长庆油田分公司第一采油厂 陕西延安 716000
摘要：石油行业是我国重要的能源行业，在我国经济发展中占有举足轻重的地位，而电潜泵采油技术是挖掘技术的关键。本文介绍了电潜泵采油技术的发展情况以及电潜泵的组成，进一步分析了电潜泵在石油行业的发展情况，笔者认为中国电潜泵采油技术发展大有可为。
关键词：电潜泵；采油技术；石油行业；泵叶轮
一、电潜泵采油技术概述
电潜泵（Electrical Submersible Pump）系统是自1927年在石油和天然气行业诞生以来，应用第二广泛的人工举升方法。该过程包括通过与之耦合的多级离心泵马达向油井流体提供额外的能量，并由一根电缆从油井表面提供能量(Liang, He，& Du, 2015)。
施加在发动机上的泵载荷取决于以下几个因素；流体的组成、特性和物理状态;压强，温度和流量。通常，通过泵叶轮的流体组成包括液态和气态的烃、水和沉积物。在油井的整个生产周期中，水产量的增加以及组成流体的液体和气相组成部分的变化都是自然的。这就导致了电潜泵在储层特性、流体组成和操作条件都是决定性因素的情况下，会产生特殊的负载行为。多相流与井的动态特性共同提供了一种特殊的载荷状态，其特征是具有较强的势振荡，且具有规律性变化。在一定的压力和温度条件下，溶解气体发生泄漏，泵吸处游离气体的存在使泵速和电机电流发生波动，这种现象称为气锁。
这种意外的行为可能会导致设备的损坏，操作中断的风险和经济损失。这些电潜泵举升系统的故障导致了较高的干预成本和较高的采油损失。因此，人工举升方法的可靠性是影响工程可行性的关键因素。尤其是水下电潜泵组件，因为它们被插入到1200米以上的油井中，不允许使用一些传统的监测技术，此外，预防措施的成本也高得令人望而却步。据估计，在全球范围内，电潜泵性能仅提高1%，每天就能多产出50万桶石油（Patri, Panangadan, Chelmis, McKee，& Prasanna, 2014）。
在电除尘器中，电力通过电缆输送到电动机。它的能量通过发动机转化为机械能，把扭矩传递给离心泵，而离心泵又把这种能量传递给流体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这一过程开始是在进入泵叶轮叶片时速度增加，最后动能转化为势能，以压力的形式在多个阶段传导（Takacs, 2009）。
二、电潜泵的系统构建
（一）电机
电潜泵所采用的电动机是三相异步电动机，两极和转子在绝缘油浸渍的鼠笼中。它可以在高压、高温和油浸的条件下工作。它的功率范围从200到2000马力不等。从结构上讲，定子是由相互绝缘的薄钢板构成的，就像传统的感应电动机一样。转子是建立在小于其长度，由径向轴承分离，以增加径向稳定性时，在高转速运行。它的轴有一个纵向部分与径向孔，使轴承润滑通过介质油循环。在其末端，凹槽允许电机轴之间的耦合。在任何通过机械装置进行能量转换或传递的系统中，扭矩是评价过程的一个重要物理量（Lima-Filhoel et al.2012）。特别是在旋转系统中，人们对精确的扭矩测量非常感兴趣（Brito, 1994）。
传统的扭矩测定方法是基于直接的机械测量。然而，这些机电设备的使用存在一定的局限性，如增加了成本、降低了可靠性、机械鲁棒性和低噪声抗干扰性。此外，它们会影响机器的惯性，在恶劣环境中需要特别注意（Lima-Filhoel et al.2012）。有时，使用另一种方法会更有趣，即使这意味着更少的准确性，留下直接测量用于工厂测试，在实验室，或在特殊情况下（Reboucas, 2005）。所面临的挑战是找到一种方法，能够在机器的任何操作状态下，以低误差、减少计算工作量、简单性和鲁棒性来估计震级（Lima-Filhoel等，2012）。
（二）离心泵
离心泵是电潜泵系统中的重要组成部分。力矩确定的数值方法是基于方程求解的。在电潜泵系统中，多相流和动态生产井动态提供了非典型的负载转矩，在这种情况下，要定义转矩，需要了解两相流条件。在理论方法方面，为预测离心泵的两相性能，特别是在核工业中，进行了几次尝试。然而，取得了有限的成功。主要缺陷之一是，在这些模型中，导致头部退化的物理机制没有得到很好的理解（Caridad, Asuaje, Kenyery, Tremante，&Aguillon, 2008）。
（三）传感器
传感器也是电潜泵系统重要的组成部分，传感器的数据容易消除，针对传感器的消除，提出了多种控制算法：状态方程估计器、模型参考自适应系统、Luenberger或Kalman观测器、滑模控制、显著性效应、人工智能、直接控制转矩和流量等。大多数无传感器控制算法基于从电压方程得到的流量和速度估计，因此对机电参数(Jang, Park, Park， &Kwon, 2009)。有些电潜泵系统，例如(Holtz, 2002)，提出了几种无传感器技术，如模型参考自适应系统(MRAS)，滑模观测器(SMO)，扩展卡尔曼滤波(EKF)，和减少阶非线性观测器(RONO)。这些都存在各种不同的缺点。
三、电潜泵采油技术的发展
电动潜油离心泵又名潜油电泵，电油泵等，是石油行业的多级离心泵，它是用油管把离心泵和潜油电动机下入井中，电动机带动多级离心泵旋转产生离心力，将井中的原油举升到地面的采油设备，是目前各油田应用较为广泛的一种无杆泵采油设备。从世界发展来看，美国高容量电动潜油离心泵仍是主流。变频驱动电动潜油离心泵虽提高了探测能力，但是加大了能耗。耐H2S电动潜油离心泵随提高了效率，但更多的降低了电机寿命。
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论文作者:林伟萍,张丽萍,王宁海
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/16
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