电潜泵气液两相流工况水力增压性能预测模型

来源：石油科学通报杂志2024年第1期北京时间：

作者：朱建军；姬煜晨；彭建霖；朱海文

单位：中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京 102249%中海油研究总院,北京 100027%中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京 102249;塔尔萨大学石油工程系,塔尔萨74104,美国

摘要：电潜泵自 20 世纪以来广泛应用于海上和非常规油气田,来提高油井的生产效率,是一种革命性的油田生产方法,主要适用于自然压力和能量不足的井.潜水离心泵最初是用于抽取矿井中积水而开发的.阿迈斯·阿鲁图诺夫开发了第一台用于油井生产的电潜泵.此后电潜泵逐渐在石油行业中广为人知并流行起来.然而,电潜泵对流动条件非常敏感,为了提高其耐受性、效率、可靠性以及适应恶劣和复杂的井下流动条件,电潜泵经历了许多重大的技术改进.目前电潜泵通常由电动机、密封和一系列离心泵级组成,非常适合于高产的深井和偏斜井中,也常用于非常规井,如页岩油井.因此,电潜泵的耐气性、粘度影响以及长期开采能力已经引起了重大关注.由于其内部流动规律复杂,两相混输风险高,高粘/气液两相流工况下耐受极限和长效开采能力受限,严重制约了电潜泵在深水和非常规油气田安全高效开采中的运用.本文基于欧拉方程,利用最佳流速概念推导回流、摩擦和泄漏等损失,提出了适用于井下旋转电潜泵复杂工况下增压性能预测的理论模型.针对气液两相流动,该模型基于离心场中两相的力学分析,建立旋转叶轮内部体含气率模型,并根据流型选择曳力系数,计算两相滑移效应,修正混合相密度,进而提升扬程预测的准确性.模型预测和实验数据的对比验证了该模型预测的精度和可靠性均高于文献中常见的计算方法.本文所提出的方法可准确预测油的粘度、含水乳化液和气液流对泵性能的影响.该模型可帮助泵工程师开发新的电潜泵几何形状,同时帮助人工举升工程师改进油井完井举升工艺设计.

关键词：电潜泵,采油工程,性能预测,理论建模,气液两相流