潛油電泵井下多參數(shù)傳感器的應(yīng)用情況分析

張慶軍

(大慶油田力神泵業(yè)有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 大慶 163000)

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潛油電泵井下多參數(shù)傳感器的應(yīng)用情況分析

張慶軍

(大慶油田力神泵業(yè)有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 大慶 163000)

自主開發(fā)了一種新型潛油電泵井下多參數(shù)傳感器，可以檢測溫度、壓力、振動(dòng)等多個(gè)參數(shù)。詳細(xì)闡述了該傳感器的原理，結(jié)合應(yīng)用情況對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，證明該傳感器可以隨時(shí)反映油井的生產(chǎn)情況，幫助管理人員及時(shí)掌控油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，同時(shí)對(duì)井下設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析以避免設(shè)備的損壞，對(duì)保證油田生產(chǎn)、降低成本、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

潛油電泵多參數(shù)傳感器應(yīng)用分析

潛油電泵井下多參數(shù)傳感器是潛油電泵采油過程中配套的井下測量儀器，通過該產(chǎn)品可以實(shí)時(shí)監(jiān)測潛油電泵井下環(huán)境溫度、電機(jī)溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機(jī)組振動(dòng)、泄漏電流等狀態(tài)參數(shù)，一方面可以有效地監(jiān)控電泵機(jī)組的安全運(yùn)行，提高電泵機(jī)組的運(yùn)行壽命；另一方面可以實(shí)時(shí)掌握各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)和井下工況參數(shù)，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，優(yōu)化油井生產(chǎn)。另外，可以綜合利用井下傳感器、變頻驅(qū)動(dòng)器、通信等相關(guān)技術(shù)，建立潛油電泵運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)油田的數(shù)字化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化管理，高度關(guān)注潛油電泵運(yùn)行與油藏變化之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)油田高效、低成本的開發(fā)。

根據(jù)目前市場的應(yīng)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(yùn)行工況監(jiān)測系統(tǒng)的系列化和多元化開發(fā)，并基本壟斷井下運(yùn)行工況綜合測量這一系列產(chǎn)品。文中自主開發(fā)的潛油電泵井下多參數(shù)傳感器從測量參數(shù)數(shù)量、數(shù)值范圍、測量精度方面已達(dá)到了國外相似產(chǎn)品的水平，可以實(shí)現(xiàn)替代相應(yīng)進(jìn)口產(chǎn)品的目的。

1　系統(tǒng)原理

與用于地質(zhì)勘探或工程測井的測量儀器不同，用于生產(chǎn)油井的井下參數(shù)測量儀器具有工作周期長、對(duì)測量實(shí)時(shí)性要求高、使用量大等特點(diǎn)。潛油電泵機(jī)組采油系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由井下采油設(shè)備和多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成，多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)由井下參數(shù)測量單元和地面二次儀表兩部分組成。

井下參數(shù)測量單元安裝于整個(gè)潛油電泵機(jī)組的最底部，在井下與機(jī)組共同長期工作。井下參數(shù)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(shù)的測量傳感器及調(diào)理電路組成，并通過抗震結(jié)構(gòu)安裝在密封鋼桶內(nèi)，與外部環(huán)境隔離，避免其受到高壓力、強(qiáng)腐蝕的復(fù)雜井下環(huán)境侵?jǐn)_。井下單元通過地面二次儀表和星型三相電抗實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電及周期性控制，并將檢測參數(shù)傳輸給地面二次儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)通過串口送至觸摸屏進(jìn)行終端處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線調(diào)控及報(bào)警保護(hù)等功能。

圖1　潛油電泵井下多參數(shù)傳感器與變頻電泵機(jī)組連接示意

2　現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)

該系統(tǒng)應(yīng)用于采油三廠某現(xiàn)場井，該井為作業(yè)井，原機(jī)組損壞后，重新作業(yè)進(jìn)行機(jī)組的重新配套，在配套過程中選擇了多參數(shù)傳感器作為井下參數(shù)檢測裝置。

該井現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1所列。從表1中數(shù)據(jù)可見，在現(xiàn)場長電纜傳輸環(huán)境下，文中課題研究的井下多參數(shù)傳感器可以穩(wěn)定工作，壓力測量數(shù)據(jù)與人工測量結(jié)果一致，能夠真實(shí)反映出油井井下工況和潛油電泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

表1　現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

該井供液能力較差、結(jié)蠟嚴(yán)重，作業(yè)前機(jī)組額定排量為150m3/d，實(shí)際測得產(chǎn)液量僅為100m3/d，造成機(jī)組經(jīng)常欠載停機(jī)，基本處于采油半年、停井半年的狀態(tài)。該井新作業(yè)后，配套潛油電泵井下多參數(shù)傳感器，由于該井在機(jī)組下井過程中套管變形，故沒有安裝泵出口壓力毛細(xì)管，傳感器測量的泵出口壓力值實(shí)際為泵入口壓力值。通過傳感器的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，可以看出該井液面下降很緩慢，且潛油電機(jī)溫度持續(xù)升高，最終已經(jīng)超過電機(jī)的耐溫等級(jí)，井下環(huán)境溫度也不斷升高，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量和潛油電泵機(jī)組運(yùn)行壽命。通過在計(jì)量間量油，發(fā)現(xiàn)初期有少許產(chǎn)液，投產(chǎn)1d左右后，產(chǎn)液量為0，故判斷該井存在蠟堵現(xiàn)象，導(dǎo)致電機(jī)散熱效果達(dá)不到要求，電機(jī)溫度持續(xù)升高，并將井下潛油電機(jī)所在區(qū)域的井液持續(xù)加熱，環(huán)境溫度從而也不斷升高。

采油廠作業(yè)隊(duì)通過采取清蠟措施后，該井恢復(fù)正常生產(chǎn)，產(chǎn)液量為70 m3/d，泵入口壓力逐漸降低，該井逐步恢復(fù)正常生產(chǎn)。

3　數(shù)據(jù)分析

該井恢復(fù)正常生產(chǎn)后各參數(shù)變化曲線如圖2所示。通過對(duì)電機(jī)及環(huán)境溫度、壓力變化曲線分析，得出如下結(jié)論：

1) 該井恢復(fù)生產(chǎn)后，從泵入口壓力曲線可以看出，該井液面被抽低，此時(shí)電機(jī)表面流速高、散熱好，電機(jī)溫度逐漸降低至70℃以下，井液溫度也隨之降低。隨著液面降低至機(jī)組位置以下，該井機(jī)組處于無井液運(yùn)行，最終導(dǎo)致機(jī)組欠載停機(jī)。停機(jī)后，由于油管及套管之間的環(huán)形空間壓力很低，故液面恢復(fù)較快，當(dāng)液面壓力升高到3.5MPa后，機(jī)組啟動(dòng)。由于井下多參數(shù)傳感器采用單獨(dú)供電，機(jī)組停機(jī)后能繼續(xù)工作。后續(xù)機(jī)組運(yùn)行到 5h，14h，75h時(shí)又出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象。在機(jī)組欠載停機(jī)后，觀察泵入口壓力曲線，判斷液面恢復(fù)情況： 從泵入口壓力曲線可以看出，在液面壓力低于5MPa時(shí)，液面恢復(fù)速度較快，表面油層供給壓力大于油管及套管之間的環(huán)形空間的壓力；當(dāng)液面壓力高于5MPa時(shí)，液面恢復(fù)速度緩慢，表明此時(shí)油管及套管之間的環(huán)形空間壓力已經(jīng)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(jī)組排量過大，應(yīng)降低泵排量，采用間抽措施，更換抽油機(jī)、螺桿泵等設(shè)備的小排量采油方式。

2) 對(duì)泵入口壓力曲線和電機(jī)溫度曲線進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出：

a) 當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)、泵入口壓力降低時(shí)，電機(jī)溫度也逐漸降低，最終趨于較穩(wěn)定的值。

b) 當(dāng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，泵入口壓力降低至0左右時(shí)，機(jī)組接近于無負(fù)載狀態(tài)運(yùn)行，電機(jī)表面沒有散熱介質(zhì)流過，導(dǎo)致電機(jī)溫度逐漸升高。

c) 當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，電機(jī)溫度緩慢降低，此時(shí)電機(jī)處于自然冷卻狀態(tài)。

圖2　正常運(yùn)行5d的溫度、壓力變化曲線

4　結(jié)束語

通過對(duì)目前潛油電泵井下多參數(shù)傳感器現(xiàn)場應(yīng)用情況的分析，可以得出如下結(jié)論：

1) 潛油電泵井下多參數(shù)傳感器能夠?qū)崟r(shí)測量并顯示電泵井下的環(huán)境溫度、電機(jī)溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機(jī)組振動(dòng)、泄漏電流等共計(jì)8個(gè)物理參數(shù)，并且達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)指標(biāo)。

2) 針對(duì)潛油電泵井下多參數(shù)傳感器的應(yīng)用，對(duì)于幫助用戶分析油井機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、優(yōu)化油井生產(chǎn)、監(jiān)控潛油電泵機(jī)組安全運(yùn)行具有重要作用；同時(shí)該產(chǎn)品也是潛油電泵智能采油系統(tǒng)的重要組成部分，為實(shí)現(xiàn)油井的智能化開采和網(wǎng)絡(luò)化管理提供了有利的技術(shù)支撐。

[1]高言濤.電潛泵井井下機(jī)組工況監(jiān)測及診斷技術(shù)[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2014(06)： 370-372.

[2]唐小軍.超稠油井提高泵效的研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014(05)： 60.

[3]袁麗麗.潛油電泵井下參數(shù)高精度監(jiān)測及高效運(yùn)行研究[D].哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011： 18-29.

[4]劉軍.潛油電泵井下多元測試系統(tǒng)研究[D].哈爾濱： 哈爾濱工程大學(xué)，2005： 1-4.

[5]姜艷姝，劉宇，徐殿國.PWM變頻器輸出共模電壓及其抑制技術(shù)的研究[J].中國電機(jī)工程報(bào)，2005，25(09)： 47-53.

[6]沈利榮，孫廣，宋楠.基于4～20mA電流環(huán)的井下供電與信號(hào)傳輸方案研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013(03)： 96-98.

[7]王志平.井下數(shù)據(jù)采集與傳輸方法研究[D].哈爾濱： 哈爾濱工程大學(xué)，2011： 11-12.

[8]田帥.潛油電泵井常見故障和改進(jìn)方法分析[J].科技與企業(yè)，2015(07)： 226.

[9]張輝.高溫油井中潛油電泵機(jī)組的故障原因分析[J].裝備制造技術(shù)，2009(11)： 69-70.

[10]劉彬.基于單總線數(shù)字溫度傳感器的單總線多點(diǎn)測溫技術(shù)[J].化工自動(dòng)化及儀表，2015，42(12)： 1308-1309，1335.

[11]曹廣華，張紅杰.一種改進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)DV-Hop定位算法[J].化工自動(dòng)化及儀表，2015，42(6)： 641-644，718.

張慶軍(1983—)，男，黑龍江齊齊哈爾人，2010年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電機(jī)與電器專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于大慶油田力神泵業(yè)有限公司技術(shù)研發(fā)中心，主要從事潛油電泵電氣產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用工作，任工程師。

TE938

B

1007-7324(2016)04-0068-02

稿件收到日期： 2016-02-29，修改稿收到日期： 2016-05-12。