潛
油電泵機組作為重要
的機械提液人工舉升
設備，不管是在采油
井還是在水源井采水
提液中都得到了廣泛的應用，已經
作為陸海油田的一種主要人工舉升
方式。同時，采用潛油電泵生產保
證了隨著油井含水量的上升而進行
大排量采液，從而提高了產量。中
東某油田油藏壓力下降，油井無法
自噴，人工舉升成為必然選擇，合
理設計潛油電泵和優化潛油電泵生
產是高效開發油氣田和提高電泵運
行壽命的根本保證。隨著該油田部
分區域油藏壓力下降，后期注水跟
不上，但產量又比較緊張，只能采
用潛油電泵生產。先期完成的水源
井由于管線沒有及時跟上，也限制
了潛油電泵能力的發揮，從而影響
了泵的舉升效率。為盡早提高潛油
電泵在該油田的適應性，在井口安
裝了循環回液裝置，讓機組在最佳
效率點運行，同時又滿足了油藏開
發的需要，從而延長了潛油電泵機
組的運行壽命。
循環回液裝置
工作原理與技術參數
Flow loop即循環回液裝置 （以
下均稱“循環回液裝置”）安裝在
井口采油樹一側，并在該側管線上
安裝控制閥門和可調油嘴（以下簡
稱“副油嘴”）來管理產液，使潛
油電泵機組產出的井液一部分通過
循環回液裝置回到套管環空，剩下
部分通過另一側出液管線前往計量
間站或者注水井。在電泵井生產過
程中，根據現場實際需要調節產液
油嘴（以下簡稱“主油嘴”），使
潛油電泵機組在原本無法連續提液
的低產井或受限的水源井可以實現
潛油電泵機組連續工作，減少機組
停機次數， 延長潛油電泵運行壽命。
循 環 回 液 裝 置 技 術 參 數 如
下： 循 環 回 液 裝 置 額 定 壓 力：
5,000psi（35Mpa）； 循 環 回 液
裝置額定溫度：-10℃ ~100℃；
循 環 回 液 裝 置 主 副 可 調 油 嘴：
（1/64~128/64mm）2 寸 以 內 連
續可調；潛油電泵排量范圍：101
系 列、130 系 列、QN30 或 QN55
型 500 桶（80 方）到 2000 桶（318
方）；油水井產量范圍：1,000 桶
（160 方）到 4,000 桶（640 方）。
潛油電泵舉升提液的過程中，
離心泵是系統中非常重要的部件，
直接影響到整個系統的排量、 效率、
揚程及各種采液指標的實現，與系
統的整體性能密切相關。潛油電泵
系統是整體安裝到油水井底部射孔
段以上 200~300 米左右進行提液的
人工舉升裝置。在油田開發初期，
由于對油水藏供液能力估計比較樂
觀或數據不足或其他地面問題，潛
油電泵機組安裝到油水井后運行一
段時間后，開始出現各種各樣的問
題， 導致潛油電泵機組運行不穩定，
出現機組欠載或高溫保護停機，機
組頻繁啟停，保護器呼吸頻繁，而
保護器總呼吸量在一定條件下是有
限的，當保護器失效，井液進入保
護器，進而進入電機致使系統電氣絕緣性能下降， 最終直接燒毀電機，
潛油電泵機組失效。為了延長電泵
機組運轉壽命，提高經濟效益，根
據現場實際情況，在潛油電泵提產
井或水源井需要安裝循環回液裝置，
圖 1 中左圖是油井現場安裝。
理論指導結合
傳感器實時數據
為了使循環回液裝置在潛油電
泵機組運行中達到理想的補償效果，
在現場操作中，必須對其進行適當
控制。筆者大膽的提出了一種復合控制方式，探討了循環回液裝置地面主副油嘴和產量壓力的關系，同時結合潛油電泵實際運行中從井底傳上來傳感器的實時數據來進行調節的一種控制方式。簡單的說，根據地面裝置的主副油嘴大小來定量判斷流過的產量，結合實際產量以及傳感器的實時數據來進行調節，這些數據包括吸入口壓力（Pi）、排出口壓力 （Pd） 、 吸入口溫度 （Ti）以及電機溫度（Tm）。
1954 年吉爾伯特等人曾做了大量實驗從而給出一個通過油嘴的產量的經驗公式 ，通過油嘴的產量主要和氣液比、嘴前壓力以及油嘴大小平方有關。在現場實際生產中，通過主副油嘴的氣液比和嘴前壓力不變的，對于油井來說，產量和油嘴大小有關系；對于水井來說，氣液比不用考慮，那么產量也和油嘴大小有關系。把從井底到地面輸出看作是一個系統，這個系統包括潛油電泵機組產液輸出，井口主副油嘴產液輸入。那么整個系統是一個密閉系統，根據能量守恒定律，潛油電泵機組產液總輸出等于主副油嘴產液總輸入。每個管線的實際排量主要和管線的面積相關，由于現場油嘴的規格相同，采油井汽油比保持不變，采水井不用考慮氣油比，再結合吉爾伯特油嘴與產能公式，為了簡化問題和適用于現場實際操作，通過主副油嘴的產液只和油嘴大小的平方成正比，那么通過管線的產量只與油嘴平方成正比。這就是為什么現場實際操作時，當主油嘴為 1 寸，而副油嘴為半寸，通過副油嘴的產量呈指數遞減的主要原因。
傳統的電流卡片診斷方法僅僅是對某些故障進行定性解釋，缺乏對故障的系統分，不能明確故障產生的真實原因。隨著電子技術和網絡的發展，越來越多的國內外油田開始使用井下傳感器，井下傳感器能通過衛星網絡系統直接傳到采油工程師的辦公室，采油工程師能通過這些數據來實時準確的診斷潛油電泵工況。井下傳感器能采集參數據，包括潛油電泵吸入口壓力 Pi、排出口壓力 Pd、電機和吸入口的溫度 Ti 和 Tm、震動 Vi、泄漏電流等。根據傳感器的內存大小，傳感器數據間隔時間可以在線設定，可以每秒取一個數據，也可以每分鐘取一個數據，根據以往的經驗，在潛油電泵穩定工作之前，建議每秒取一個數據， 工作穩定后的一個星期內，設定成每 5 秒鐘取一個數據，一個星期后設定每 1 分鐘取一個數據。便于操作對比和機組性能分析，一定要在機組運行前后都要取得這些數據。
安裝使用情況及效果
潛 油 電 泵 采 油 X 井 應 用。 該油 田 在 2015 年 10 月 份 在 區 塊 的西南部安裝了一口潛油電泵井。機組安裝之前，數據油藏參數如下：1.34bpd/psi, 油藏壓力 32.3Mpa,預 產 量 318 方， 泵 掛 深 度 1,900米。 根 據 這 些 參 數 潛 油 電 泵 廠 家進 行 了 選 井 選 泵， 最 后 確 定 泵 型為 QN55/100+100 級 /200 千 瓦/1,900 伏 /82 安 /1,480 米揚程。
安裝完畢后投產成功。機組在運行一段時間后，由于機組吸入口壓力持續下降，液面維持不住，供液能力嚴重不足，產液量大幅下降，機組頻繁欠載停機，離心泵效率非常低，只有 30%，而機組系統效率更底，電機散熱也得不到保障，造成機組多次欠載、 過熱停機。 經過分析，斷定是提供的產液指數偏高，油藏壓力過大， 油井的供液能力被高估，致使選用電泵機組偏大，這樣電泵機組長期在欠載低效狀態下運行，影響機組壽命。為保障有足夠的井液供電泵機組抽汲，2015 年 10 月底，加裝了循環回液裝置。
循環回液裝置主副油嘴開始設定 為 18/64 英 寸 &16/64 英 寸，運行后電機散熱暫時沒有問題。同時整個機組的產液量增長，但潛油電泵吸入口壓力卻持續下降，說明產出多，沉沒度沒有穩定，需要及時 調 整。 第 4 天， 主 副 油 嘴 調 為20/64 英寸 &18/64 英寸，這樣看似主油嘴增加，輸往計量間的產液量也應該增加，但實際上在變小，這樣返回到油井環空的液量在增加，液面將有所改善。1 天后，傳感器參數 Pi:1,463psi（10.08Mpa），Pd:3,221psi（22.21Mpa），Ti:78℃，Tm:81℃。這說明動液面還在持續下降，而且電機溫度有小幅升高。
繼續觀察 4 天，傳感器讀數依然顯示出吸入口壓力下降趨勢，還需要進一步調整。第 9 天，主副油嘴 調 為 22/64 英 寸 &20/64 英寸，傳感器參數Pi:1,270psi （8.76Mpa） 、Pd:2,930psi（20.21Mpa）、Ti:78℃、Tm:83 ℃， 吸 入 口 的 壓力在接下來的兩天依然下降，3 天后， 傳 感 器 參 數 開 始 趨 于 平 穩，第 6 天，傳感器參數 Pi:1,182psi（8.15Mpa）、Pd:2,949psi（20.33Mpa）、Ti:80 ℃、Tm:83℃，雖然電機溫度較高，但不再出現持續升高的趨勢，而且吸入口壓力還有所回升，然后趨于穩定，說明在這種條件下，是潛油電泵系統最佳工作狀態，而且也能達到潛油電泵機組連續運轉的目的。
潛油電泵水源 Y 井應用
2016年 1 月 份 在 油 田 的 控 制 站 北 部 安裝了一口潛油電泵，用來作為水源井， 通 過 已 建 的 地 面 4Mpa 輸 水管線給另外一口注水井注水。在潛油電泵安裝之前，油藏參數如下：采油指數 20~40bpd/psi，油藏壓力 20.68Mpa，預期產量 478~795方，泵掛深度 1,950 米。根據這些參數潛油電泵廠家進行了選井選泵QN55/237 級 /230 千瓦 /2,185 伏/82 安 /1,280 米揚程。油井成功試抽后確認潛油電泵性能正常，但電泵運行后向水源井注水發現，4Mpa壓力根本無法將更多水注入到井底，注水量低于 100 桶（16 方）。QN55 型電泵的 3,500 桶（556 方）提液嚴重受到了限制。潛油電泵機組無法在最佳排量范圍內進行工作，離心泵效率極低，在 10% 以內。
重 新 規 劃 方 案 后， 在 注 水 井安裝了一臺增壓泵注水，這樣從水源井來水經過管線后由增壓泵向注水井注水，由于水源井的水藏壓力充足，通過逐步摸索，在井口控制在 2,500psi（17.2Mpa） 的 壓 力以內， 2,100 桶（334 方）是該井最佳穩定注入量。這樣從水源 Y 井來水就可以控制在 1,000 桶（159方）。 但 2,100 桶 不 是 水 源 井 潛油電泵機組的最佳排量，為了保證潛油電泵機組長期正常運轉，決定安裝循環回液裝置。安裝循環回液裝置后，主副油嘴分別為 56/64 英寸 &40/64 英寸，電泵傳感器參數為 Pi:3,017psi（20.8MPa）、Pd:3,396psi（23.42Mpa）、Ti:77℃、 Tm:80℃。 根據試抽結果，潛油電泵機組頻率 35 赫茲時，抽水量為 3,500 桶，而在該參數下，實際抽水量為 2,264 桶（360 方），用公式（7）計算抽水量為 2,317桶（368 方），誤差率僅為 3.23%，1,173 桶水回到環空（186 方）。注 水 一 段 時 間 之 后 , 發 現2,264 桶（360 方）注水量以及現有壓力下無法繼續注水，調節主副油嘴為 64/64 英寸 &48/64 英寸，潛油電泵運行頻率保持不變，電泵井 下 傳 感 器 參 數 為 Pi:3,019psi（20.8Mpa）、Pd:3,235psi（ 2 2 . 3 M p a ） 、 T i : 7 8 ℃ 、Tm:81℃，實際抽水量為 2,119 桶，用理論公式 （7） 2,240 桶 （356 方） ，誤差率僅為5.7%,1,381桶 （219方）水回到環空。注水井的水量保持穩定，沒有出現大的波動。由于一開始就能用我們理論進行指導，整個調節過程很好的適應了注水井水量的要求，而且整個潛油電泵的運行也相對穩定，除了中間有幾次由于注水井高壓注水泵本身冷卻系統導致系統停機外，整個過程水源井潛油泵機組運轉平穩。
現場兩口泵抽井是截然不同的兩種情況，一口井作為水源 Y 井，一口用在油藏供液不足 X 油井，油井是油藏無法供液， 而水井則是水藏充足，注入到注水井量受限，最終兩口潛油電泵井的問題一樣，就是潛油電泵的提液能力受限限制，無法發揮潛油電泵高效提液的特點，循環回液裝置實際應用很好的解決了這些問題。 通過現場的實際摸索應用，理論很好的指導了工作。從 X 井和Y 井潛油電泵機組的實際運行看，由于循環回液裝置按照需要回注流體到油套環空，優化了潛油電泵的排液量， 極大的提高了離心泵效率，取得了令人滿意的效果。
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