潜油电泵由三部分组成: 井下部分, 地面部分和联系井下、地面的中间部分。井下部分是潜油电泵的主要机组, 它由多级离心泵、保护器和潜油电动机三个部分组成, 起着抽油的主要作用。其布置方法一般是多级离心泵在上面, 保护器在中间, 潜油电动机在下面, 三者的轴用花键联结, 三者的外壳用法兰联结。有些潜油电动机下部还装有井底压力探测器, 测定井底压力和液面升降情况, 将信号传送给地面控制仪表。地面部分是由控制屏、变压器及辅助设备( 电缆滚筒、导向轮、井口支座和挂垫等) 组成。控制屏可用手动或自动开关来控制潜油电泵工作, 同时保护潜油电机, 防止电机—电缆系统短路和电机过载。变压器用以将电网电压( 380 V) 提高到保证电机工作所需要的计算电压( 考虑到电缆中的电压降)。辅助设备包括潜油电泵运输、安装及操作用的辅助工具和设备。

中间部分由特殊结构的电缆和油管组成。将电流从地面部分传送给井下部分, 采用特殊结构的电缆。电缆具有圆电缆和扁电缆两种形式。在油井中, 圆电缆和油管外表面固定在一起, 而扁电缆则和泵、保护器外壳固定在一起。采用扁电缆可使机组外部尺寸减小。将油流从井下提升到地面, 采用普通油管。利用钢带将电缆固定在油管、泵和保护器上。

我国自1981年引进潜油电泵技术以来已有30多年的历史，潜油电泵作为重要的机械采油设备在油田得到了广泛应用。潜油电泵已发展为不再以单一的设备存在，而是以一整套系统存在。

1、潜油电泵系统硬件包括：

井下温压测控装置、潜油电机、保护器、分离器/吸入口、潜油离心泵、单流阀与泄油阀组合、潜油电缆、控制柜/变频器、接线盒、变压器等构成。

2、潜油电泵系统的软件包括：

潜油电泵应用前井况分析程序、潜油电泵选泵优化程序、潜油电泵监控程序、潜油电泵运行数据统计程序、潜油电泵系统故障分析程序等。

潜油电泵系统的作用是实现高扬程、大排量的流体举升。

潜油电泵优点

1）大排量采液是这种采油方法的主要优点。但是，潜油电泵也经常应用于产液量比较低的油井。

2）这种泵能够把油井中位于上部水层的水转注到下部的注水层中。

3）操作简单，管理方便，在市区应用有得于美化环境、减少噪音。

4）能够较好地运用于斜井、水平井以及海上采油。

5）容易处理腐蚀和结蜡。

6）容易安装井下压力及温度等测试装置，并通过电缆将测试信号传递到地面，进行测量读数。

7）为适应油井产量递减或发生变化，可采用变频装置调节电源频率来实现，但投入费用较高。

8）免修期较长，油井生产时效相对比较高。

潜油电泵缺点

1）潜油电泵下入深度受电机额定功率的限制，套管尺寸和井底高温时潜油电泵的下入深度受到限制。大型高功率设备没有足够的环形突然空间冷却电机，会缩短电机的使用寿命。

2）由于多级大功率潜油功率比较昂贵，使得初期投资比较高，特别是电缆的费用较高。如果需要搞腐蚀或耐高温，则费用会更高。

3）由于整套装置都安装在井下，一旦出现故障，需要起出全部管柱进行修理，导致作业费用增加和停产时间过长。

4）井下高温容易使电缆出现故障，高温、腐蚀和磨损可能造成电机损害。高气油比会使升举故障降低，而且会因气锁使泵发生故障。

5）动力源仅适应采用电源。

为了合理地选择潜油电泵, 使其运行最可靠及最经济, 一般应遵循下列原则:

(1 ) 泵的额定排量与油井产能相匹配, 额定扬程必须等于油井的总动压头;

(2 ) 保证潜油电泵在最佳排量范围内工作, 使泵效尽可能达到最高;

(3 ) 潜油电机的输出功率必须满足泵举升液体所需要的功率;

(4 ) 在保证套管尺寸要求的情况下, 电缆、控制屏和变压器容量选择要稍大一些。

影响潜油电泵工作特性的因素很多, 但总的来说可以归纳为三大类: 第一类是供给电力的动力源; 第二类是被举升液体的性质; 第三类是杂质、砂、蜡等因素的影响。这些因素的影响将会导致以下后果: 第一是抽油效果变差; 第二是运转寿命减短; 第三是机组损坏率增高。

含气液体对潜油电泵工作特性的影响

根据注水油田高含水期开发阶段的特点, 油田逐步转抽是保持油田稳产的主要措施之一。在油田逐步转抽过程中, 井底流压将大幅度下降。这样在油井生产过程中, 流压一般都在饱和压力以下, 流饱压差负值很大, 原油在井底甚至在油层内部就开始大量脱气, 使井液中含有大量的游离气体, 从而进入多级离心泵的气体体积也大大增加。潜油电泵是一种多级离心泵, 在运转过程中, 如果井液中含有大量的游离气体, 将严重影响潜油电泵的工作特性———扬程、排量及效率将会下降。若游离气体过多, 叶轮流道的大部分空间被气体占据, 将使离心泵停止排液,

关于游离气体对离心泵工作特性的影响, 国内还没有进行很多的研究和试验。从现场实际使用情况来看, 气量过大, 电泵工作不稳定, 排量下降, 地面所记录的电流波动比较大, 机组欠载严重, 使潜油电泵不能正常工作。国外在这方面已做了大量的试验和研究。前苏联所做的试验表明: 160 m³/ d 电泵在气液比为4%时, 泵就不能正常工作, 700 m³/ d 电泵在气液比为10%时将不能正常工作。

美国用水—空气和柴油—二氧化碳所做的试验结果得出以下结论:

(1 ) 当泵吸入口游离气体超过某一临界值, 且排量又低于某一点时, 泵的扬程将会出现严重波动。

(2 ) 在泵吸入口压力较低的情况下, 当排量超过某一点时, 由于气穴, 零扬程排量和扬程曲线将逐渐下降; 而当泵吸入口压力增加, 气体体积缩小时, 曲线又向上接近纯液体的曲线, 但要比纯液体曲线较低。

(3 ) 在试验中某一点, 混合叶轮的特性比径向叶轮的特性好。但当游离气体积超过某一临界值时, 混合叶轮的特性同样也会出现波动。

(4 ) 试验的结果表明了计算泵吸入口含气量的必要性,通过计算可以为泵和分离器的合理选择提供必要的参数, 以便使电泵在最佳工况下工作。

被举升液体粘度的影响

大多数潜油电泵是根据用标准状态下的水所做的泵特性曲线进行选择的, 并未考虑井液和水粘度不同对特性曲线的影响。由于潜油电泵最初是应用在水井或系统相似的高含水油井中, 所以这样的选择还是比较恰当的。 特别是低含水井井液粘度对泵工作特性的影响越来越受到世界各油田的重视, 人们发现, 当泵在粘度比较大的原油中工作时, 其工作特性比所期望的工作特性要差得多。

供电系统不完善的影响

维护供电系统的完善性, 并且对供电系统的不完善性采取必要的措施, 人为消除这种不完善性对潜油电泵系统的影响, 将是延长机组运转寿命、提高其经济效益的关键之一。

供电系统的不完善性主要表现为: 三相电压的不平衡、不规则的电压值、瞬间电压波动及供电系统的频繁中断等。这些都将严重影响潜油电机的工作特性, 并使其运转寿命缩短。

1、在一般情况下, 防止和消除气体影响的措施有以下几种:

(1 ) 安装油气分离器及套管放气阀。潜油电泵油气分离器共分两种, 即沉降式分离器和旋转式分离器。通过分离器的作用,将气体从井液中分离出来, 进入油套环形空间, 再经套管放气阀放气进入输油干线, 从而使进入多级离心泵的气体减少。如果含气量较小, 泵吸入口气液比在10% 以内, 则选用沉降式分离器, 它能分离出总气量的37%左右。如果气量较大, 泵吸入口气液比在10%～30% ,则选用旋转式分离器, 其分离效率可达90%以上。

(2 ) 加大泵挂深度。加大泵挂深度可增加泵吸入口压力, 使原油在泵吸入口脱气量减少, 这样就可消除一部分气体对泵工作特性的影响。对于套管尺寸大于177.8 mm 的油井可给吸入口以下部分加上一个罩子, 以解决电机的散热问题, 把机组下到油层中部以下, 将能取得更好的效果。

(3 ) 采用组合泵(锥形泵)。利用混合叶轮进行分级选泵, 泵底部使用大排量的叶轮,顶部选用排量较小的叶轮。这样泵底部的叶轮的作用和压缩机相似, 通过底部叶轮的作用,将游离气体压缩成溶解状态。在这种情况下, 当液体离开叶轮进入油管后, 将膨胀产生一个举升作用, 这样将减少气体的影响。

2、实际上, 泵机组在井中运行时散发出的热量将提高井液的温度, 从而可以降低粘度对泵工作特性的影响。另外在油田生产时, 可以给井液中加入破乳剂进行破乳以消除粘度的影响, 这些问题应该在选泵时给予考虑。实际的油田生产资料和理论计算结果的对比, 将对特殊井和实际的粘度问题得出比较好的校正, 从而减少粘度对泵工作特性的影响。

早的潜油电泵用于抽地层中和矿井里的水，由前苏联艾鲁托诺夫(A. S Arut unoff)发明，1923年美国第1台潜油电泵在洛杉矾问世，1926年美国开始在鲁赛尔(Russell) 油田采用电泵抽油，美国潜油电泵的研究、制造和使用历史较长，无论是在制造工艺，还是在应用技术方面都居世界领先地位。据1984年资料统计，美国潜油电泵井达到13 000口，检泵周期达到400～800 d，规模较大的公司主要有Reda、Centrilift 、ODI 等。目前世界上应用潜油电泵最多的是前苏联，潜油电泵井近 40 000 口，产量占其原油总产量的 50 %，平均检泵周期大于 500 d，A1metycvsk电泵制造厂成为当时世界上最大的潜油电泵制造厂。

我国是从1964年开始进行潜油电泵的研制和抽油试验，1981年在油田大规模使用潜油电泵，1996年潜油电泵井近3700口，其中大庆油田1700口、胜利油田1285口。近年来，潜油电泵在大庆、胜利、辽河、中原以及我国西部油田得到普遍应用，数量规模较大。尤其是潜油电泵的制造、应用技术发展迅速，出现了天津潜油电泵公司、胜利油田无杆采油泵公司、沈阳电机厂、重庆虎溪电机厂、大庆油田电潜泵公司、大港油田中成机械制造公司等众多潜油电泵及其相关产品的生产制造厂。

内容介绍

潜油电泵技术是根据二十多年来我国应用潜油电泵所取得的成果和经验，结合国内外应用潜油电泵的新理论、新发展编写的，着重于基础理论和新技术发展方向。《潜油电泵技术(上下)》(编者梅思杰、邵永实、刘军、师世刚)主要叙述潜油电泵的结构特点、基本参数及制造检修工艺流程等。共包括基础知识、潜油电泵机组、潜油泵、油气分离器、保护器、潜油电机、潜油电泵专用变压器、潜油电泵专用控制柜、潜油电缆和防砂、防垢、防腐蚀潜油电泵机组等十章内容。

《潜油电泵技术(上下)》主要面向油田从事潜油电泵设计制造、检修，采油工作的管理和初、中级技术人员，也可作为大专院校在校学生和职业培训的教学参考书。

潜油电泵井工作制度有两种: 一种是间歇生产, 另一种是连续生产。

1. 间歇生产

当所使用的潜油电泵排量比较大, 而油井产量相对于潜油电泵的排量又比较小时, 油井可采用间歇生产工作制度。即经过一定的时间间隔后, 把泵停下来, 以便油井内聚集足够的液体, 恢复一定的液面高度后, 再重新启动使泵继续工作。

目前潜油电泵机组中所使用的控制屏, 为油井提供了自动间歇生产的条件。当井液供不应求时, 运行电流低于所调整的欠载电流, 机组自动停机, 经过一段时间, 井中液面恢复到一定的高度后, 机组自动启动, 继续生产。间歇工作的停泵时间间隔可根据油井的实际生产情况通过调整欠载延时时间( 0～1 200 min) 来确定。

为了保证泵在特性曲线( 压头与排量关系曲线) 最佳排量范围内工作, 达到连续生产的目的, 有时还可以从油套环形空间输入一部分液体, 以便增加被举升液体, 保持电泵在高效点工作。

2. 连续生产

当油井的产量在所选择的电泵最佳排量范围内时, 电泵连续运转, 将能获得良好的工作状况, 并能防止早期磨损, 减少机组停机次数, 有利于延长机组运转寿命。在潜油电泵运转过程中, 一般要求运转电流波动范围不超过额定电流的±5%。

有时因开发方案需要, 要求稳定在某一产量下生产。另外, 为了保护地层, 防止大量出砂及地层塌陷, 要求控制在一定的生产压差下生产, 就需要采用油嘴来进行控制, 达到所需要的生产压差的目的。

电泵最有利的工作方式, 必须进行定量研究, 以便获得油井生产指示曲线。通常把下面原理作为研究的基础:

(1 ) 当关上油井出口闸门时, 离心泵所产生的压头, 总是等于从井中液面举升到井口的液柱高度, 再加上装在闸门前压力表所记录的压力;

(2 ) 离心泵在规定转速和采出液体性质不改变的情况下, 总是产生相同的压头。