电潜泵选型计算

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1、目 录一. 粘度对电潜泵性能的影响A. 泵送粘性液体时八大基本运算步骤B. 举例说明泵送稠油时,各种校正系数的使用方法二. 用于高含水井的电潜泵选泵程序三. 确定油井的产能方法A. PI法B. IPR法(流入特性关系曲线法)四. 现场确定油井产能的简易方法五. 计算泵的实际有效功率六. 补充说明一. 粘度对电潜泵性能的影响电潜泵在泵送粘性液体时，较之泵送水来，其扬程、排量和效率都要下降，而功率则上升。但是，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，分析出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

2、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。根据过去的经验，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。比如说，如果原油原来的粘度为200SSU，当含水为30%时，则实际的混合液的粘度可能会超过500SSU。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

3、时，为了选择最佳性能的泵，必须进行实验室试验。A. 泵送粘性液体时八个基本运算步骤 1、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、

4、变压器等； B. 举例说明泵送稠油时，各种校正系数的使用方法 (注：假如该泵已事先按照泵送水时的基本计算方法，将其扬程、排 量计算出来) 油井基本数据和已知条件如下： a、油井数据：套 管 7”，O.D，23#/FT 生产油管 5200FT，2-7/8”EUE 射 孔 段 53005400FT 泵挂深度 5200FT 动液面高度 泵以上200FT b、生产数据 井口压力 50PSI GOR 50 ：1（标准英尺3 /桶） 井底温度 130F 需要的排量（按水计算）1700桶/天 （即270方/日） 需要的总扬程（按水计算）5215FT c、液体数据： 原油比重 16A.P.I 含 水 率 30

5、% 水 比 重 1.02具体步骤如下：1、根据已知条件（A.P.I 16，130F），从图1查得脱 气原油的粘度为140CP；2、根据已知条件（50GOR以及上述的140CP），从图2将上述脱气原油的粘度140CP，校正为饱和原油条件下的原油粘度值65CP；3、根据图3查得65CP条件下，对应的塞氏粘度为400 SSU； 4、根据图4，查得在含水为30%时粘度校正系数为：2.8 ,因此，当含水为30%时，混合液的实际粘度值 为：400 2.8 = 1120SSU 1000SSU 5、根据表1和表2，查得排量、扬程和制动马力的校正系 数分别为： 排量校正系数为 QVIS=0.83 扬程校正系数为

6、 HVIS=0.84马力校正系数为 HPVIS=1.16G 注： 1).泵的效率为70%时，查表2。泵效为60%时，查表1。 2).上述系数是泵效为70%的校正系数 3).G为混合液体在泵送温度条件下的比重。 因此，使用上述校正系数后，其结果为： 总扬程H总=5215/0.84=6208FT 总排量Q总=1700/0.83=2048桶/天 然后，根据泵水的特性曲线，选择合适的泵机组。 从图5上可以看出，当排量为2048桶/天时（以校正后的排量为准），基本上是处于最高效率点A。因此，我们以此泵特性曲线为准来计算其他有关参数。 从A点向上作垂线交于B点，再从“B”点向左作平行线交于“C”，得该种型

7、号的泵每级的压头为44.5英尺/级。然后，再根据上述校正后的总压头（6208ft）以及每级的压头（44.5ft/级），求出该种型号的泵的总级数为：6208/44.5=139（级）。 又从图5上可以查得，每级的制动马力为1.0，因此，该泵所需要的总的制动马力为： 139（级）1.0/级（马力） 1.183=164HP 注：1.183=1.161.02 其他设备的选择（比如电缆、控制柜、变压器等）即可根据总的功率（164HP），参考有关资料逐一选择。二. 用于高含水井的电潜泵选泵程序（选泵基础）注：选泵前，首先必须收集如下的基本资料。1. 油井数据：a. 套管尺寸b. 生产油管尺寸（外径、内径、扣

8、型）c. 射孔段深度d. 泵挂深度（垂深和斜深）2. 生产数据：a. 井口回压；b. 目前的日产量；c. 生产液面的位置或泵挂处的吸入压力；d. 目前油层静压；e. 下泵后，希望的生产率是多少；f. 井底温度；g. 油气比；h. 含水率。3. 油井液体条件a. 水比重；b. 原油比重c. 气体比重d. 泡点压力e. 原油粘度f. PVT数据4动力源a. 电源电压值是多高；b. 电源频率（50Hz or 60Hz）c. 动力源稳定供电能力5可能的问题a. 是否出砂b. 有否腐蚀性物质存在c. 有蜡否d. 是否存在乳化现象e. 气液比是否在允许的范围内f. 井底温度是否适宜举例计算： 1油井数据

9、a、套 管 5 1/2”，17#/f b、油 管 2 3/8”EUE c、射 孔 段 12501300m d、泵挂深度 1225m（直井） 2生产数据： a、井口压力 5kg/cm2 b、目前的产量 125方/天 c、泵吸入口处压力 45kg/cm2 （注：即在125方/天下的泵入口处的流压） d、油层静压 75kg/cm2 e、井底温度 60 f、油 气 比 10m3/m3 g、含 水 率 90% h、下泵后要求的产液量 150m3/天 3油井条件：a、水 比 重 1.02b、原油比重 0.8762 (API 30)c、天然气比重 无气（忽略）d、泡点压力 无资料e、原油粘度 无资料 4动力

10、源：a、电源电压 380Vb、频 率 50HZc、动力源容量 稳定供给d、可能的问题 无分析： a、由于本井的气液比很低（1m3/1m3，（根据油气比10 m3/1m3，含水为90%算得），因此，游离气数量可以忽 略不计，而且，只考虑两相流通过生产管线。b、由于本井含水很高，因此不可能存在乳化现象，磨 阻损失可按水特性考虑。具体步骤如下：1、决定泵吸入口处压力 因为本井含水很高，气液比又很低，因此，可获得 满意的PI值： PI=已知的生产率/（油层静压-流压） =125/（75-45）= 4.167m3/天/kg/cm2 a、压力降=希望的日产液量/PI =150/4.167=36kg/cm2

11、 b、在希望的日产液量下的井底流压 = 75-36=39kg/cm2 （注：39kg/cm2为油层中部的压力） 现在要将井底流压（39kg/cm2），换算到泵吸入口 处的压力，必须考虑液体从井底流到泵吸入口处沿途的 磨阻以及从油层中部到泵吸入口处的这段液柱所产生的 回压。由于这段距离很短，沿途磨阻可以忽略不计，只 考虑这段液柱所产生的回压值。又因为考虑到含水很高, 我们以水的比重近似的代替混合液的比重： （混合液比重=1.020.90+0.8760.10=1.01）。 从图6可以看出，油层中部至泵吸入口处的高度 为：1275 m -1225m=50m 因此，回压则为： 回压= (501.02)

12、/10=5.1kg/cm2 （注：当水的比重为1.02时，则9.8m的液柱即可产生一个大气 压。） 所以，泵吸入口处的压力为： 39 -5.1=33.9kg/cm2 2、求总的动压头： 首先必须求出在泵入口处以上的液柱高度： H = (33.910)/1.02=332m a、动液面高度： 1225-332=893（m） b、将井口回压换算成压头： （510）/1.02=49m c、求磨阻 查图7得：2.4m/100m 总磨阻为=(2.41225)/100=29m 因此，总的动压头为： H总=893+49+29=971（m） 3、选泵（型号） 根据表3，查得M-34型泵（胜垂泵）可以满足 我们的

13、排量要求（150m3/天）。因此，我们选此种型 号的泵。 4、选泵的级数和马力（根据150方/天排量） 在M-34型泵特性曲线上（见图8）查得该泵, 每级扬程为: 4.8m 每级的制动马力为： 0.175 BHP 因此，所需的总级数为： 971/4.8=202（级） 但从表4上查得，M-34型泵的标准级数为209 级,与我们的要求（202级）相差不多，为了方便起 见，我们选209级。 计算最大制动马力： 查图8可知：根据0.175HP/级，因此，209级所 需总的制动马力为: 2090.1751.02=37.3HP 5、选择保护器、马达 通常保护器、马达选用同一个系列号。 保护器部分所需要的功

14、率，取决于泵的总的动压头高 低。 根据图9可查得，对于400系列泵和保护器，当 总的动压头为971m时，本保护器所需的制动马力 为：2.0HP。 所以，该泵的总功率则为： 37.3+2.0=39.3HP 选择合适的马达： 根据已选择的泵的功率，再选马达。 因为所需的泵的功率值，往往并不一定和现有的标准 马达值一致，因此，一般情况下，都要以现有的标准 马达值为准（通常比泵的功率稍微高一些即可）。 查表5得42HP的450系列马达比较接近泵的功率 39.3HP，因此，我们选此种系列的马达为宜。 至此，主要部分已选择完毕，其他辅件，如电缆、 变压器、控制柜等，参考有关的资料可以很容易选 择。三. 确

15、定油井的产能方法在选泵之前，如果地质部门未有给出该井的产能曲线图，那么，我们在选泵之前还必须求出该井的产能曲线图。只有在根据该井的产能曲线图知道了该井的最大产能之后才能正确选择合适的泵。确定油井产能有许多种方法，常用的有：PI曲线法（即采液指数法）和IPR曲线法（即流入特性关系曲线法）。前者适用于生产时流压高于泡点压力条件；后者适用于生产时流压低于泡点压力条件。 A.PI法 求采液指数PI曲线的基本公式: q J= -(1) pws-pwf 式中: q (测试时获得的)油井日产液量,m3/天; pws (在测试阶段时的)油层静压,Mpa; pwf 在日产液量为q时的井底流压,Mpa; J 采液

16、指数,m3/天.Mpa;例题: 已知某井经过测试后获得如下一组数据：a.产液量 q=119.2m3/天(750bb/d);b.油层静压 pws=6.5Mpa(925psi);c.在产液量为119.2m3/天时的井底流压 pwf=3.87Mpa (550psi);（1） 求采液指数PI曲线 根据公式(1)可知,当流压pwf=0时,产液量q为最 大产液量qmax。将上述测试数据代入公式（1）得： q 119.2 a.J = = =45.3M3/D.Mpa pws-pwf 6.5-3.87 b.求该井可能的最大产液量qmax 根据公式(1)可知,当pwf=0时,产量q即为最 大产量qmax。因此，该

17、井的最大产量qmax为： qmax=Jpws=45.36.5=294m3/天 该井的PI曲线如图10所示。 B.IPR法(流入特性关系曲线法) 求IPR曲线的基本公式: q pwf pwf 2 =1-0.2-0.8 -(2) qmax pws pws 式中: q (测试时获得的)油井日产液量,m3/天; pws (在测试阶段时的)油层静压,Mpa; pwf 在日产液量为q时的井底流压,Mpa; 将上述测试数据代入方程（2）即可算出该井的最大产能qmax： 2 119.2 3.87 3.87 = 1-0.2 -0.8 qmax 6.5 6.5 119.2 =1-0.20.5953-0.80.35

18、44=0.5975 qmax qmax=119.2/0.5975=199m3/天方程(2)为基本的沃格尔方程式。根据方程(2),只要求出数个产量点qx即可绘出如图10所示的IPR曲线。 例题: SZ36-1油田某井的油层静压为142个大气压,饱和压力为117个大气压。该井在某次测试时，当井底流压为102个大气压时，日产液量为178m3/天。据此，试求： 1).该井的最大产能是多少? 2).安装电潜泵后,若将井底流压降低到92个大气压 时日产液量将是多少? 1.直接用沃格尔方程求解: (1).求最大产能qmax: q pwf pwf 2 根据沃格尔方程式: =1-0.2 -0.8 qmax pw

19、s pws 因为已知: pwf=102, pws=142, q=178 102 102 2 qmax = 178/1-0.2 -0.8 142 142 =401.17m3/天 (2).求井底流压为92个大气压时的日产液量q: q pwf pwf 2 根据沃格尔方程式: =1-0.2-0.8 qmax pws pws 因为已知: pwf=92, pws=142, qmax=401 92 92 2q =401 1-0.2 -0.8 =214.45m3/d 142 1422.用无因次IPR曲线求解:沃格尔方程已经演变出无因次的IPR曲线,因此我们只要事先获得某井一组测试数据,然后,根据无因次IPR曲

20、线很容易计算出在某个流压下的产量或在某个产量下的流压值。无因次IPR曲线如图11所示。 q pwf该图是以 比值为横坐标， 比值为纵坐标作出. qmax pws 使用方法说明：例题： SZ36-1油田某井的油层静压为139个大气压，饱和压力为117个大气压，前不久经过测试获得以下资料：当井底流压为98个大气压时，日产液量183m3。请据此求出： a该井的最大产能是多少？b.当将井底流压降至90个大气压时，日产液量将是 多少？ c.当日产液量控制为120m3时，井底流压将是多少？解： a.求该井的最大产能qmax pwf 98 根据已知数据求比值： = = 0.7 pws 139 用这个比值从图

21、11的纵坐标上找到相应的点O,然后从“O”点向右作水平线交于“A”点，从“A”点向下作垂线交于横坐标上的“B”点。“B”点处坐标值为0.48，即：q/qmax=0.48。因为在上述公式q/qmax=0.48中，q为已知数(q=183m3/天),所以: 183qmax= = 381m3/天 0.48 b.求当井底流压为90个大气压时的油井日产液量 pwf 90 根据已知数据求比值： = = 0.647 pws 139 用这个比值从图11的纵坐标上找到相应的点O,然后从O点向右作水平线交于A点，从A点向下作垂线交于横坐标上的B点, B点处的坐标值为0.54,即q/qmax=0.54。因为公式q/q

22、max=0.54中qmax为已知数(qmax=381m3/天),所以:q=qmax0.54=3810.54=205m3/天c.求当日产液量为120m3/天时的井底流压 q 120 根据已知数据求比值： = = 0.647 qmax 381用这个比值从图11的横坐标上找到相应的点C,然后从C点向上作垂线交于D点，从D点向左作平行线交于纵坐标上的E点, E点处的坐标值为0.55,即pwf/pws=0.55。因为公式pwf/pws=0.55中，pws为已知数(pws=139),所以:pwf=1390.55=76.45(个大气压)四. 现场确定油井产能的简易方法(适用于流压高于饱和压力油藏) 若在现场

23、无法通过测试作业获得油井产量和压力数据时,我们可以用下面简单方法获得油井的近似最高产能，并且可以大致了解油井的静液面和动液面位置，这对现场操作人员掌握油井动态十分有利。 操作步骤如下：1.首先关井（停泵），使液面恢复至静止状态。如果是 亏空井，在求产之前应把油管灌满液体；2.油管灌满液体之后，关闭出油闸门；3.开泵运行（大约一分钟左右）;4.在泵运行时，立即记录下井口压力表读数;5.打开出油闸门；6.计量产液量,直到产量稳定为止;7.关闭闸门；8.记录关闭闸门时的井口压力(有气体存在时,井口压力 恢复得缓慢)。这个压力值代表第6项测得的排量稳 定时的压力。 根据上述两个压力点，即可确定出油井的

24、产能。如图12所示。图中，闸门全关闭时泵所产生的压头用“H”表示。地面表压用“P1”表示，静液面高度用FL1表示。在给定的排量下，闸门打开时泵所产生的压头和闸门全关闭时泵所产生的压头是一样的，都是“H”。注：假如不考虑油管内的磨阻损失事实上，对高含水井或者低粘度原油井，油管内的磨阻损失相对于总扬程来说所占的比例是比较小的。地面表压用“P2”表示（注：P1和P2的值是不相等的）。动液面高度用FL2表示。液体从静液面下降至动液面处的距离为FL2-FL1，大致相当于P1-P2，如图所示。这种关系可用下面公式表示： P1-P2 FL2-FL1= K式中， FL2-FL1 - 给定排量下的压力降，英尺；

25、 P1-P2 - 地面压力表的差值，磅/英尺2； K - 常数，每英尺高度液体在每平方 英寸面积上所产生的重量，磅； 磅/英尺22.31 注： 压头（英尺）= 液体比重 kg/cm210 压头（米）= 液体比重常用的K值如下：水为0.43;盐水为0.450.50;400API原油为0.36;图中给出的数据是测试排量为400桶/天时的压力降。从图中可以看出，当动液面降至1000英尺时该井可能达到的最大理论排量。作该图时只用了两个测试点，便作出了压力降曲线。用不同的测试排量，可以获得更多的点，以便检查曲线的正确性。 五. 计算泵的实际有效功率 泵的名牌效率一般都比较高，但在现场实际应用中泵的有效功

26、率到底有多大，泵运转的是否合理，可以通过计算泵的实际工作效率与泵的名牌效率进行比较来衡量。基本公式： N出 h泵实效= - （1） N入 3iCOSjh电 N入（kw）= - （2） 1000 QH总混 N出（kw）= -（3） 102 式中 N出 - 泵的输出功率 N入 - 泵的输入功率 V - 电机工作电压 I - 电机工作电流 COSj - 电机功率因素 h电 - 电机效率 混 - 产液混合液比重（kg/m3） H总 - 泵的实际总扬程（m） 日产液量（kg） Q= - 混合液比重（kg/m3）86400例题： 某井下入雷达公司的电潜泵，日产液量为539吨，含水80%，动液面高度（H）为

27、607m，井口压力为1.1Mpa，工作电流为49A,工作电压为2000，功率因素COSj为0.70，电机效率 h电为0.85，原油比重油为863.4kg/m3，水比重水1000kg/m3。试计算电潜泵的实际工作效率是多少？ 解：1、 计算轴功率（即输入功率） 32000490.700.85 N入= =101 kw 10002、 计算输出功率（即泵的有效功率）A. 先计算混合液比重混 混=水0.80+(1-0.80)油 =10000.80+0.20863.4=973kg/m3 B. 计算总扬程 H总=H静+H井口+H磨式中 H静=607m (已知); H磨=0 (忽略) 102 H井口=1.1=

28、115.3 m 0.973所以， H总=607+115.3+0=722.3 (m)C.计算泵的有效功率 539000 722.3973 QH总混 97386400 根据公式, N出= = 102 102 =44.17 kw D. 计算泵实际效率 N出 44.17 h泵实效= = = 0.44 = 44% N入 101 六. 补充说明1、 何谓“伏安”？因为电压的有效值和电流的有效值之乘积大于实际功率值，这种功率称作“视在功率”，单位为“伏安”。如图所示。 3OEOI视在功率（KVA）= 1000 3电压电流 或 视在功率（KVA）= 1000 3电压电流COS 有效功率（KW）= 10002、

29、功率因素 有效功率 功率因素 = 视在功率 注；有效功率可以用电能表直接测得；而视在功率必须用 电压表和电流表测得。3、泵的排量取决于：转速、叶轮尺寸、出口压力和液体性质。4、离心泵的扬程取决于叶轮的圆周速度（H=u2/g）和泵的级数.5、泵的扬程与所泵送的液体的比重无关。6、额定电流不相同的电机不能串联使用。7、气锁：如果井液中用大量的游离气存在，当游离气多到一定 程度，进到泵内的都是气体时，泵就会抽空，这种现象就叫 气锁。8、气穴：由于液体进入泵叶轮后，流速加快，同时压力下降， 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。

30、此时，被压碎的气体段塞产生巨大的能量而破坏叶轮。 这种现象就叫气穴9、泵应在厂家所推荐的最佳排量范围内运转。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；若实际排量低 于最佳排量范围下限，则下止推轴承加速磨损；偏离得越多,上止推轴承或下止推轴承磨损得越快。10、电潜泵机组下到井里后，井口电缆接到变压器上的电压值不是电机名牌上的额定电压值，而是电机的额定电压值+ 电压降。若不考虑电压降，工作电流将超过额定电流，长期工作对电机非常不利；有时甚至无法启动电机。 注：电压降的大小取决于电缆的下入深度。一般情况下， 每100m深度电压降为10V。11、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。在这种情况下，再增加多大的功率也不会增加扬 程。 24