潜
油电泵机组作为重要
的机械提液人工举升
设备，不管是在采油
井还是在水源井采水
提液中都得到了广泛的应用，已经
作为陆海油田的一种主要人工举升
方式。同时，采用潜油电泵生产保
证了随着油井含水量的上升而进行
大排量采液，从而提高了产量。中
东某油田油藏压力下降，油井无法
自喷，人工举升成为必然选择，合
理设计潜油电泵和优化潜油电泵生
产是高效开发油气田和提高电泵运
行寿命的根本保证。随着该油田部
分区域油藏压力下降，后期注水跟
不上，但产量又比较紧张，只能采
用潜油电泵生产。先期完成的水源
井由于管线没有及时跟上，也限制
了潜油电泵能力的发挥，从而影响
了泵的举升效率。为尽早提高潜油
电泵在该油田的适应性，在井口安
装了循环回液装置，让机组在最佳
效率点运行，同时又满足了油藏开
发的需要，从而延长了潜油电泵机
组的运行寿命。
循环回液装置
工作原理与技术参数
Flow loop即循环回液装置 （以
下均称“循环回液装置”）安装在
井口采油树一侧，并在该侧管线上
安装控制阀门和可调油嘴（以下简
称“副油嘴”）来管理产液，使潜
油电泵机组产出的井液一部分通过
循环回液装置回到套管环空，剩下
部分通过另一侧出液管线前往计量
间站或者注水井。在电泵井生产过
程中，根据现场实际需要调节产液
油嘴（以下简称“主油嘴”），使
潜油电泵机组在原本无法连续提液
的低产井或受限的水源井可以实现
潜油电泵机组连续工作，减少机组
停机次数， 延长潜油电泵运行寿命。
循 环 回 液 装 置 技 术 参 数 如
下： 循 环 回 液 装 置 额 定 压 力：
5,000psi（35Mpa）； 循 环 回 液
装置额定温度：-10℃ ~100℃；
循 环 回 液 装 置 主 副 可 调 油 嘴：
（1/64~128/64mm）2 寸 以 内 连
续可调；潜油电泵排量范围：101
系 列、130 系 列、QN30 或 QN55
型 500 桶（80 方）到 2000 桶（318
方）；油水井产量范围：1,000 桶
（160 方）到 4,000 桶（640 方）。
潜油电泵举升提液的过程中，
离心泵是系统中非常重要的部件，
直接影响到整个系统的排量、 效率、
扬程及各种采液指标的实现，与系
统的整体性能密切相关。潜油电泵
系统是整体安装到油水井底部射孔
段以上 200~300 米左右进行提液的
人工举升装置。在油田开发初期，
由于对油水藏供液能力估计比较乐
观或数据不足或其他地面问题，潜
油电泵机组安装到油水井后运行一
段时间后，开始出现各种各样的问
题， 导致潜油电泵机组运行不稳定，
出现机组欠载或高温保护停机，机
组频繁启停，保护器呼吸频繁，而
保护器总呼吸量在一定条件下是有
限的，当保护器失效，井液进入保
护器，进而进入电机致使系统电气绝缘性能下降， 最终直接烧毁电机，
潜油电泵机组失效。为了延长电泵
机组运转寿命，提高经济效益，根
据现场实际情况，在潜油电泵提产
井或水源井需要安装循环回液装置，
图 1 中左图是油井现场安装。
理论指导结合
传感器实时数据
为了使循环回液装置在潜油电
泵机组运行中达到理想的补偿效果，
在现场操作中，必须对其进行适当
控制。笔者大胆的提出了一种复合控制方式，探讨了循环回液装置地面主副油嘴和产量压力的关系，同时结合潜油电泵实际运行中从井底传上来传感器的实时数据来进行调节的一种控制方式。简单的说，根据地面装置的主副油嘴大小来定量判断流过的产量，结合实际产量以及传感器的实时数据来进行调节，这些数据包括吸入口压力（Pi）、排出口压力 （Pd） 、 吸入口温度 （Ti）以及电机温度（Tm）。
1954 年吉尔伯特等人曾做了大量实验从而给出一个通过油嘴的产量的经验公式 ，通过油嘴的产量主要和气液比、嘴前压力以及油嘴大小平方有关。在现场实际生产中，通过主副油嘴的气液比和嘴前压力不变的，对于油井来说，产量和油嘴大小有关系；对于水井来说，气液比不用考虑，那么产量也和油嘴大小有关系。把从井底到地面输出看作是一个系统，这个系统包括潜油电泵机组产液输出，井口主副油嘴产液输入。那么整个系统是一个密闭系统，根据能量守恒定律，潜油电泵机组产液总输出等于主副油嘴产液总输入。每个管线的实际排量主要和管线的面积相关，由于现场油嘴的规格相同，采油井汽油比保持不变，采水井不用考虑气油比，再结合吉尔伯特油嘴与产能公式，为了简化问题和适用于现场实际操作，通过主副油嘴的产液只和油嘴大小的平方成正比，那么通过管线的产量只与油嘴平方成正比。这就是为什么现场实际操作时，当主油嘴为 1 寸，而副油嘴为半寸，通过副油嘴的产量呈指数递减的主要原因。
传统的电流卡片诊断方法仅仅是对某些故障进行定性解释，缺乏对故障的系统分，不能明确故障产生的真实原因。随着电子技术和网络的发展，越来越多的国内外油田开始使用井下传感器，井下传感器能通过卫星网络系统直接传到采油工程师的办公室，采油工程师能通过这些数据来实时准确的诊断潜油电泵工况。井下传感器能采集参数据，包括潜油电泵吸入口压力 Pi、排出口压力 Pd、电机和吸入口的温度 Ti 和 Tm、震动 Vi、泄漏电流等。根据传感器的内存大小，传感器数据间隔时间可以在线设定，可以每秒取一个数据，也可以每分钟取一个数据，根据以往的经验，在潜油电泵稳定工作之前，建议每秒取一个数据， 工作稳定后的一个星期内，设定成每 5 秒钟取一个数据，一个星期后设定每 1 分钟取一个数据。便于操作对比和机组性能分析，一定要在机组运行前后都要取得这些数据。
安装使用情况及效果
潜 油 电 泵 采 油 X 井 应 用。 该油 田 在 2015 年 10 月 份 在 区 块 的西南部安装了一口潜油电泵井。机组安装之前，数据油藏参数如下：1.34bpd/psi, 油藏压力 32.3Mpa,预 产 量 318 方， 泵 挂 深 度 1,900米。 根 据 这 些 参 数 潜 油 电 泵 厂 家进 行 了 选 井 选 泵， 最 后 确 定 泵 型为 QN55/100+100 级 /200 千 瓦/1,900 伏 /82 安 /1,480 米扬程。
安装完毕后投产成功。机组在运行一段时间后，由于机组吸入口压力持续下降，液面维持不住，供液能力严重不足，产液量大幅下降，机组频繁欠载停机，离心泵效率非常低，只有 30%，而机组系统效率更底，电机散热也得不到保障，造成机组多次欠载、 过热停机。 经过分析，断定是提供的产液指数偏高，油藏压力过大， 油井的供液能力被高估，致使选用电泵机组偏大，这样电泵机组长期在欠载低效状态下运行，影响机组寿命。为保障有足够的井液供电泵机组抽汲，2015 年 10 月底，加装了循环回液装置。
循环回液装置主副油嘴开始设定 为 18/64 英 寸 &16/64 英 寸，运行后电机散热暂时没有问题。同时整个机组的产液量增长，但潜油电泵吸入口压力却持续下降，说明产出多，沉没度没有稳定，需要及时 调 整。 第 4 天， 主 副 油 嘴 调 为20/64 英寸 &18/64 英寸，这样看似主油嘴增加，输往计量间的产液量也应该增加，但实际上在变小，这样返回到油井环空的液量在增加，液面将有所改善。1 天后，传感器参数 Pi:1,463psi（10.08Mpa），Pd:3,221psi（22.21Mpa），Ti:78℃，Tm:81℃。这说明动液面还在持续下降，而且电机温度有小幅升高。
继续观察 4 天，传感器读数依然显示出吸入口压力下降趋势，还需要进一步调整。第 9 天，主副油嘴 调 为 22/64 英 寸 &20/64 英寸，传感器参数Pi:1,270psi （8.76Mpa） 、Pd:2,930psi（20.21Mpa）、Ti:78℃、Tm:83 ℃， 吸 入 口 的 压力在接下来的两天依然下降，3 天后， 传 感 器 参 数 开 始 趋 于 平 稳，第 6 天，传感器参数 Pi:1,182psi（8.15Mpa）、Pd:2,949psi（20.33Mpa）、Ti:80 ℃、Tm:83℃，虽然电机温度较高，但不再出现持续升高的趋势，而且吸入口压力还有所回升，然后趋于稳定，说明在这种条件下，是潜油电泵系统最佳工作状态，而且也能达到潜油电泵机组连续运转的目的。
潜油电泵水源 Y 井应用
2016年 1 月 份 在 油 田 的 控 制 站 北 部 安装了一口潜油电泵，用来作为水源井， 通 过 已 建 的 地 面 4Mpa 输 水管线给另外一口注水井注水。在潜油电泵安装之前，油藏参数如下：采油指数 20~40bpd/psi，油藏压力 20.68Mpa，预期产量 478~795方，泵挂深度 1,950 米。根据这些参数潜油电泵厂家进行了选井选泵QN55/237 级 /230 千瓦 /2,185 伏/82 安 /1,280 米扬程。油井成功试抽后确认潜油电泵性能正常，但电泵运行后向水源井注水发现，4Mpa压力根本无法将更多水注入到井底，注水量低于 100 桶（16 方）。QN55 型电泵的 3,500 桶（556 方）提液严重受到了限制。潜油电泵机组无法在最佳排量范围内进行工作，离心泵效率极低，在 10% 以内。
重 新 规 划 方 案 后， 在 注 水 井安装了一台增压泵注水，这样从水源井来水经过管线后由增压泵向注水井注水，由于水源井的水藏压力充足，通过逐步摸索，在井口控制在 2,500psi（17.2Mpa） 的 压 力以内， 2,100 桶（334 方）是该井最佳稳定注入量。这样从水源 Y 井来水就可以控制在 1,000 桶（159方）。 但 2,100 桶 不 是 水 源 井 潜油电泵机组的最佳排量，为了保证潜油电泵机组长期正常运转，决定安装循环回液装置。安装循环回液装置后，主副油嘴分别为 56/64 英寸 &40/64 英寸，电泵传感器参数为 Pi:3,017psi（20.8MPa）、Pd:3,396psi（23.42Mpa）、Ti:77℃、 Tm:80℃。 根据试抽结果，潜油电泵机组频率 35 赫兹时，抽水量为 3,500 桶，而在该参数下，实际抽水量为 2,264 桶（360 方），用公式（7）计算抽水量为 2,317桶（368 方），误差率仅为 3.23%，1,173 桶水回到环空（186 方）。注 水 一 段 时 间 之 后 , 发 现2,264 桶（360 方）注水量以及现有压力下无法继续注水，调节主副油嘴为 64/64 英寸 &48/64 英寸，潜油电泵运行频率保持不变，电泵井 下 传 感 器 参 数 为 Pi:3,019psi（20.8Mpa）、Pd:3,235psi（ 2 2 . 3 M p a ） 、 T i : 7 8 ℃ 、Tm:81℃，实际抽水量为 2,119 桶，用理论公式 （7） 2,240 桶 （356 方） ，误差率仅为5.7%,1,381桶 （219方）水回到环空。注水井的水量保持稳定，没有出现大的波动。由于一开始就能用我们理论进行指导，整个调节过程很好的适应了注水井水量的要求，而且整个潜油电泵的运行也相对稳定，除了中间有几次由于注水井高压注水泵本身冷却系统导致系统停机外，整个过程水源井潜油泵机组运转平稳。
现场两口泵抽井是截然不同的两种情况，一口井作为水源 Y 井，一口用在油藏供液不足 X 油井，油井是油藏无法供液， 而水井则是水藏充足，注入到注水井量受限，最终两口潜油电泵井的问题一样，就是潜油电泵的提液能力受限限制，无法发挥潜油电泵高效提液的特点，循环回液装置实际应用很好的解决了这些问题。 通过现场的实际摸索应用，理论很好的指导了工作。从 X 井和Y 井潜油电泵机组的实际运行看，由于循环回液装置按照需要回注流体到油套环空，优化了潜油电泵的排液量， 极大的提高了离心泵效率，取得了令人满意的效果。
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