电泵的选泵.docx

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电泵的选泵

选井选泵的基本方法

典型电泵的应用：

（TypicalESPapplication）

I.高含水条件；（High-Water-cut）

II.高油气比条件；（High-GOR）

III.高粘度条件；（HighViscousfluids）

IV.变速控制条件。

（Variablespeeddriver）

第一节：

高含水条件

第一步：

收集并分析可以得到的资料；

主要包括四方面的资料：

1〕油井资料；2〕生产资料；3〕油井流体资料；4〕电源资料。

1、油井资料

1）套管：

外径7（inch），重量23（ibs/ft）；

2）油管：

外径27/8（inch），外加厚，8扣/inch（新的）；

3）射孔井段：

5300～5400（ft）；

4）泵挂深度：

5200（ft）。

2、生产资料

1）井口油压（P0）：

150（psi）；

2）测试产量（Q）：

900（bfpd）；

3）基准点（H）：

5350（ft）；

4）测试压力（P）：

985（psi）；

5）井底静压（Pr）：

1650（psi）；

6）井底温度（T）：

180（℉）；

7）气油比：

未知；

8）含水率：

90％；

9）设计产量（Qd）：

2000（bfpd）（地面桶数）。

3、油井流体情况

1）水的比重（rw）：

1.02；

2）原油的API重度（ro）：

30度；

3）气体的比重（rg）：

未知；

4）气体的饱和压力：

未知；

5）原油的粘度：

未知；

6）高压物性参数：

未知。

4、电源资料

1）初级电压：

7200/12470（V）；

2）电源频率：

60（Hz）；

3）电源容量：

稳定系统；

4）可能存在的问题：

（砂、蜡、垢、腐蚀、乳状液、气、温度）全部未知。

5、对资料进行分析

1）气体资料不可使用，为实际应用起见，假设仅有油水混合物通过电泵。

2）由于含水比较高，可以认为没有乳化情况，可以使用水流动磨损曲线。

3）资料中已经提供了泵挂深度，如果没有提供，泵挂通常安装在射孔井段之上（距射孔井段100m左右）。

4）泵吸入口压力要求高于流体的泡点压力，一般情况下，泵吸入口压力大于100psi（表压）。

第二步：

确定泵吸入口压力

1、计算采油指数

式中：

Q------测试产量，bfpd；

Pr-----油藏静压，psi；

Pwf-----油井流压，psi（在测试产量下）。

2、计算2000bpd时的流压

3、计算泵吸入口压力

（1）计算原油的密度

（2）计算混合液的密度

（3）计算泵吸入口压力（pumpintakepressure）

P吸＝Pwf－〖基准点深度的压力－泵挂深度的压力〗

＝Pwf－

=172－

＝106（psi）

（4）计算沉没度

H沉没度＝

第三步：

确定总动压头

H总＝H静＋H摩阻＋H油

1、静举升高度

H静=5350－

=4957（ft）

2、摩阻损失

使用Hazan--williams公式：

式中：

H摩阻――油管摩阻损失，ft；

Q――设计流量，加仑/分；

ID――油管内径，inch；

油管内径统计表

油管直径

（inch）

11/4

11/2

23/8

27/8

31/2

41/2

51/2

油管内径

（inch）

1.049

1.380

1.610

1.995

2.441

2.992

5.012

6.065

C――摩阻系数，超过10年的油管，C＝94；

小于10年的油管，C＝120；

玻璃纤维油管，C＝130；

塑料油管，C＝140。

H泵――实测泵挂深度，ft。

由于是新油管，C＝120，

ID＝2.992（inch）

Q=2000×0.02917=58.34加仑/分

=2.083×0.7137×1849.4/206.9×5200×10-3

=1.4866×8.938×5.2

=31.85×5200×10-3

=69（ft）

3、油压压头

4、总动压头

H总＝H静＋H摩阻＋H油

＝4957＋69＋343＝5369（ft）

5、油井产能的重新确认

（1）确定潜油电泵井的最低沉没度，一般要求大于300米（985ft）；

（2）已知油层中部深度H中（没有该值也可以采油射孔顶界数据），混合液的相对密度SGL，

（3）混合液的液柱高度（油层中部深度－泵挂深度）＋300米（985ft），

（4）计算井底流压Pwf：

公制：

英制：

（5）已知油藏静压Pr，PI值（m3/d·MPa）bbl/psi，那么，预计油井产量：

（6）比较预测产量和所提供的产量大小。

5、打印计算结果

总动压头的计算结果

油田名称：

设计时间：

井号：

设计人：

序号

名称

单位

结果

套管

Inch

油管

Inch

27/8

泵挂深度

5200

设计排量

bfpd

2000

井底温度

℉

180

混合液的比重

1.01

泵吸入口压力

psi

106

沉没度

242

静举升高度

4957

摩阻损失

油压压头

343

总动压头

5369

第四步：

选择泵型

在允许的情况下，一般首先选择最大直径的机组，选择最大直径机组的三个优点是：

1）随着设备直径的增加，效率提高；2）较大直径的机组，通常机组价格较低；3）由于流体的流速较高，机组在运行中容易得到冷却。

不同套管和不同机组的匹配情况

套管外径OD

配套的机组系列

电机

保护器

泵

41/2"（114.3mm）

375

338

51/2"（139.7mm）

375,450

338,400

65/8"（168.3mm）

375,450,544

338,400,513

338,400,513,562

7"（177.8mm）

450,544,562

400,513

400,513,562

75/8"（193.7mm）

450,544,562

400,513

400,513,562

85/8"（219.1）

450,544,562,725

400,513,675

400,513,562,675

103/4"

273.0mm

450,544,562,725

400,513,675,875

400,513,562,675,

875

133/8"

339.8mm

400,513,562,675,

875,1025

多级离心泵的技术规范

系列

序号

排量

最佳排量范围

60hz

（bpd）

50hz

（m3/d）

60hz

（bpd）

50hz

（m3/d）

338

DC800

DC1000

DC1250

800

1000

1250

106

132

166

550~950

700~1300

950~1700

73~126

93~172

126~225

400

FV320

FS400

FC470

FC650

FC925

FS1150

FC1200

FC1600

FC2200

FC2700

FC4300

FC6000

320

400

470

650

925

1150

1200

1600

2200

2700

4300

5600

123

152

159

212

291

358

570

742

180~460

180~530

350~575

450~850

700~1150

800~1500

950~1550

1200~2100

1500~2800

1800~3500

3000~5200

3600~6800

24~61

24~70

47~76

60~113

93~152

106~199

126~205

159~278

199~371

238~463

397~689

477~901

513

GC1200

GC1700

GC2200

GC3000

GC3500

GC4100

GC6100

GC8200

1200

1700

2200

3000

3500

4100

6100

8200

159

225

291

397

464

543

808

1086

800~1600

1300~2200

1500~3000

2200~3600

2200~4700

2500~5600

3650~8100

4400~10300

106~212

172~292

199~397

291~477

291~623

331~742

484~1073

583~1365

562

KC12000

K15000

12000

15000

1590

1987

9500~14500

11250~18750

1259~1921

1490~2484

675

HC7000

HC9000

HC12000

HC19000

7000

9000

12000

19000

927

1192

1590

2517

4500~9000

6000~11500

7500~15000

12000~24500

596~1192

795~1524

994~1987

1590~3246

1、根据套管尺寸，选择合适的匹配机组。

2、根据设计需要的排量、频率，选择相应的离心泵系列、型号。

3、根据选择的泵型，查该泵型的特性曲线，从泵特性曲线上，查出设计排量2000（bfpd）时，单级压头（49.7ft/级）和单级制动功率（1.09HP/级）。

4、计算泵级数：

泵级数＝总动压头/每级压头

即：

泵级数＝5460ft/49.7ft/级＝110级

5、计算泵的制动功率（BHP）：

泵的制动功率＝泵的制动功率/级×级数×混合液比重

＝1.09HP/级×101级×1.01

=121HP

第五步：

保护器和电机的选择

通常保护器的系列与离心泵的系列相同，尽管也有例外，但是需要特定的接头。

在本例中，假设保护器与离心泵的系列相同。

1、保护器功率的确定

保护器需要的功率取决于泵产生的总动压头，有两种方法可以确定保护器的功率，一种是查功率――总动压头曲线，根据总动压头（5464ft）确定保护器的功率（3HP）；另一种是根据经验计算。

513系列保护器功率――总动压头曲线

电机需要提供的总功率＝121HP＋3HP＝124HP。

2、确定电机

查562系列电机技术规范，可以选择562系列电功率130HP，

562系列电机技术规范

功率（HP）

电压/电流（V/A）

长度

重量

60Hz

50Hz

60Hz

50Hz

LBs

460/44

1250/16

383/44

1042/16

5.4

1.65

383

174

460/63

1250/23

383/63

1041/23

6.8

2.08

486

221

805/47

1250/30

671/47

1042/30

8.3

2.52

590

268

780/60

1230/38

650/60

1025/38

9.7

2.95

693

414

314

100

805/72

2145/27

671/82

1787/27

11.1

3.39

796

361

115

780/85

2030/33

650/85

1692/33

12.5

3.82

899

408

130

108

1250/60

2145/35

1042/60

1787/35

14.0

4.26

1003

455

150

125

1205/72

2210/39

1004/72

1842/39

15.4

4,69

4.69

1106

502

165

137

1115/85

2230/43

929/85

1858/43

16.8

5.13

1209

548

180

150

1230/84

2210/47

1025/84

1842/47

18.2

5.56

1312

595

195

162

1055/105

2145/52

879/105

1787/52

19.7

6.00

1415

642

225

187

1230/105

2190/59

1025/105

1825/59

22.5

6.87

1622

736

255

212

1405/105

2145/69

1171/105

1787/69

25.4

7.74

1828

829

从562系列电机技术规范中可以看出，130HP的电机有两种，选择的标准要考虑如下因素：

1〕高电压（低电流）电机，电缆能量损耗较小，因此，需要的电缆导线直径较小；

2〕电机电压越高，电机价格越贵；

3〕考虑现有的设备。

在某些情况下，由于电缆直径小带来的资金节约，抵销了电机的成本的变化，因此在应用中，选择高电压电机：

130HP，2145V，35A。

第六步：

选择电缆

电缆选择考虑电缆尺寸、电缆损耗和成本。

电缆尺寸选择考虑电缆压降、电流、油管接箍和套管之间的有效空间。

1、压降确定

电缆压降计算根据电机电流和井底温度，可以查电缆压降曲线，也可以采用经验公式来计算，经验公式如下：

1＃电缆：

△U=0.213I×TW×H泵/1000ft

2＃电缆：

△U=0.27I×TW×H泵/1000ft

4＃电缆：

△U=0.45I×TW×H泵/1000ft

6＃电缆：

△U=0.675I×TW×H泵/1000ft

式中：

△U――电缆压降，V；

I――电机电流，A；

TW――温度系数；

H泵――设计泵挂深度，ft。

温度系数（TW）统计表

温度，℉（℃）

温度系数

温度，℉（℃）

温度系数

温度，℉（℃）

温度系数

100（38）

110（43）

120（49）

130（54）

140（60）

150（66）

160（71）

1.070

1.092

1.114

1.136

1.157

1.179

1.201

170（77）

180（82）

190（88）

200（93）

210（99）

220（104）

230（110）

1.223

1.245

1.267

1.288

1.310

1.332

1.354

240（116）

250（121）

260（127）

270（132）

280（138）

290（143）

300（159）

1.376

1.398

1.420

1.441

1.463

1.485

1.507

4＃电缆，温度193℉，温度系数为1.267，电流35A，泵挂深度（5200＋200）ft，那么

△U=0.45I×TW×H泵/1000ft

＝0.45×35A×1.267×5400ft/1000ft

＝108V

查压降图，4＃电缆，在68℉时，每1000ft压降16V，泵挂深度5200ft，再加上地面预留200ft，井底温度193℉时的温度系数为1.267，那么

△U=16×5400×1.267/1000=110V

电缆压降超过铭牌电压的5％时，使用标准控制柜启动机组是安全的。

2、地面电压

预定的地面电压＝电机铭牌电压＋电缆压降

＝2145V＋110V＝2255V

3、电泵系统的功率

系统功率＝1.732×地面电压×电机电流/1000＝137KVA

第七步：

变压器的选择

变压器的选择根据电源供电电压（7200V、12470V）、预定的地面电压（2256V）和需要的功率（137KVA）来确定。

变压器的总功率大于或等于137KVA，选择一台三相137KVA的变压器或者三台单相变压器，可使初级电压降至需要的地面电压。

第八步：

控制柜的选择

控制柜的选择依据地面电压、电机电流和总功率来确定。

第九步：

附属设备的选择

电泵的附属设备包括单流阀、泄油阀、井口、电缆卡子和小扁电缆。

井口的选择根据套管尺寸、油管尺寸、泵挂深度、压力极限、电缆尺寸和结构来确定。

第十步：

潜油电泵设计书

国家（地区）：

油田名称：

井号：

设计时间：

设计人：

第二节：

高粘度流体条件下

在大多数情况下，潜油电泵能够抽汲水和粘度比较低的原油。

然而，在某些情况下，潜油电泵用来抽吸粘度与水相差悬殊的流体，黏性流体有很高的内部阻力，阻止其流动。

因此摩擦损失增加，导致压头较低，制动功率增加。

粘度也影响漏失损失，发现在最高泵效点，黏性使泵的排量下降。

如果电泵开采黏性流体，选泵时必须考虑这些因素。

在石油工业中，黏性流体主要指低比重原油或者地层乳状液。

在第一种情况下，测定粘度以后，建立粘度――温度关系（粘温曲线），在给定的温度和压力下，使用某一经验公式来确定粘度。

第二种情况下，如果油和水形成乳状液，问题相当复杂，乳状液的粘度比混合液的粘度高得多。

每一种乳状液的表现都不尽相同，几乎没有什么准则来确定以物理特性为函数的乳状液粘度。

在这种情况下，推荐进行实验室试验，来模拟油井条件下乳状液的性能。

选泵步骤：

1、从实验数据（资料）或相互关系来确定油藏温度下，不含气原油的粘度；

2、用PVT资料或相互关系来确定含有溶解气时，泵吸入口压力。

3、已知气体饱和度时，校正不含气原油的粘度；

4、把粘度单位转变成SSU单位；

5、通过实验室试验或使用可以得到的资料，校正含水流体的粘度；

6、泵的选择和校正系数依据：

1〕使用设计的流量和套管尺寸，来作为选泵的标准；

2〕用混合流体的粘度来确定性能校正系数。

7、总动压头的确定如下：

1〕与高含水油井中的方法一样，计算静举升高度；

2〕考虑预计产出流体的粘度，计算出油管的摩阻；

3〕把井口压力转变为液柱高度；

4〕上述三相相加，可以计算出总动压头。

8、把设计的产量和总动压头转变成：

1〕“拟”流量；

2〕使用校正系数的“拟”压头；

9、使用泵特性曲线：

1〕确定在“拟”流量下的单级压头，计算产生“拟”压头所需的泵级数；

2〕使用校正系数，计算所需的总动压头；

3〕选择必要的附属设备（同高含水情况一样）。

应用举例：

第一步：

资料收集和分析

1、油井资料

1套管尺寸：

7inch，23磅/ft；

2油管尺寸：

27/8inch，外加厚，8扣/inch；

3射孔井段：

5300～5400（ft）；

4泵挂深度：

5200（ft）（孔眼之上100ft）。

2、生产数据

1井口压力：

50（psi）；

2气油比：

NO；

3井底温度：

130℉；

4设计排量：

1700（bfpd）（地面桶数）；

5泵吸入口压力：

350（psi）在1700（bfpd）。

3、流体特性

1油的API度：

15度；

2含水率：

30％；

3水的比重：

1.02；

4气的比重：

NO。

4、电源

1初级电压：

7200/12400V；

2频率：

60Hz；

3可能的问题：

粘度。

美国粘度换算图的公式化

其雷诺数的定义为

（1）

式中：

Qopt----额定流量，m3/h；

Hopt-----扬程（对于多级离心泵应取单级叶轮的扬程），m；

ν----输送温度下粘性流体的运动粘度，m2/s。

换算单位：

1厘泊（cp）=1mpa.s

1pa.s=1N.s/m2=1kg/（m.s）,

υ=µ/ρ,m2/s=1×10－3mpa.s/（kg/m3）

计算可得Reˊ值，取雷诺数Reˊ的常用对数Re作为自变量，根据这些数据，推导出各换算系数与雷诺数的关系式

（2）～（7）。

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

SSU（赛氏通用粘度秒数）公式

SSU=2.273[CP./SP.Gr.+（{CP./Sp.Gr.}2+158.4）0.5]

SSU=2.273[6.9×106（R/Sp.Gr.）+（47.61×1012{R/Sp.Gr.}2+158.4）0.5]

SSU=2.273[CST+（CST+158.4）0.5]

式中：

CP－ViscosityinCentipoise（厘泊）；

R－ViscosityinReyn（雷恩）；

CST－ViscosityinCentistokes（厘沲）；

Sp.Gr--specificgravity（比重）。

一、在130℉时，原油的API度为15度，利用《不含气原油在不同地层温度下的粘度》曲线，确定不含气原油的粘度大约210厘泊。

二、利用《在地层压力下溶解气油比》曲线，确定泵吸入口压力350磅/平方英寸时的溶解气油比50标准立方英尺/桶。

三、利用《饱和压力下，在地层温度和压力下的粘度》曲线，确定饱和压力下的粘度大约95厘泊。

四、把95厘泊转变成SSU（赛氏通用粘度秒数）：

1混合液比重＝（1.02×0.3）＋（0.966×0.7）＝0.982

2SSU＝2.273[CP/S.G.+（{CP/S.G.}2+158.4）0.5]

=2.273[95/0.982+（{95/0.982}2+158.4）0.5]

=442SSU

五、假设介质为乳状液，含水为30％时，利用《乳状液的粘度校正曲线》图，确定出粘度校正系数2.8，那么校正后的粘度为442SSU×2.8＝1238SSU。

六、泵的选择：

根据设计排量1700BPD、套管尺寸7inch，可以选择513系列、GC2200泵。

利用《GC2200粘度校正系数》表，使用插值法，确定GC2200泵排量、压头和制动功率的校正系数：

排量0.68

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