潜油电泵井下流量计量系统

孙大伟

广东南油服务有限公司

摘要：井下流量的计量是电泵一项非常重要的工作，目前基本上是通过对油管排出液进行计量，进而得到电泵的排量。如果出液不正常，就只能通过经验来判断，可能存在不确定性。如果井内的液体回注到套管而未达到地面，就不知道电泵的具体出液量，那么就无法知道电泵的运行状态。出液量的计量有利于分析电泵的运行状态，可根据出液量进行调节生产制度，保障电泵的长期运行，延长检泵周期，在异常状态下容易明确是泵的故障还是其他故障（如油管漏失、管线堵塞等）。为此，根据泵的性能曲线及现有的技术手段，拟合排量压力曲线、给出拟合方程，可以根据方程求解泵的瞬时排量、计量泵的井下流量。

关键词：潜油电泵；井下流量计量；系统；

引言

潜油电泵流量计量系统包括潜油泵、潜油电机、稳压筒、控制柜、地面数据采集与分析系统、井口套压测量装置、井口油压测量装置、井口温度测量装置、测压系统地面装置；控制柜通过电缆向潜油电机供电；稳压筒连接在潜油电机下端一定距离处，并通过毛细管与测压系统地面装置相连；地面数据采集与分析系统采集、保存井口油压、套压、温度和稳压筒处液柱压力以及地面电流和电压，实时计算、显示电泵井流量。

1潜油电泵设备的概述

潜油电泵机组作为重要的机械设备在石油开采过程中,最早的记录是1981年从国外引进的,此后它成为中国石油开采业中不可缺少的设备。通过对潜油电泵机组的内部和外部设备的研究和阐述,可以更好地指导潜油电泵机组井的节能。特别是现在的潜油电泵机组已经不再完全依赖国外的引进,随着中国现代化的深入和石油工业的快速发展,潜油电泵机组已经被更新换代,实现了从单一设备到系统设备的发展。从潜油电泵的硬件层面来看,潜油电泵主要由潜油保护器、潜油进口段/分离器/气体处理器、潜油离心泵、潜油电机、潜油电缆、潜油变频器、潜油泵工况、单向阀、泄油阀等组成。。这些共同构成了潜油电泵的整个系统,尤其是潜油电泵变频器作为潜油电泵机组的核心部件,直接影响着整个潜油电泵的正常运行。从潜油电泵机组的软件层面来看,潜油电泵机组主要由潜油电泵机组的程序分析、潜油电泵机组的整体运行控制程序、潜油电泵机组的优化程序、潜油电泵数据处理的统计程序、潜油电泵系统的故障预警程序等组成。总体而言,油井在潜油电泵机组中的使用表现出较强的优越性和系统性,特别是:(1)潜油电泵达到大批量采油的目的,尤其是在低产油量下更为实用;(2)潜油电泵机组具有操作简单、相对节能、噪音小等优点;(3)潜油电泵机组具有很强的功能,可以解决腐蚀和污染问题;(4)潜油电泵机组具有使用寿命长、生产效率高等优点,可降低石油开采成本,实现开源减排;(5)潜油电泵机组可以通过使用变频器调整到油田的深度,具有较强的灵活性和适应性,达到节约的目的;(6)潜油电泵机组可以很好地应用于井台和斜井,通过仪器的数字监控,保证了油田的正常运行。

2电泵模型

正常电泵管柱上，在潜油电机的尾部加装一台井下传感器，传感器尾部加装扶正器，从传感器头部引出一根1/4"不锈钢管。在离心泵出口上安装引压接头，接头上方连接油管至井口。1/4"不锈钢管与引压接头相连，将泵出口的压力传到井下传感器。钢管上、下均要做好密封，密封压力大于40MPa。通过井下通信模块，将传感器采集的压力、温度、振动、流量等参数信号通过电机尾部星点，电磁线、动力电缆传至地面，然后通过地面解调模块读出参数数据，进而进行数据操作与分析。

3电泵工况诊断预警模型的研究

针对电泵工况诊断的现状，需要开发一套电泵井实时数据采集与分析诊断模型，建立以电参数、产液量（压力）、温度、损耗指标等综合变化的阈值诊断模型。基于电泵井电流变化的网络故障识别系统，并将工艺技术人员的历史经验组合载入到该系统，给采油管理区信息化人员提供分析判别标准。目前PCS采集系统传输稳定，采集后的数据存储在对应数据库中，可以随时为潜油电泵故障预警提供数据支持。在正常的情况下，针对每口电泵井的特殊工况，设置所对应的参数阈值，进行故障预警。

4控制系统

（1）主线路由断路器、快熔、电抗器等组成，经由变频器、正弦滤波器、升压变压器作用于井下电机。辅助回路包括加热器与柜风机控制，工控机的供电及照明灯的开启。（2）谐波控制。功率开关器件的导通瞬间会产生谐波电流。当开关器件以很高的频率通断时，将会产生脉冲电流，电机绕组绝缘将反复承受峰值很高的脉冲电流，如此长期下去将会加剧绝缘老化过程。输出谐波对电机的影响主要有：引起电机附加发热，导致电机的额外温升升高，由于输出波形失真，增加了电机的重复峰值电压，影响电机和电缆绝缘，谐波还会引起电机转矩脉动，使噪声增加。谐波电流流过电机定子、转子绕组时产生的附加损耗，该损耗将导致电机温升增加，同时将使得电机效率下降。为了抑制变频器输入、输出侧谐波对电网和电机的影响，延长机组的使用寿命，在变频器的设计选型方面，设置输入滤波器，将变频器输出的PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）波形转变成驱动电动机的理想波形——正弦波。这样电缆上传输的是正弦波，与传统的电动机工作方式一样，无论电缆多长都不会产生过冲电压。（3）智能调参。以采集的数据作为调参依据，实现智能自动化调参。不同的油井生产使用不同的控制方式。例如采用泵出口流量作为依据，流量低于设定限值，自动降低频率以恢复液量；流量超过限值，自动提频增加液量。也可采用泵入口压力设置限值，入口压力低于限值时自动降频，压力恢复自动升频，来寻求更合适的生产频率。

5潜油电泵井的变频器功能

(1)变频器可以降低电动潜水泵井和电动潜水泵井的风险。“当电动潜水泵机组启动时,它会产生冲击电流,可能会损坏泵的电缆和相关部件,变频器可以及时调整泵的生产参数,使其适应地下实际,实现平稳启动,使发动机保持稳定的运行状态,达到显着的节能效果。石油行业也面临着巨大的风险和危机。对人类的危险或机器的损失是不可避免的。因此,为了有效地降低这些危险的可能性,有必要在油田勘探中应用变频器,使电动潜水泵井能够通过变频器监测机器的正常运行和人体健康的预防措施。(2)变频器可以促进海底电泵井节能发展。目前,各种电动潜水泵井事故不仅对人类安全构成威胁,而且还增加了电动潜水泵井的运营和管理成本。为了减少电动潜水泵井运行中不必要的投资和支出,达到增加资源和降低成本的目的和效果,有必要引入变频器,以促进未来电动潜水泵井的正常运行。采用变频器使用电潜水泵井的原理是,变频器不仅可以实时反映电潜水泵井的生产和运行条件,还可以通过变频器的值来解决电潜水泵井的问题,设置电潜水泵井的生产参数,实现泵组的平稳启动,从而高效、方便地管理电潜水泵井。

结束语

（1）在使用数据拟合时，可在出厂试验时多测数据点，以提高数据拟合精度。（2）在使用变频时，可考虑出厂进行变频试验，在每个频率点下进行数据采集，数据拟合成多条变频曲线，在设计算法时直接引用曲线数据，数据精度会大幅提高。（3）如果有远程传输的需求，可在控制柜上增加RTU（Re－mote Terminal Unit）通信模块，实现数据的远程监控，为自动化控制提供数据支撑。

参考文献

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