智能技術在螺桿泵井的應用與評價

郭立娜

摘 要：隨著油田開采技術的發展，螺桿泵采油技術在油井舉升中得到了廣泛應用，并取得巨大的經濟效益。X廠從99年開始應用螺桿泵，目前已達到了運轉166口井的規模。國內螺桿泵井機采自動化程度低，是致使一些螺桿泵井設計、工況不合理，導致故障率偏高的主要原因之一。因此，我們采用一系列智能技術提高螺桿泵井的技術管理水平，并取得了良好的經濟效益。

關鍵詞：螺桿泵；智能技術；完善提高

前言

螺桿泵采油系統作為一種重要的機械采油工藝，具有占地少、投資小、能耗低、噪音低、易管理、出液平穩等優點，在油田生產中應用越來越廣泛。隨著油田開采技術的發展，螺桿泵采油技術在油井舉升中得到了廣泛應用，并取得巨大的經濟效益。錦州采油廠從99年開始應用螺桿泵，目前已達到了運轉166口井的規模。應用方面仍存在一些亟待解決的問題，如螺桿泵的設計，現場測控技術等致使一些螺桿泵井工況不合理，導致系統效率偏低，管理不及時。因此，提高螺桿泵井的智能技術水平，實施油井智能控制是實現油井穩定高產的主要配套技術之一。研究螺桿泵智能管理技術，對于提高螺桿泵采油的技術管理水平具有重要意義。

1 螺桿泵的工作原理

錦州油廠主要應用的是地面驅動單螺桿泵采油系統（以下簡稱螺桿泵采油系統）。

電控部分：包括電控箱和電纜；地面驅動部分：包括減速箱和驅動電機、井口動密封、支撐架、方卡等；井下部分：驅動桿、螺桿泵定子、轉子；配套工具部分：包括專用井口、光桿、桿扶正器、管扶正器、錨定器等。

它的工作原理是電動機通過三角帶將動力傳遞給驅動裝置，使驅動桿產生順時針方向轉動，驅動桿帶動井下的螺桿泵中的轉子在定子橡膠襯套中運動，轉子運動時，吸入端形成密封腔，沿軸向向排出端移動，油液在吸入端壓差的作用下進入密封腔隨之上移，被從吸入端推擠到排出端，密封腔的不斷形成、上移和消失，將油、砂、水等介質一同舉升到地面。

2 螺桿泵智能技術簡介

2.1螺桿泵智能設計系統

該軟件模型考慮了桿柱空間三維的影響，利用桿柱動力學模型建立了三維的抽油桿柱扶正器設計，可根據管桿接觸程度計算出扶正器下入深度和個數，突破一維計算的局限。主要功能包括：產能分析、靜力學工況分析、動力學工況分析、優化設計、計算結果查看及數據管理。

表1是通過對抽油桿受力分析，應用有限元方法求解抽油桿動力學方程組，得出位移分布，從而得出的扶正器分布位置。

以上軟件功能，為螺桿泵的優化設計提供了有力的技術支持。

2.2螺桿泵智能工況診斷技術

螺桿泵井智能監控設備，是光機電一體化和電子信息及通訊技術相結合的高性能螺桿泵采油控制設備，是集電氣傳動、變頻調速、電子信息、自動控制、傳感器測量、無線測量、遠程通訊等技術于一身的高新技術產品，全面考慮井、桿、泵的綜合因素，對螺桿泵井實現全天候的實時測量、實時跟蹤、實時控制。該技術集數據采集、跟蹤系統、無線測控和遠程控制等功能為一體，綜合了以下技術：變頻調速；液面監測傳感器及套壓傳感器；光桿扭矩與軸向力傳感器；電流電壓傳感器；RTU控制單元；GSM/GPRS遠程無線監控器。

螺桿泵工況診斷技術在我廠不斷完善發展，目前已推廣使用，并取得了很好的效果，以下是現場應用。

以錦X-21-44c井為例，為錦X-06-185正常生產時的工況測試診斷曲線之一。從該井測試曲線可以看出具有以下特征：一是從載荷看，開井前靜載荷接近抽油桿浮重；二是起動后光桿扭矩曲線和載荷曲線都顯示出周期性波動；三是扭矩、載荷均未出現峰值扭矩和峰值載荷；四是開井后螺桿泵運行時扭矩、載荷與開井前扭矩載荷相差不大[2]。綜合上述分析認為該井為抽油桿深部斷脫，實際檢泵過程也證實了這一診斷。

為錦X-22-44側井故障測試曲線，可以看出：該井啟動后形成的扭矩峰值和載荷峰值均較大（說明桿完好，泵過盈量較大，泵沒有問題）；開井運行穩定后扭矩、載荷值較開井前略微有所增加，增加幅度很小。綜合分析認為該井為油管泄漏，上作業診斷后與判斷相符。

智能監測及診斷技術，能為現場螺桿泵工況的判斷提供更可靠和科學的依據[3]。

2.3螺桿泵井下智能自動測量系統

在地面驅動螺桿泵采油技術中，動液面高度的變化直接影響到抽油桿柱和螺桿泵的運動和受力狀態，是控制螺桿泵穩定工作重要的參數。由于動液面低于泵掛對螺桿泵井可能帶來燒泵的嚴重后果，因此對于供液不穩定或者高含氣的螺桿泵井，必須隨時監測動液面的變化。

目前普遍使用的是地面聲波測試液面，螺桿泵液面專門測試儀器也有利用動液面和扭矩或功率等參數的函數關系而使用的監控裝置，但都存在一定的誤差。錦州油田采用的螺桿泵液面自動測試儀器，直接將溫度壓力傳感裝置連接電纜安裝在螺桿泵下方下入井下，直接對泵口位置的油井井下壓力、溫度信號進行采集，根據采集出來的信號由微處理器得出井下的壓力溫度值，換算出井下液位，準確顯示出液位恢復曲線，及采油的歷史過程。該設備還提供了接口，可以與變頻控制裝備進行連接，組成閉環控制系統，從而可以根據實際情況設置運行時間，自動控制螺桿泵井啟停。成功后能實現螺桿泵油井自動控制，降低工人勞動強度，進一步提高采油廠生產管理水平。

該設備主要技術有：采用獨有的信號提取、剝離技術，壓力溫度信號同時測量，實時顯示；系統信號以電流方式傳輸抗干擾能力強；系統可自動跟隨校正，測量精度高；采用卡套結構設計，有效保護傳輸電纜；系統升級后可與變頻器組成閉環控制，使泵運行在高效區內，與變頻器聯動可實現軟啟停。

該項技術在遼河油田J廠一共運用3井次，經對比發現該測試儀器誤差控制在50m左右，能有效的跟蹤動液面，從而保證螺桿泵井的平穩生產，取得了不錯的效果。

參考文獻：

[1] 羅英俊，萬仁溥.采油工程手冊.石油工業出版社，2005：467～491.

[2] 韓修廷，王秀玲，焦振強。螺桿泵采油原理及應用，哈爾濱工程大學出版社，1998：169-186.

[3] 張明毅等. 螺桿泵專用抽油桿試驗研究.石油礦場機械，2006，35（1）：76～80.