后，計(jì)算泵所需功率。選擇電機(jī)功率還應(yīng)考慮分離器和保護(hù)器的機(jī)械損耗功率。一般情況下，氣液分離器的機(jī)械損耗功率為1.5KW，保護(hù)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(hào)及壓降。電纜的電壓降一般應(yīng)小于30V/304.8m，電流不能超過(guò)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(tǒng)所需要變壓器容量，其容量必須能夠滿足電機(jī)最大負(fù)載的啟動(dòng)，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的負(fù)載來(lái)確定變壓器的容量。.6

4、選擇控制屏。普通控制屏就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件和潛油電泵機(jī)組性能要求來(lái)進(jìn)行選擇的，但主要還是根據(jù)電機(jī)的功率、額定電流和地面所需的電壓來(lái)選擇控制屏的容量，以保證電機(jī)在滿載情況下長(zhǎng)期運(yùn)行。1.3 設(shè)計(jì)原則為了合理地選擇潛油電泵設(shè)備，使其運(yùn)行最可靠及最經(jīng)濟(jì)，在進(jìn)行選泵設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵照以下幾點(diǎn)原則：滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)液量要求；選擇潛油電泵，必須使泵在最高效率點(diǎn)或最高效率點(diǎn)附近工作，使泵效盡可能達(dá)到最高；潛油電機(jī)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(hào)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(jìn)泵氣液比不能超過(guò)10%。二、油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及假設(shè)條件2.1油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：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(guān)尺寸為（內(nèi)徑62.0mm），套管尺寸為（內(nèi)徑198.8mm），原油相對(duì)密度0.8，地層氣相對(duì)密度0.65，油井含水率80%，生產(chǎn)汽油比為300產(chǎn)業(yè)指數(shù)40m3/（d×MPa）,生產(chǎn)井口油、套壓分別為0.8MPa、0.2MPa，電網(wǎng)電壓為4000V，頻率為50Hz，按設(shè)計(jì)產(chǎn)液量240m3/d，泵掛深度2400m。2.2假設(shè)條件設(shè)計(jì)產(chǎn)液量下泵入口以下混合平均相對(duì)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(jī)組前后溫度梯度一致設(shè)計(jì)產(chǎn)液量下機(jī)組對(duì)流體加熱升溫4.0電纜環(huán)境溫度等于其井筒流體溫度忽略機(jī)組長(zhǎng)度三、潛油電泵工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1油井產(chǎn)能預(yù)測(cè)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(diǎn)壓力下的產(chǎn)液量， -流壓為零是的

7、最大產(chǎn)油量， -流壓為零是的最大產(chǎn)液量， -產(chǎn)液量, -地層靜壓,MPa JL-采液指數(shù)，m3/（MPa·d）3.2井筒溫度預(yù)測(cè)由題目所給假設(shè)：井筒內(nèi)機(jī)組前后溫度梯度一致，機(jī)組對(duì)流體加熱升溫4設(shè)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(lián)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(yù)測(cè)由=240；J=40；由IPR曲線得=12MPa；對(duì)泵入口以下由假設(shè)條件：混合物平均相對(duì)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(jì)算天然氣體積系數(shù)計(jì)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(shù)計(jì)算：由報(bào)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(shù)計(jì)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(jì)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(hào)選擇計(jì)算：由GLRp=；令GLRg=10%則=73.8%則可以選擇=88%的II型旋轉(zhuǎn)式氣液分離器3.6井下泵排量及出口壓力計(jì)算：井下泵排量計(jì)算=×(1-)=11.82井下泵排量應(yīng)等于泵入口原油流量、地層水流量與經(jīng)分離器后的游離氣流量，即Qpm=+=269.82。GORs=25.73根據(jù)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(duì)密度0.925泵出口壓力計(jì)算：根據(jù)井口油壓0.8MPa從井口到井底計(jì)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(jí)離心泵：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇井底排量在269.82m3/d所對(duì)應(yīng)最高泵效，并且在最高效率點(diǎn)附近工作的潛油電泵，對(duì)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(yáng)程為3.4m。確定泵的總揚(yáng)程：=1292m級(jí)數(shù)N=H/3.4=380由設(shè)計(jì)知道選擇泵效率最大73%，單級(jí)泵揚(yáng)程3.4m。選擇R-DN1800泵；則=50.2KW3.8潛油電機(jī)

12、選擇考慮泵所需功率及分離器損耗功率1.5KW，保護(hù)器損耗功率1KW，因此電機(jī)應(yīng)提供功率為P=50.2+1+1.5=52.7KW根據(jù)附表所列幾種電機(jī)選擇562系列電機(jī)：外徑142.7，功率55.93KW、電壓1150V、電流39.5A。3.9潛油電纜壓降計(jì)算由泵出口及井口溫度分布計(jì)算井筒平均溫度為（81.44+20）/2=50.72根據(jù)選擇的電機(jī)電流為39.5A，結(jié)合電纜壓降附表選擇#4Cu-#2AL型號(hào)電纜。工作環(huán)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(jì)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(shè)計(jì)報(bào)表設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)產(chǎn)液量240.0m3/d氣液分離器II型旋轉(zhuǎn)式氣液分離器設(shè)計(jì)油壓0.8Mpa離心泵R-DN1800泵設(shè)計(jì)套壓0.2Mpa 離心泵級(jí)數(shù)380級(jí)設(shè)計(jì)泵深2400m泵效73%設(shè)計(jì)頻率50Hz泵揚(yáng)程1292m電網(wǎng)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(chǎn)層中深2500.0m泵所需功率50.2KW地層靜壓18.0Mpa潛油電機(jī)型號(hào)562系列電機(jī)地層溫度80。C電機(jī)銘牌電壓1150V井口溫度20。C電機(jī)銘牌電流39.5A含水率80%電機(jī)銘牌