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        具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng)研究

        2024-01-04 11:53:28王艾平石平太李占彪
        機(jī)械管理開發(fā) 2023年11期
        關(guān)鍵詞:短節(jié)扶正水力

        王艾平, 苗 杰, 石平太, 李占彪

        (中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司, 天津 300452)

        0 引言

        目前在我國海上油田機(jī)采井約為3 300 口,占總生產(chǎn)井的93%,機(jī)采井的產(chǎn)能貢獻(xiàn)占總井的99%以上,所以機(jī)組的健康度直接影響到油井產(chǎn)量。利用泵工況實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),并采取相應(yīng)的措施讓機(jī)組運(yùn)行在合理區(qū),是提高機(jī)組壽命的常規(guī)辦法。

        1 技術(shù)背景

        泵工況的覆蓋率在逐年上升,目前渤海油田泵工況覆蓋率已達(dá)到61%,泵工況監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對井下工況數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,具備自定義報(bào)警功能,同時(shí)可以將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳輸至其他監(jiān)控系統(tǒng)。電泵工況監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測井下泵吸入口壓力,出口壓力,吸入口溫度,電機(jī)溫度,電機(jī)振動(dòng)以及電機(jī)的傾斜度。相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過現(xiàn)場總線遠(yuǎn)傳,同時(shí)可以通過地面操作控制箱的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備U 盤進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

        隨著非標(biāo)機(jī)組應(yīng)用越來越廣泛、定制化井下工具相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,常規(guī)雙壓力測試通路泵工況,僅僅能檢測井下機(jī)組的進(jìn)口壓力與出口壓力,已經(jīng)不能滿足產(chǎn)業(yè)日益發(fā)展的需求。一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng)中,帶扶正管的泵工況儀數(shù)模見圖1。

        圖1 帶扶正器泵工況三維數(shù)模

        投撈機(jī)組作業(yè)時(shí),需要用水力錨對工具串進(jìn)行錨定,水力錨周圍表面均布的錨爪能夠在井下工具憋壓階段,在工具串內(nèi)部壓力的作用下突起,錨爪表面的錨牙嵌入套管壁,用于油(氣)井水力壓裂、水井增注改造、水力噴砂、切割(或噴砂射孔)等井下作業(yè)管柱的錨定,避免井下工具產(chǎn)生軸向位移,其三維數(shù)模見圖2。

        圖2 水力錨三維數(shù)模

        在投撈機(jī)組作業(yè)過程中,地面打壓系統(tǒng)對水力錨進(jìn)行打壓的過程中,難以直觀地觀察、測量水力錨內(nèi)部的壓力水平,且在錨定后,是否出現(xiàn)泄壓也難以判斷,在設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),存在落井的風(fēng)險(xiǎn)。項(xiàng)目組對常規(guī)泵工況監(jiān)測功能進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化,提出了一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng)。

        2 技術(shù)方案

        為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本設(shè)計(jì)提供一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng),克服投撈機(jī)組作業(yè)時(shí)水力錨壓力水平難以直觀測量、泄壓情況難以判斷的問題,檢測機(jī)組進(jìn)口壓力和出口壓力的同時(shí),能夠?qū)λ﹀^內(nèi)部的壓力水平進(jìn)行監(jiān)測,并起到扶正的作用,設(shè)計(jì)計(jì)劃如下:

        確認(rèn)油田水力錨系統(tǒng)能夠通過泵工況監(jiān)測的數(shù)據(jù)類別和運(yùn)行異常、故障案例,確定泵工況產(chǎn)品的性能優(yōu)化目標(biāo)。對現(xiàn)有泵工況產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn):樣機(jī)試制及性能測試驗(yàn)證;泵工況產(chǎn)品生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化研究;泵工況產(chǎn)品現(xiàn)場施工工藝規(guī)范研究。

        本設(shè)計(jì)的技術(shù)方案是一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng),是由水力錨、傳感器短節(jié)、壓力管線A、壓力管線B、地面打壓系統(tǒng)、扶正管組成,其特征在于水力錨下方安置傳感器短節(jié),水力錨壓力腔通過壓力管線A 與地面打壓系統(tǒng)連接,水力錨壓力腔通過壓力管線B 同傳感器短節(jié)上的水力錨測壓孔連接,在水力錨打壓錨定時(shí),用傳感器短節(jié)上的水力錨測壓孔測試水力錨的內(nèi)部壓力;傳感器短節(jié)上方有3 枚測壓孔,分別為水力錨測壓孔、機(jī)組進(jìn)口壓力測試孔、機(jī)組出口壓力測試孔,3 枚測壓孔分別與傳感器短節(jié)內(nèi)部3 個(gè)壓力傳感器連通,傳感器短節(jié)內(nèi)部安置有電路板和信號(hào)傳輸組塊,測試機(jī)組進(jìn)口壓力、機(jī)組出口壓力,并傳到地面設(shè)備上;傳感器短節(jié)外部焊接有扶正管,扶正管的外徑同套筒相匹配,起到工具串扶正的作用。

        本設(shè)計(jì)可以幫助人們投撈機(jī)組作業(yè)時(shí),直接測量水力錨壓力水平,檢測是否出現(xiàn)泄壓,檢測機(jī)組進(jìn)口壓力和出口壓力,并起到扶正的作用。圖3 為本設(shè)計(jì)一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng)的示意圖。

        圖3 一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統(tǒng)

        3 預(yù)期效果

        一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨-泵工況儀系統(tǒng)主要功能有以下三個(gè)方面[1],一是水力錨壓力檢測,通過水力錨下方安置傳感器短節(jié),水力錨壓力腔通過壓力管線A 與地面打壓系統(tǒng)連接,水力錨壓力腔通過壓力管線B 同傳感器短節(jié)上的水力錨測壓孔連接,在水力錨打壓錨定時(shí),用傳感器短節(jié)上的水力錨測壓孔測試水力錨的內(nèi)部壓力;二是檢測機(jī)組進(jìn)口壓力和機(jī)組出口壓力,通過傳感器短節(jié)上方有3 枚測壓孔,分別為水力錨測壓孔、機(jī)組進(jìn)口壓力測試孔、機(jī)組出口壓力測試孔,3 枚測壓孔分別與傳感器短節(jié)內(nèi)部3 個(gè)壓力傳感器連通,傳感器短節(jié)內(nèi)部安置有電路板和信號(hào)傳輸組塊,測試機(jī)組進(jìn)口壓力、機(jī)組出口壓力,并傳到地面設(shè)備上;三是工具串扶正,通過傳感器短節(jié)外部焊接有扶正管,扶正管的外徑同套筒相匹配,起到工具串扶正的作用,無須在常規(guī)泵工況下方配置額外的扶正器[2]。

        一種具有壓力監(jiān)測及底端扶正作用的水力錨-泵工況儀系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)見表1。

        表1 監(jiān)測參數(shù)

        該測試系統(tǒng)提供兩個(gè)RS485 通信端口,分別位于地面操作箱觸摸屏的Port0 和Port1 這兩個(gè)通信端口。作為從站,其地址、波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位都可以自定義設(shè)置[3-5]。

        串口1(連接主電路板):通信協(xié)議Modbus RTU;從站地址0~247;波特率9 600~57 600 bit/s。主電路板通信端口,見表2。

        表2 主電路板通信端口

        串口2(連接觸摸屏):通信協(xié)議Modbus RTU;從站地址0~247;波特率9 600~57 600 bit/s。觸摸屏通信端口,見表3。

        表3 觸摸屏通信端口

        4 結(jié)論

        1)泵工況監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對井下工況數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測,具備自定義報(bào)警功能,同時(shí)可以將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳輸至其他監(jiān)控系統(tǒng)。

        2)通過傳感器短節(jié)外部焊接有扶正管,扶正管的外徑同套筒相匹配,起到工具串扶正的作用。對其余非標(biāo)油田作業(yè)工況下,井下設(shè)備壓力的監(jiān)測方案,起到借鑒作用。

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