宽幅电潜泵技术开发及渤海油田应用

1、宽幅电潜泵技术开发及渤海油田应用渤海油田自1967年开发以来，通过管理模式与技术的不断创新， 已稳固发展为我国近海最大采油基地。但当前，以高含水、高可采储 量采出程度并称的“双高”油田在渤海已达到19个，储量及年产量占 比均达到50%以上，这一数据在“十三五”末期预测将达到65%以上。 特别是自2021年至2021年以来，换大泵作业井数占比逐年增加（2.48% 升至 20.09%）。此类换泵主要是因为常规电潜泵高效工作区较窄（排量范围有 限），无法适应油田实际生产过程中产液大幅度变化问题。导致电潜 泵工作在非高效区内发生偏磨影响效率及寿命或者需要更换大泵满 足提液生产需要。据不完全统计，仅20

2、21年工程技术公司在渤海投 产电潜泵中就有59%的产品运行超出额定流量高效区。此类检泵，造 成了不必要的作业成本及原油产量损失。同时，常规电泵型号种类较多，以502000m3/d排量电泵为例， 单一制造厂泵型多达22多种，而各厂家间产品各不相同，油田管理 方需要常年储备大量库存，既造成了库存积压和资金严重占压，同时 也降低了作业准备时效。将叶轮型号种类减少，研制开发出高效区较宽、适用流量范围更 大的宽幅电潜泵，满足“双高”油田生产需要，避免不必要的换泵作业， 成为油田降本增效重要手段和迫切需求。1宽幅电潜泵开发1.1国内外研究进展经调研，前期国内各大油田仍主要使用常规电潜泵进行生产，国 内并未

3、开发宽幅电潜泵技术及相关产品。国外方面，美国贝克休斯和斯伦贝谢公司已拥有此类宽幅潜油电 泵产品（贝克休斯公司为FLEX系列技术，简称F系列;斯伦贝谢公司 为RC系列），并于2021年起向中国市场逐步推广应用，目前宽幅技 术全部为国外公司垄断。1.2宽幅电潜泵设计开发为实现宽幅技术国产化，中海油能源发展工程技术公司于2021 年成立了项目组，开展渤海“双高”油田高效宽幅举升技术研究。1.2.1宽幅泵高效工作区范围的确定根据渤海油田2021年元月机采井运行数据统计得知，产液量为 50-1000m3/d的生产井占比达到89.27%，因此开发宽幅电潜泵，主 要需要解决这部分生产井的宽幅生产需要。结合渤

4、海常用生产管柱及 现有电潜泵情况，宽幅泵产品开发确定为387系列及538系列各三 种典型泵型，设计流量覆盖50-1400m3/d。1.2.2宽幅泵叶导轮开发宽幅性能主要通过叶导轮水力性能体现在流量、扬程和效率三方 面，三者相互影响。流量-泵效率曲线为抛物线形式，高效区越宽， 边界点效率越低;流量-扬程曲线中扬程性能则是随着流量的增大而 变低（如图1所示）。因此，开发宽幅泵的难度在于拓宽高效区的同时，尽可能减缓效 率和扬程变化。此时常规二维平面叶导轮水力性能很难满足设计需要， 为此，需要设计三维空间曲面叶片。国内传统叶导轮设计主要依靠手工计算，设计结果需要多次开模 铸造样件验证，开发周期长、成本

5、高、效率低。为解决这些问题，本 次开发全程创新采用软件设计方式，即通过Cfturbo进行水力模型设 计，应用UG进行零部件三维建模，使用ANSYS实现模型网格化、 计算仿真、性能测试及反设计（图2至图4），有效解决泵效率手工 计设计无法计算问题。结合3D打印技术，对开发的6种叶导轮进行了打印及快速性能 测试，性能均达到或优于产品设计要求。1.2.3宽幅泵叶导轮压紧结构邀择由于泵高效工作区拓宽后，扬程变化范围更大，即不同流量下叶 导轮受到的轴向力变化增大，使得叶轮及止推垫片磨损加剧，此时需 要将泵叶导轮的压紧结构由浮动改为全压紧，使叶轮和导壳之间始终 存在空间不发生摩擦，所有的轴向力由高承载保护

6、器止推轴承承担。根据对常规全压紧结构电泵装配工艺分析，优化了叶导轮压紧装 置及装配工艺，并设计了专用工装及工具，同时增加了轴伸调节装置， 单节全压紧泵装配效率提高30%以上，并提高了一次装配成功率。对6种典型泵型宽幅泵进行性能测试，流量可覆盖50-1900m3/d， 测试结果优于设计指标。测试结果显示，宽幅电潜泵高效工作区范围优于常规电泵87%- 275%，优于国标4.5%-17.5%，并达到国外同期产品性能水平。与原有 技术相比，泵型种类可减少72%。2宽幅电潜泵渤海油田现场试验根据油田生产实际需要，自2021年起宽幅电潜泵已在现场累计 应用50余井次，最长运行超过800d，目前产品运行平稳

7、，满足了油 田对电潜泵宽幅生产的需要。以某油田生产井A1为例，其设计产液量300 m3/d，按照常规电 泵选型，应为型号为X2700型（高效区范围262-440 m3/d），但该油 井实际生产过程中受到平台限液生产及提频提产等措施影响，产量维 持在83-458 m3/d之间，采用宽幅泵KF250型产品（高效区范围覆 盖110-460 m3/d）后，避免了电泵的非高效工作区运行隐患。3结论通过设计开发三维宽幅叶导轮，将原有泵型种类降低了 72%， 并解决了电潜泵高效工作区拓宽难题，最大程度缓解了电潜泵实际生 产中非高效区运行偏磨问题，减少了不必要的措施换泵带来的作业和 产油损失;全压紧结构宽幅泵因将泵轴向力由叶轮导壳承担改为高 承载保护器承担，因此更有利于电泵在更宽幅的高效工作区内运 行;采用水力开发及模拟仿真软件，可有效提高电泵叶导轮设计效 率，更适用于三维空间曲面叶片开发，同时可解决手工计算无法计算 泵效问