潛油電泵井下多參數傳感器在大慶油田的應用

崔 博，張慶軍

大慶油田力神泵業有限公司研發中心（黑龍江大慶163000）

潛油電泵井下多參數傳感器在大慶油田的應用

崔 博，張慶軍

大慶油田力神泵業有限公司研發中心（黑龍江大慶163000）

潛油電泵井下多參數檢測系統可以隨時反映油井的生產情況，對油井井下設備的運行參數進行統計和分析，以避免由于設備損壞而影響生產。自主開發的潛油電泵井下多參數傳感器可以檢測包括溫度、壓力、振動等多個參數，并且已投入應用。詳細闡述了潛油電泵多參數傳感器系統原理及現場應用情況，并分析了在大慶油田單井的應用數據，對后續推廣應用該設備具有一定的指導意義。

潛油電泵；多參數傳感器；大慶油田

潛油電泵井下多參數傳感器是潛油電泵采油過程中配套的井下測量儀器，該產品可以實時監測潛油電泵井下環境溫度、電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機組振動、泄漏電流等狀態參數[1]。一方面可以有效地監控電泵機組的安全運行，提高電泵機組的運行壽命；另一方面可以實時掌握各種生產數據和井下工況參數，調節工藝參數，優化油井生產。另外可以綜合利用井下傳感器、變頻驅動器、通信等相關技術，建立潛油電泵運行狀態的監控系統，從而實現油田的數字化建設和網絡化管理，高度關注潛油電泵運行與油藏變化之間的關系，從而實現油田高效、低成本開發[2]。

從目前市場應用情況，國外斯倫貝謝、貝克休斯、伍德石油裝備等公司已形成了潛油電泵井下運行工況監測系統的系列化和多元化開發，并基本壟斷井下運行工況綜合測量這一系列產品。自主開發的潛油電泵井下多參數傳感器從測量參數數量、數值范圍、測量精度方面已達到了國外相似產品的水平，實現替代進口的目標。

1 系統原理

與用于地質勘探或工程測井的測量儀器不同，用于生產油井的井下參數測量儀器具有長期工作、對測量實時性要求高、使用量大等特點。潛油電泵機組采油系統整體結構如圖1所示，其主要由井下采油設備和多參數監測系統構成，多參數監測系統由井下參數測量單元和地面二次儀表兩部分組成[3-4]。

圖1 多參數傳感器與變頻電泵機組連接示意圖

井下參數測量單元安裝于整個潛油電泵機組的最底部，在井下與機組共同長期工作。井下參數測量單元由井下濾波電抗、電纜穿越插針、壓力接頭和各參數的測量傳感器及調理電路組成，并通過抗震結構安裝在密封鋼桶內，與外部環境隔離，避免其受到高壓力、強腐蝕的復雜井下環境侵擾。井下單元通過地面二次儀表和星型三相電抗實現遠程供電及周期性控制，并將檢測參數傳輸給地面二次儀表進行數據處理，經過處理后的數據通過串口送至觸摸屏進行終端處理，實現實時監測、在線調控及報警保護等功能[5]。

表1 現場試驗數據

2 現場應用

2.1 現場試驗數據

該系統應用于大慶油田某采油廠北3丁4井，由于此處實例中套變導致連接未使用引壓管，致使不能測量泵出口壓力值。

從表1數據可知，在現場長電纜傳輸環境下，井下多參數傳感器可以穩定工作，壓力測量數據與測試大隊測量結果一致，能夠真實反映出油井井下工況和潛油電泵機組的運行狀態。

該井供液能力較差、結蠟嚴重，原機組額定排量為150m3/d，實際產液量100m3/d，經常欠載停機，基本處于采油半年、停井半年的狀態。該井新作業后配套潛油電泵井下多參數傳感器，由于該井套變，故沒有安裝泵出口壓力毛細管，傳感器測量的泵出口壓力值實際為泵入口壓力值。通過傳感器的實時測量數據，可以看出該井液面下降很緩慢，且潛油電機溫度持續升高，最終超過電機的耐溫等級，井下環境溫度也不斷升高，嚴重影響油井產量和潛油電泵機組運行壽命。通過在計量間量油，發現初期有少許產液，投產1天后，產液為0，故判斷該井存在蠟堵現象，導致電機散熱效果達不到要求，電機溫度持續升高，并將泵掛區域的井液持續加熱，導致環境溫度也不斷升高，如圖2所示。

圖2 北3丁4井投產當天井下溫度變化曲線

采油廠通過采取清蠟措施后，該井恢復正常生產，產液量為70 m3/d，泵入口壓力逐漸降低。

2.2 現場措施

通過對溫度、壓力變化曲線分析（圖3），得出如下結論。該井恢復生產后，從泵入口壓力曲線可以看出，該井液面降低，此時電機表面流速高、散熱好，電機溫度逐漸降低至70℃以下，井液溫度也隨之降低。隨著液面降低至泵掛以下，油套環空泵掛處壓力降低至0，該井空抽欠載停機，停機后，由于油套環空壓力很低，故液面恢復較快，當液面壓力升高到3.5MPa后，機組啟動。后續又出現停機現象，在機組欠載停機后，觀察泵入口壓力曲線，判斷液面恢復情況。在液面壓力低于5MPa時，液面恢復速度較快，表面油層供給壓力大于油套環空壓力；當液面壓力高于5MPa時，液面恢復速度緩慢，表明此時油套環空壓力接近油層供給壓力。通過上述分析，表明該井供液能力較差，配套選擇100 m3/d的潛油電泵機組過大，應降低泵排量，或者采用間抽等采油方式。

為了分析該井狀況，提取地面儀表數據，并對泵入口壓力曲線和電機溫度曲線進行對比分析，從2個曲線圖中可以看出：①當機組正常運轉、泵入口壓力降低時，電機溫度也逐漸降低，最終趨于一個穩定值；②當機組運轉，泵入口壓力降低至0MPa左右時，機組接近空抽狀態，電機表面無散熱，電機溫度逐漸升高；③當機組停機時，電機溫度緩慢降低，此時電機處于自然冷卻狀態。

根據上述分析，建議采油廠相關人員對機組進行停機操作，以避免由于井下設備損壞而造成不必要的損失。

圖3 北3丁4井運行5天的溫度、壓力變化曲線

3 結論

從目前高溫潛油電泵井下多參數傳感器現場應用情況分析，可以得出如下結論：

1）高溫潛油電泵井下多參數傳感器能夠實時測量并顯示電泵井下的環境溫度、電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機組振動、泄漏電流等8個物理參數，并且達到了設計所要求的技術指標。

2）通過現場應用情況可知，高溫潛油電泵井下多參數傳感器的應用，對于幫助用戶分析油井生產運行狀態、優化油井生產、監控潛油電泵機組安全運行具有重要作用；另一方面該產品也是潛油電泵智能采油系統的重要組成部分，為實現油井的智能化開采和網絡化管理提供有利的技術支撐。

[1]高言濤.電潛泵井井下機組工況監測及診斷技術[J].現代經濟信息，2014(6):370-371.

[2]唐小軍.超稠油井提高泵效的研究與應用[J].中國石油和化工標準與質量,2014(5):60.

[3]袁麗麗.潛油電泵井下參數高精度監測及高效運行研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2011:18-29.

[4]尚健.數據傳輸系統在潛油電泵井的應用[J].石化論壇，2006,10(2):55-56.

[5]舒輝.低壓電力線載波通信技術綜述[J].湘電培訓與教學，2006(3):32-34.

Downhole multi-parameter measurement system of electric submersible pump can reflect the production situation of oil well at any time,and the statistic analysis of the operation parameters of downhole equipment is carried out in order to avoid the equipment damage influencing the production of oil well.The downhole multi-parameter sensor can measure the parameters of temperature,pres?sure,vibration and so on,and has been put into use.The principle and field application of the multi-parameter sensor system for electric submersible pump are described,and the application data of single well in Daqing Oilfield is analyzed in detail,which has certain guid?ing significance to the follow-up application of the equipment.

electric submersible pump;multi-parameter sensor;Daqing Oilfield

左學敏

2016-01-12

崔博（1987-），男，工程師，現主要從事潛油電泵電氣產品研發及推廣應用工作。