潜油电泵采油工艺设计样本.docx
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潜油电泵采油工艺设计样本
潜油电泵采油工艺设计
一、设计概要
潜油电泵是油田中使用一种重要无杆采油设备。
近几年来，特别是国外，生产现场装机总容量超过了20%，是油田高产稳产重要手段。
典型潜油电泵系统重要由地面某些和井下某些构成。
地面某些重要涉及：
变压器、控制屏和接线盒；井下某些涉及：
井下管柱、井下电缆、多级离心泵、气液分离器、保护器和潜油电机。
动力通过电缆传递给井下电机，使潜油电机带动多级离心泵旋转，将井下液体举升到地面。
1.1设计目
通过设计计算，理解潜油电泵采油系统构成，工艺方案基本设计思路，设计内容，掌握方案设计基本办法，环节以及设计中所涉及基本计算，加强系统工程训练，培养分析和解决实际工程问题能力。
1.2设计内容
依照油井基本状况，通过潜油电泵举升系统设计计算：
1.2.1拟定油井产能
1.2.2拟定井筒压力温度。
井筒压力温度预测重要是依照油井基本资料，计算井筒泵如下温度及压力分布，得到泵入口温度及吸入压力。
1.2.3拟定泵入口气液比。
泵入口气液比是选取气液分离器根据，依照油井基本资料、泵入口压力温度及流体物性计算办法计算泵入口气液比。
1.2.4拟定潜油电泵系统设备
1.2.4.1气液分离器。
依照供选取分离器分别计算安装分离器后进泵气液比，由设计原则（进泵气液比规定）选用气液分离器。
气液分离器效率越高，成本越高，普通只需要选取满足设计原则分离器。
1.2.4.2选取多级离心泵。
潜油电泵选取重要是选取泵型及计算所需要级数。
依照计算出来油井产量、总扬程，并由供选取离心泵特性曲线来选取配备多级离心泵。
1.2.4.3选取潜油电机。
当潜油泵型号、扬程及所需要级数被拟定后来，计算泵所需功率。
选取电机功率还应考虑分离器和保护器机械损耗功率。
普通状况下，气液分离器机械损耗功率为1.5KW，保护器为1.0KW。
1.2.4.4选取潜油电缆。
潜油电缆选取重要是拟定电缆型号及压降。
电缆电压降普通应不大于30V/304.8m，电流不能超过电缆最大载流能力。
从成本角度考虑，电压降越小，成本越高，普通只需选取满足规定电缆。
1.2.4.5选取变压器。
选取变压器就是拟定系统所需要变压器容量，其容量必要可以满足电机最大负载启动，应依照电机负载来拟定变压器容量。
1.2.4.6选取控制屏。
普通控制屏就是依照现场使用条件和潜油电泵机组性能规定来进行选取，但重要还是依照电机功率、额定电流和地面所需电压来选取控制屏容量，以保证电机在满载状况下长期运营。
1.3设计原则
为了合理地选取潜油电泵设备，使其运营最可靠及最经济，在进行选泵设计时，必要遵循如下几点原则：
1.3.1满足设计产液量规定；
1.3.2选取潜油电泵，必要使泵在最高效率点或最高效率点附近工作，使泵效尽量达到最高；
1.3.3潜油电机输出功率必要可以满足泵举升液体所需要功率要求；
1.3.4电缆、控制屏及变压器选取，在保证套管尺寸规定状况下，电缆耐压和型号选取要尽量大某些，以减少其功率损失。
为了考虑后来更换排量大某些泵，控制屏和变压器容量选取要稍大某些；
1.3.5进泵气液比不能超过10%。
二、油井基本数据及假设条件
2.1油井基本数据：
油藏中部深度2500m，地层压力18MPa，原油饱和压力12MPa，地层温度80℃，井口温度20℃，关于尺寸为
（内径62.0mm），套管尺寸为
（内径198.8mm），原油相对密度0.8，地层气相对密度0.65，油井含水率80%，生产汽油比为300
产业指数40m3/（d×MPa）,生产井口油、套压分别为0.8MPa、0.2MPa，电网电压为4000V，频率为50Hz，按设计产液量240m3/d，泵挂深度2400m。
2.2假设条件
2.2.1设计产液量下泵入口如下混合平均相对密度为0.83，摩阻梯度为0.51Pa/m
2.2.2井口流体温度分布呈线性分布，且机组先后温度梯度一致
2.2.3设计产液量下机组对流体加热升温4.0℃
2.2.4电缆环境温度等于其井筒流体温度
2.2.5忽视机组长度
三、潜油电泵工艺设计计算
3.1油井产能预测及流压拟定
绘制IPR曲线：
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
-------原油泡点压力下产液量，
------流压为零是最大产油量，
------流压为零是最大产液量，
--------产液量，
--------地层静压,MPa
JL--------采液指数，m3/（MPa·d）
3.2井筒温度预测
由题目所给假设：
井筒内机组先后温度梯度一致，机组对流体加热升温4℃
设井筒温度梯度为n，泵入口温度为t
20+n×2400-4=80-n×100①
t=80-n×100②
联立①、②式得
泵入口温度为77.44℃，泵出口温度为81.44℃
绘制井筒温度分布曲线：
入泵温度T=77.44+273.15=350.59K；
3.3泵入口压力预测
由
=240
；J=40
；由IPR曲线得
=12MPa；
对泵入口如下由假设条件：
混合物平均相对密度为0.83，摩阻梯度为0.51Pa/m。
求得泵入口压力为：
P=12-0.83×9.81×（2.5-2.4）-0.51×（2500-2400）/1000000=11.18572MPa。
3.4泵入口气液比计算
3.4.1天然气体积系数计算：
由
=
=4.6MPa
=
=206.3K
=P/
=2.43；
=T/
=1.7
Z=
=0.883
=3.458×10-4ZT/P=0.00957
3.4.2原油体积系数计算：
由报表知
=0.8
由：
API=141.5/
-131.5=45.375
A=0.0125API-0.00091（1.8T-459.67）=0.41122
Rsb=
=89.43
由p/
=0.93知选用公式
Rs/Rsb=0.629p/pb+0.37=0.956
（p/
0.3）
Rs=85.5
Bo=0.972+
=1.267
3.4.3地层水体积系数计算：
=-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=-0.001796
Bw=
=1.027
3.4.4泵入口气液比计算：
由
=240
=
×（1-
）×Bo=60.816
=
×
×Bw=197.184
=（
-Rs×
×（1-
））×
=98.5
GLRp=
=38.2%>10%
其中
----泵入口游离气流量；
-----泵入口原油流量；
-----泵入口地层水流量；
因此选取安装气液分离器。
3.5气液分离器型号选取计算：
由GLRp=
；
令GLRg=10%则
=73.8%
则可以选取
=88%II型旋转式气液分离器
3.6井下泵排量及出口压力计算：
3.6.1井下泵排量计算
=
×（1-
）=11.82
井下泵排量应等于泵入口原油流量、地层水流量与经分离器后游离气流量，即
Qpm=
+
+
=269.82
。
GORs=
=25.73
依照泵入口气液比由查图得平均摩阻梯度138Pa/m，平均混合物相对密度0.925
3.6.2泵出口压力计算：
依照井口油压0.8MPa从井口到井底计算得井底压力：
P=0.8+138×2400/1000000+0.925×2.4×9.81=22.9MPa
压力分布曲线图
3.7选取多级离心泵：
依照设计规定选取井底排量在269.82m3/d所相应最高泵效，并且在最高效率点附近工作潜油电泵，对比附录中三种泵工作特性曲线选取R-DN1800泵，从而读出泵效为73%，扬程为3.4m。
拟定泵总扬程：
=1292m
级数N=H/3.4=380
由设计懂得选取泵效率最大73%，单级泵扬程3.4m。
选取R-DN1800泵；
则
=50.2KW
3.8潜油电机选取
考虑泵所需功率及分离器损耗功率1.5KW，保护器损耗功率1KW，因而电机应提供功率为
P=50.2+1+1.5=52.7KW
依照附表所列几种电机选取562系列电机：
外径142.7，功率55.93KW、电压1150V、电流39.5A。
3.9潜油电缆压降计算
由泵出口及井口温度分布计算井筒平均温度为（81.44+20）/2=50.72℃依照选取电机电流为39.5A，结合电缆压降附表选取#4Cu-#2AL型号电缆。
工作环境为40-95℃，工作压降每304.8m压降20V。
电缆压降为
由插图得压降为20V/304.8m
3.10变压器容量计算：
=89.6KVA
由
=U+△U=1309.45V
由总电压为1309.45V，额定电流为39.5A因此选取Ⅱ型控制屏电压1500V，电流80A。
四、潜油电泵设计报表
设计数据
设计成果
设计产液量
240.0m3/d
气液分离器
II型旋转式气液分离器
设计油压
0.8Mpa
离心泵
R-DN1800泵
设计套压
0.2Mpa
离心泵级数
380级
设计泵深
2400m
泵效
73%
设计频率
50Hz
泵扬程
1292m
电网电压
4000V
泵吸入气液比
25.73
油管尺寸
62.0mm
泵入口压力
11.18572MPa
套管尺寸
198.8mm
泵排出压力
22.9MPa
产层中深
2500.0m
泵所需功率
50.2KW
地层静压
18.0Mpa
潜油电机型号
562系列电机
地层温度
80。
C
电机铭牌电压
1150V
井口温度
20。
C
电机铭牌电流
39.5A
含水率
80%
电机铭牌功率
55.93KW
汽油比
300m3/m3
电机保护器
胶囊式保护器
原油相对密度
0.8
电缆型号
#4Cu-#2AL型号电缆
地层水相对密度
1.02
电缆长度
2430m
气体相对密度
0.65
电缆总压降
159.45V
原油泡点压力
12.0Mpa
地面电压
1309.45V
油井流入动态
油气水三相渗流
变压器
SSQY系列
测试流压
13.0Mpa
变压器容量
89.6KVA
测试流量
200.0m3/d
控制屏
Ⅱ型控制屏
流体密度校正
不校正
接线盒
普通接线盒
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