九步法设计电潜泵.docx

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九步法设计电潜泵

Centrilift教育培训中心

centrilift教育发展中心提供高质量的教育和培训项目，既为centrilift伙伴，他们负责设计，组装和服务我们的产品，同时也为我们尊贵的客户服务。

我们现代化的训练设施，包括多媒体教室，一个训练区，和一个多媒体发展中心。

此外，还有常设的，专业的，有经验的教师，在他们专业领域都可以来电交流。

我们提供给我们的客户有三个标准的课程，都有一个共同目标，以提高电潜泵系统整体可靠性，了解它的长处和局限性。

这包括提高运行寿命，并大大减少了维护和修理费用。

这三个标准的课程是：

电潜泵系统中应用

这是一个为期5天的课程设计，包括产品操作，使用电潜泵系统进行人工举升。

课程内容包括介绍电潜泵系统的各个组成部分，包括它们的性能特点和局限性。

这一课程是一个深入的技术研讨会，处理关于ESP系统在严酷环境的筛选和应用，其中包括高气油比，高粘度和变速运行。

变速控制器技术-运行-维护

这是一个为期5天的课程设计，旨在为那些日常运作centrilift变速控制系统的工作人员直接设计的。

课程将要详细讨论每个主要电路，以及为逻辑电路。

用模拟器和实际的变速控制系统，参与者将会实际启动了一项变速控制系统，并设定所需的一切操作参数

安装，故障排除和电潜泵系统应用

这是一个为期5天的课程设计，旨在教会油田人员安装电潜泵设备。

课程提供正确安装技术指南，以及服务和打捞电潜泵设备。

课程给学生介绍电潜泵系统主要的组件，并提供一个判断一个完整的电潜泵系统所需的步骤的简要的说明。

为了满足个人的需要，设计课程开展特定议题，并能在油田应用。

如果要了解完整的课程内容，时间安排和学费，请联络您当地centrilift代表。

无论我们的课程是针对产品信息，工艺技术，或协同工作技巧，教育发展中心所有centrilift同仁一样是为了同一目标所努力，这个目标就是追求卓越。

九步概况

centrilift已确立一个九步程序，帮助您针对特殊井设计合适的潜水泵系统。

九个步骤中每一都后面的章节说明，包括气体计算和变速运行。

这9个步骤是：

第1步-基础数据

搜集和分析所有井的数据，以便将用于设计。

第2步-生产能力

根据油井产能设定泵设定深度，或根据设定泵设置深度确定产能。

第3步-气体计算

计算液量，包括气体，在泵进口条件。

第4步-总动力压头

确定泵排要求

第5步-泵的类型

根据给定的产量和压头来选择泵型，为所需要的泵排提供最高的功率。

第六步-组件的优化

选择最的泵，电机，密封条和检查设备的局限。

步骤7-电力电缆

选择正确的类型和规模的电缆。

第八步-附件和可选设备

选择电机控制器，变压器，油管头和可选设备。

第九步-变频电潜泵系统

对于可变性的操作，可选择变速潜泵。

第1步-基本数据

大多数情况下，设计一个潜式抽油机，并不是一件困难的事，尤其是如果有可靠的数据资料。

如果资料，尤其是有些井产量数据比较差，设计通常会有影响。

不准的数据，往往造成泵误用和昂贵费用。

在推荐范围外误用泵，会造成超载，欠载或在液面快速下降，可能导致地层损害。

在另一方面，泵功率可能达不到足以提供所需的产率。

往往使用在同一或在附近区块其他井的数据，假设相同产量的井有相似的特征。

但是每个不同工程师安装潜泵装置，是不可能完全相同的。

实际的筛选程序，可以有很大的差别，取决于以及流体性质。

电潜泵三大类型的的应用是：

1.高含水井。

2.多相流（高气油比）井。

3.高粘性液体井。

以下是所需的数据目录：

1.井数据

a.套管和尾管的大小和重要

b.油管尺寸，类型，丝扣（状况）

c.射孔或裸眼的尺寸

d.泵设计深度（测量和垂直）

2．生产数据

a.井口油压

b.井口套压

c.目前产量

d.生产液面液面或泵吸压力

e.静液面或静态井底压力

f.基准点

g.井底温度

h.设计产率

i.气油比

j.含水率

3.井的流体条件

a.水的比重

b.油的比重

c.气的比重

d.气体的泡点压力

e.油的粘度

f.PVT数据

4.电源

a.可供初级电压

b.频率

c.电源功率

5.可能出现的问题

a.出砂

b.沉积

c.腐蚀

d.石蜡

e.乳胶

f.气体

g.温度

第2步-生产能力

以下是一个预测井产量的简化程序，假设唯一一条流动曲线。

受损井或者其他因素，将影响流动系数，并可能改变井的产量。

采油指数

当井底流动压力大于泡点压力，流体流动类似单相流动，井底产能特性曲线是一直线，其斜率J就是采油指数的大小，由下面式子PI表示：

其中：

Q=流体试采比率

=井底流压

井底静压

注解：

和

都是指同一地层深度的压力

流入动态关系

如果井底流压低于地层压力，导致多相流，那就使用IPR方法，它们的关系由下列公式确定：

W.E.Gilbert1第一次使用这种关系后，J.V.Vogel并进一步发展，vogel制定一无因次参考曲线，可用那IPR曲线决定特别的井。

流入动态参考曲线

第3步-气体计算

游离气在泵进吸口和泵排口的存在，使油管的设备选择步骤更复杂和繁多。

由于流体（液体和气体混合物）从该泵吸口流经排出口阶段，并通过排放油管。

因此，压力，流体性质（如体积，密度等）不断地去改变。

此外，游离气体存在，排放油管可能会造成显著的“气举”的效果，并大大减少规定的排放压力。

离心泵的性能也会受到气体相当大的影响。

只要气体仍然在溶液中，泵的运转通常好象抽吸低密度的液体。

不过，泵开始压头比正常要低，以气液比（抽水条件）的增加超过了一定的“临界”值（通常约10-15％）。

这主要是因为在泵吸的阶段，由于液相和气相分离，而且存在滑脱效应。

对于这一现象，一直没有得到很好的研究，因此没有相关自由气对泵运转影响的全面描述。

潜泵一般选择通常是假设两种相态没有滑脱效应或者没有纠正单级曲线，根据实际现场试验数据和过去的经验。

理想的情况下，使井的生产压力高于泡点压力，以保持在泵吸入口处没有游离气体。

这通常是不可能的，所以气体一定要在泵吸前提前分开，，以达到最大限度地提高了系统的效率。

有许多辅助设备和完井可以提高电潜泵在处理气体方面的性能，在气体处理指南中都有规定。

明确来说centrilift提供了几种可选组件用于分离流经泵吸口流体中的气体。

这有一个提高效率的步骤。

第一个是反向流动吸入，即用自然浮力的液体分离。

第二个则是涡旋式吸入，它使用的流体速度将建立一个旋转流诱导径向分离气体。

最后一个是旋转式油气分离吸入，它采用了机械，旋转来给予流体一个高的离心力来分离气体。

为了选择适当的泵和分离器，确定气体在液体中的影响是很有必要的。

以下计算游离气体积百分率。

如果溶解气油比，气量体积系数和体积系数不是可以从油藏数据中获得，那么他们必须计算出，并存在多相的相关对比的选择。

你所选择相关对比将影响你的设计，选择一个最符合你的条件。

以下是溶解气油比和地层体积系数关系式：

溶解气油比

或公制的:

其中:

为气体比重；

为泡点压力，psi，

；

T为井底温度，

。

注解：

当计算进气条件时，泵吸压力（PIP）应将被饱和压力代替。

气体体积系数

公制的：

其中：

Z为气体压缩因子，取（0.81到0.91）；

T为井底温度，华氏绝对温度（460+0F），国际单位，开氏温度（273+0C）；

P为吸入压力，psi或

。

气体体积系数

，是地下体积比上地面标况体积。

原油体积系数

原油体积系数表示原油在地层体积与在地面体积之比。

其中　　　　

T为井底温度，

公制的：

其中：

为气体比重；

为油比重；

T为井底温度。

总液体体积

当这三个变量，

和

已知，油，水和游离气体的体积可以确定，可以计算出它们每个百分比。

气体总量（游离气和溶液气）可确定如下：

公制的：

溶解气的在泵吸压力下的量，可由如下公式确定：

游离气体等于总气体减去溶解气体。

原油在泵入口体积等于地面原油体积乘于原油体积系数。

气体在泵入口体积等于地面游离气体体积乘于气体体积系数。

水的在泵入口体积与地面的体积相同。

混合流体体积（

）由下式确定：

游历气体占混合流体的百分比可以由下式计算：

第4步-总动力压头

下一步的工作是要确定预期产量所需要恶毒总动力压头。

总泵压就是泵举升液体的高度，英尺（米），由下面3部分计算得到：

（1）静举升高度（动力举升）；

（2）井油管摩擦损失；（3）井口压力。

公式简化如下：

其中：

TDH＝泵举升预期液体所需要的总动力压头。

=在预期产量时，测定的动液面到井口之间的垂直距离，英尺（米）。

＝克服在油管摩擦损失用英尺（米）计算。

=克服表层套管、阀及其配件的摩擦力以及到克服从井口到油罐组之间举升高度。

通常在井口用表压来测量，psi（kg/cm2）,然后转换为压头，用英尺（米）：

　　　　　　　　美国

公制的：

第5步-泵的类型

关于泵的种类及范围选择数据表在centrilift一览表的工程部分，泵的性能曲线（60赫兹和50赫兹）包含在"泵特性曲线"部分。

基于预期产液率和套管尺寸，选择泵型使之在预期的产量下达到最佳效率。

如果两个或两个以上泵的类型在预期的产量下有相似的效率，以下的条件决定该泵的选择：

1.价格和相应的电机尺寸和价格可能有所不同。

一般情况下，较大口径的泵和电机较便宜，而且操作效率更高。

2.当井的产能未知或不能近似估计时，一个具有"陡峭"特性曲线的泵应选择。

如果两个泵的效率近似相等，选择更多级数的泵。

这种泵流量将更加接近预期产量，即使举升大于或者小于预期产量。

3.如果在目前的产出流体中气体存在，需要用气体分离器来提高其运作效率。

参阅第3步，以确定气体对生产体积的影响。

容积的调整影响泵以及其他组件尺寸的选择。

4.当井的流体是相当粘性或趋于乳化，或其他不寻常情况，需要对泵一些更正以以确保运作效率更高。

在这种情况下，请求centrilift销售工程师建议。

vssp系统和泵的选择

上述情况或其他泵条件下，也可考虑变速电潜泵（vssp）系统。

例如，在上面第二种情况，如果一口井产能不准确知道，vssp系统较好。

具有电子变速vssp系统提高了以下条件下泵的可操作性，如气井、磨蚀井，低产量井等，它提供了软启动，消除了间歇运行，打破了气锁，绝缘设备使井下发热最小。

关于vssp系统，第9步再解释。

变频调速性能曲线在centrilift一览表"泵曲线"一节里。

该电子变速vssp系统资本支出及操作费用将在第6节考虑，"最佳规模的组成部分"。

变速控制器和变压器将在第8节和第9节讨论。

第6步－组件的优化

centrilift组件建立了不同系列尺寸，可以灵活地组合。

这些组合必须认真考虑产量地需求，材料强度和温度的限制。

各组件尺寸地选择参考工程部分下面的每一个表：

在各种套管设备组合

最大负荷极限

最大直径单元

流体通过电机的最大速度

在不同频率下的轴马力限制

推荐流体速度1英尺每秒（0.305每秒）以确保充足的电机冷却技术。

这个速度是不能实现的情况下，电机盒需增加速度。

在这种情况下，需要联系您的销售工程师。

参照centrilift性能曲线的选定的泵型与确定为了达到预定的产量与总压头需要的级数，为60赫兹与50赫兹性能曲线位于该目录。

注意的是泵特性曲线是基于水（比重1.00）。

在横坐标设计产量与压头曲线的交点读取纵坐标值。

用总的动压头除以读取的纵坐标值就为需要的级数。

分离器

参照油气分离器的信息目录，对马力需求与场地的长度作必要的调整

电机

选择为一个已知尺寸泵的电机，你必须先确定泵的功率，每级泵的功率从选定的特性曲线的右边纵坐标得到，驱动一个泵需要的总功率按下列公式计算：

参照电机选择部分

保护器

参照你的目录中选择适当的保护器。

对于用375系列电机的338系列泵推荐采用338系列保护器。

对于用450系列电机的400系列泵推荐采用400系列保护器。

对于用544或者562系列电机的513系列泵推荐采用513系列保护器。

当513系列的保护器用于400系列的泵，需要一个513-400适配器。

第7步－电缆

centrilift电缆缆芯通常有1、2、4和6系列的。

这些尺寸均有圆的与扁的，这些在centrilift电缆价格目录里。

为保护免受腐蚀性液体和严峻的环境，几种类型的凯装和绝缘电缆可利用。

电缆选择包括：

1）电缆的尺寸

2）电缆的类型

3）电缆的长度

电缆尺寸

电缆尺寸由电压降、电缆、接箍与套管之间的间隙。

参照电缆电压降曲线（见工程部分），在选定电机电流和给定井下温度下，推荐选择的尺寸满足每1000英尺电压降少于30伏特（305米）或低于15％电机铭牌电压。

这曲线也将让你知道操作电机必需的地面电压（电机电压加电缆压降）。

最后参考设备组合表（工程部分），决定所选的电缆尺寸是否与提高的套管与油管尺寸相匹配。

电缆直径加油管接箍直径应小于套管直径。

考虑到将来的需要，最优的电缆尺寸应该稍微大一点。

电的成本也是考虑的主要因素，千瓦时损失曲线（工程部分）可以用于调整油管尺寸的选择。

虽然电的价格变化较大，这些数据确定不同尺寸的电缆的经济学是有价值的。

电缆的类型

电缆类型的选择主要考虑流体类型，井底温度，油套环空空间限制。

参考不同规格电缆的价格页。

电缆长度

为了使表面连接距井口一定安全距离，电缆长度至少应该比测量的泵深度长100英尺（30m），参考最大的电缆长度曲线（工程部分），避免低压启动的可能性。

接线盒

在所有的井，在进入电机控制屏前需要排放气体以免爆炸。

电缆接线盒可以防止气体进入电机控制屏。

第8步－附件及可选设备

1.井下附件

扁平电缆

选择一个长度比泵、吸入口（标准或油气分离器）、保护器至少长6英尺（1.8米）。

扁平电缆护罩

选择规定数目的电缆护罩6英尺（1.8米），以至少等于电缆长度。

对于400系列的泵、在5-1/2"外径、20磅的套管的保护器与513系列的泵、在65/8"外径、26磅的套管的保护器不能使用电缆护罩。

电缆卡子

每2英尺（60厘米）用一个30英寸（76厘米）的电缆卡子，使电缆固定在泵上。

通过外径为3-1/2"的油管，对于所有电缆－油管连接部分，需要使用22英寸（56厘米）长的。

对于外径为4-1/2"与5-1/2"的油管，采用30英寸（76厘米）的卡子。

泵下入深度要求每个15英尺（5米）一个电缆卡子。

参考你的尺寸样本。

变径接头、单流阀、泄流阀

基于油管直径以及丝扣的类型选用附件

2.电机控制器

TheVortex系统是国家最先进的数字控制，包括两部分：

系统单元

这单元执行全部关闭、重新开始操作。

它装在低压控制面板上。

显示单元（可选）

本单元显示器读数，并设定值与警报系统。

它通常安装在安培图表附件，容易接触。

它提供了所有基本功能，例如：

欠载，过载，相不平衡，相转换等等，并有包括密码和通信协议90个其他参数。

3.单相和三相变压器

变压器类型的选择，就看主要电力系统和所需二级电压的大小。

选择三相升变压器一般主要用于从低电压系统增加电压，而阶梯的三个单相变压器通常减少高电压到所需要的电压。

在存在的系统中，一些Centrilift单元不需要额外的变压器，对于新安装的高压Y型变压器消除了自耦变压器，它通常比安装单相变压器便宜。

在选择升压变压器或三个单相变压器用下面的计算式计算变压器的容量：

Vs—地面电压

Am—电机铭牌电流

4.地面电缆

选择控制器到变压器近似长度的电缆，安装自耦变压器需要两根电缆，除了升压自耦变压器外，电缆尺寸应该等于井内电缆尺寸，因为它的初级与二级电流不相等。

5.井口及附件

基于套管，油管尺寸，最大推荐载荷，井口压力，和最大深度选择井口，电缆通过井口不需要压力附件。

电缆通过轴心是可用的，电缆拼接到输出端。

电缆井口密封阻止井内压力与气体逸出，详细说明参考你的手册。

6.服务设备

电缆滚筒、支架、导向器

选择适合先前电缆的电缆滚筒，基于电缆滚筒尺寸，选择电缆支架。

电缆导向器设计适合1到6尺寸的。

通常情况下，为了将来使用，顾客要留一套电缆滚筒、支架、导向器。

装运容器

选择先前选择的电机、泵、保护器、气体分离器需要的体积和长度的装载容器装载。

7.可选设备

井底压力传感设备

井底压力传感设备提供连续的井底压力测量。

井自动监测：

电机控制器可以连续的监测泵的运行情况，关于细节请联系森垂立夫特代表。

第9步－变频电潜泵系统

电潜泵可以增加一个电子变频控制器，从而使操作的压头、排量、效率最大。

因为电潜泵电机是一个感应电动机，它的速度与电力系统提供的频率成比例。

通过调整频率，变速潜泵（vssp）系统提供了非凡的潜力增加产量，减少停工时间，增加利润。

在许多情况下，该vssp可以用来提升效率，包括高粘度井，注水井等。

它延伸了电潜泵人工举升范围到低于100桶（16m3/d）和高达10万桶（16000m3/d）。

为了应用变频电潜泵系统，需要变速电潜泵的效果。

可以在变频与常压头条件下来分析，销售工程师有泵选型计算机程序，可以用来协助您vssp系统的选择。

下边是原理的一个基本解释。

变频率

频率的影响可以从预期频率的新曲线上得知，这曲线基于已知的60HZ。

该电速控制器是用来产生30至90赫兹之间的任何频率。

60HZ以外其他频率曲线，可用离心泵引力定律产生。

从定律推导的方程为：

效率与60赫兹的相等（这里忽略损失）。

利用这些方程对于任意频率可以产生一组曲线，见本节的图1，每个曲线的点都是通过60HZ的转换得到。

假设我们给出频率为60赫兹的以下数据：

Rate=1,200BPD

Head=24.5ft.

BHP=0.34BHP

如果选择50赫兹的新频率：

通过运行这些计算在其他产量下，关于50HZ新的曲线就会产生，从存在的60HZ的一级曲线开始。

应用上面的方程计算50HZ下相应的值。

绘50HZ下单级FC-1200泵的性能曲线，类似的计算也可以绘制其他频率的曲线，图的阴影部分为泵推荐的操作范围，只要你的水力学需求落在这个范围内，你的泵就在推荐范围内。