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、振動等多個參數(shù)。詳細闡述了該傳感器的原理，結(jié)合應用情況對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行了分析，證明該傳感器可以隨時反映油井的生產(chǎn)情況，幫助管理人員及時掌控油井的生產(chǎn)動態(tài)，同時對井下設備的運行參數(shù)進行統(tǒng)計和分析以避免設備的損壞，對保證油田生產(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)品可以實時監(jiān)測潛油電泵井下環(huán)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(tài)參數(shù)，一方面可以有效地監(jiān)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(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)動器、通信等相關技術(shù)，建立潛油電泵運行狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)油田的數(shù)字化建設和網(wǎng)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(xiàn)油田高效、低成本的開發(fā)。

根據(jù)目前市場的應用情況，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(jiān)測系統(tǒng)的系列化和多元化開發(fā)，并基本壟斷井下運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、測量精度方面已達到了國外相似產(chǎn)品的水平，可以實現(xiàn)替代相應進口產(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(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由井下采油設備和多參數(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(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、強腐蝕的復雜井下環(huán)境侵擾。井下單元通過地面二次儀表和星型三相電抗實現(xiàn)遠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行終端處理，實現(xiàn)實時監(jiān)測、在線調(diào)控及報警保護等功能。

圖1　潛油電泵井下多參數(shù)傳感器與變頻電泵機組連接示意

2　現(xiàn)場應用數(shù)據(jù)

該系統(tǒng)應用于采油三廠某現(xiàn)場井，該井為作業(yè)井，原機組損壞后，重新作業(yè)進行機組的重新配套，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，能夠真實反映出油井井下工況和潛油電泵機組的運行狀態(tài)。

表1　現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)

該井供液能力較差、結(jié)蠟嚴重，作業(yè)前機組額定排量為150m3/d，實際測得產(chǎn)液量僅為100m3/d，造成機組經(jīng)常欠載停機，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，由于該井在機組下井過程中套管變形，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(shù)據(jù)，可以看出該井液面下降很緩慢，且潛油電機溫度持續(xù)升高，最終已經(jīng)超過電機的耐溫等級，井下環(huán)境溫度也不斷升高，嚴重影響油井產(chǎn)量和潛油電泵機組運行壽命。通過在計量間量油，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，導致電機散熱效果達不到要求，電機溫度持續(xù)升高，并將井下潛油電機所在區(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)隊通過采取清蠟措施后，該井恢復正常生產(chǎn)，產(chǎn)液量為70 m3/d，泵入口壓力逐漸降低，該井逐步恢復正常生產(chǎn)。

3　數(shù)據(jù)分析

該井恢復正常生產(chǎn)后各參數(shù)變化曲線如圖2所示。通過對電機及環(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。隨著液面降低至機組位置以下，該井機組處于無井液運行，最終導致機組欠載停機。停機后，由于油管及套管之間的環(huán)形空間壓力很低，故液面恢復較快，當液面壓力升高到3.5MPa后，機組啟動。由于井下多參數(shù)傳感器采用單獨供電，機組停機后能繼續(xù)工作。后續(xù)機組運行到 5h，14h，75h時又出現(xiàn)停機現(xiàn)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： 從泵入口壓力曲線可以看出，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管及套管之間的環(huán)形空間的壓力；當液面壓力高于5MPa時，液面恢復速度緩慢，表明此時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的潛油電泵機組排量過大，應降低泵排量，采用間抽措施，更換抽油機、螺桿泵等設備的小排量采油方式。

2) 對泵入口壓力曲線和電機溫度曲線進行對比分析，可以看出：

a) 當機組正常運轉(zhuǎn)、泵入口壓力降低時，電機溫度也逐漸降低，最終趨于較穩(wěn)定的值。

b) 當機組運轉(zhuǎn)，泵入口壓力降低至0左右時，機組接近于無負載狀態(tài)運行，電機表面沒有散熱介質(zhì)流過，導致電機溫度逐漸升高。

c) 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(tài)。

圖2　正常運行5d的溫度、壓力變化曲線

4　結(jié)束語

通過對目前潛油電泵井下多參數(shù)傳感器現(xiàn)場應用情況的分析，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測量并顯示電泵井下的環(huán)境溫度、電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機組振動、泄漏電流等共計8個物理參數(shù)，并且達到了設計所要求的技術(shù)指標。

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

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張慶軍(1983—)，男，黑龍江齊齊哈爾人，2010年畢業(yè)于哈爾濱理工大學電機與電器專業(yè)，獲工學碩士學位，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。