摘(zhai)要:潛油(you)電泵井(jing)下流量(liang)計 量對(dui)于電泵(beng)系統的(de)運行重(zhong)要,可以(yi)清楚地(di)反映電(dian)泵的運(yun)行狀🔞态(tài)和油藏(cang)狀态,但(dan)目前尚(shàng)無計量(liang)潛油電(diàn)泵井下(xià)流量💜的(de)裝🏃‍♀️置。通(tōng)🏃過采集(jí)相關數(shù)據,結合(he)泵的性(xing)能曲線(xiàn),拟合出(chu)泵的揚(yang)程排量(liang)曲線,進(jìn)而通過(guò)🔴壓力就(jiu)可得出(chū)瞬時排(pai)量,再通(tong)🌈過積分(fèn)的方式(shì)實現瞬(shun)時流量(liàng)的計量(liàng)。
0引言
　　井(jing)下流量(liàng)的計量(liàng)是電泵(bèng)一項工(gōng)作，目前(qian)基本上(shang)是通過(guo)對油管(guǎn)排出液(ye)進行計(ji)量,進而(ér)得到電(dian)泵的排(pái)量。如🈲果(guo)出液不(bú)正常,就(jiù)隻能通(tōng)過經驗(yan)來判斷(duan),可能存(cún)在不确(què)定性🙇🏻。如(rú)果井♈内(nei)的液🍓體(tǐ)回注♉到(dào)套管而(ér)未回到(dào)地面,就(jiù)不知道(dào)電泵的(de)具體出(chū)液量,那(na)麽就無(wú)法知道(dào)電泵的(de)運行狀(zhuang)态。出液(yè)量的計(ji)🙇‍♀️量有利(li)于分析(xi)電泵的(de)運行狀(zhuang)态,可根(gen)據出液(yè)量進行(háng)調節生(sheng)産☔制度(dù),保障電(diàn)泵的長(zhang)期運行(hang)，延長檢(jiǎn)泵周期(qi),在異常(cháng)狀态下(xià)容易明(míng)确是❗泵(beng)的故障(zhàng)還是其(qí)他故障(zhang)(如油管(guan)漏失管(guǎn)💜線堵塞(sāi)等)。爲此(ci),根據泵(bèng)的性能(neng)曲線及(ji)現有的(de)技術手(shǒu)段,拟合(hé)排量壓(ya)力曲線(xiàn)、給出拟(ni)合方程(chéng),可以根(gēn)據方程(chéng)求解泵(bèng)的👨‍❤️‍👨瞬💚時(shí)排量、計(jì)量泵的(de)井下流(liú)量🈲。
1電泵(bèng)模型
　　正(zheng)常電泵(beng)管柱上(shàng)，在潛油(you)電機的(de)尾部加(jia)裝一台(tai)井下傳(chuán)感器,傳(chuan)感器尾(wěi)部加裝(zhuang)扶正器(qi),從傳感(gǎn)器頭部(bu)引出一(yi)根1/4"不鏽(xiu)鋼管(圖(tu)1)。在離心(xīn)泵出口(kou)上安裝(zhuāng)引壓接(jie)頭,接頭(tou)上方連(lian)接油管(guǎn)至井口(kou)。1/4"不鏽鋼(gang)管與引(yin)壓🏃‍♂️接頭(tóu)相連,将(jiang)泵出口(kǒu)的壓力(li)傳到井(jing)下傳感(gǎn)器。鋼管(guǎn)上、下均(jun)要做好(hǎo)密封,密(mi)封壓力(li)大于40MPa。通(tong)⭐過井下(xia)通信模(mó)塊,将傳(chuán)感器采(cai)集的壓(ya)力、溫度(dù)、振動、流(liú)量等參(cān)數信号(hào)通過電(dian)機尾🆚部(bù)星點,電(diàn)磁線、動(dong)力電纜(lan)傳至地(di)面,然後(hou)通過地(di)面解✊調(diào)模塊讀(du)出參數(shù)數據,進(jin)而進行(háng)數據操(cāo)作與分(fèn)析。
 
2算例(lì)分析
2.1泵(beng)性能曲(qu)線
　　潛油(you)電泵機(jī)組都遵(zun)循GB/T16750--2015《潛油(yóu)電泵機(ji)組》,出庫(kù)的時候(hou)都會㊙️進(jin)行泵性(xing)能測試(shì)，繪制泵(beng)性能曲(qǔ)線,也就(jiu)是泵揚(yang)程、排量(liàng)、泵效、軸(zhóu)功率曲(qǔ)線”。要求(qiu)至少采(cǎi)集13個點(dian),即🌈在不(bu)同排量(liàng)下的壓(ya)力、泵效(xiao)、功率數(shù)據,來給(gei)定泵的(de)有效高(gāo)效區間(jiān),用以指(zhi)導.用戶(hu)生産。圖(tú)2爲50Hz工頻(pín)運行🈲的(de)數據曲(qǔ)線,給定(dìng)的高效(xiao)區爲40~150m3/d。
 
　　根(gen)據采液(yè)要求，目(mu)前很多(duō)油井采(cǎi)用變頻(pín)的方式(shi)控🆚制地(di)㊙️産,因🔴此(cǐ)對變頻(pin)數據的(de)采集、提(ti)高變頻(pin)數據精(jing)💃度具有(yǒu)實際意(yi)義。
2.2曲線(xian)的拟合(he)
　　泵性能(néng)曲線，即(ji)是測出(chu)不同排(pai)量下的(de)揚程、電(diàn)流、軸⭕功(gong)率💃等數(shù)據,用以(yǐ)判定電(dian)泵是否(fou)符合GB/T16750--2015《潛(qián)油電泵(beng)機組》的(de)要求。由(you)于泵性(xìng)能曲🏃‍♀️線(xian)是在地(dì)面完成(chéng)的，測出(chū)✌️的試驗(yan)數據實(shi)際就是(shì)泵出口(kou)在不同(tóng)排量下(xià)的壓力(lì)數據。如(ru)果在油(yóu)井井下(xià)端測出(chū)泵出口(kǒu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻壓力、吸(xi)人🐉口壓(yā)力,就可(kě)以近似(sì)得出在(zai)一定壓(ya)力下的(de)排量數(shù)🔴據,實驗(yàn)井50Hz工頻(pin)的排量(liàng)壓力曲(qǔ)線如圖(tú)3所示。
 
2.2.1工(gōng)頻實驗(yàn)數據拟(ni)合
　　用采(cǎi)集的13點(dian)數據,取(qu)揚程、排(pai)量數據(jù),根據其(qí)線性特(tè)征,用WPS.ffice或(huò)Matlab拟💛合成(cheng)一個二(èr)項式,使(shǐ)其更接(jie)近真實(shi)的數據(jù)。拟合的(de)公式如(rú)下:.
y=8x12-15x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用測(ce)得的泵(bèng)出口壓(ya)力值與(yu)吸人口(kou)壓力的(de)差值,帶(dài)人公✂️式(shi),即🆚可🏃‍♀️得(de)到相應(yīng)的泵出(chu)口排量(liàng)值。
2.2.2變頻(pin)實驗數(shù)據拟合(hé)
依據變(bian)頻排量(liang)公式p:
y1=(ƒ/50)xy
式(shì)中
x一工(gōng)頻揚程(chéng),MPa.
X1一變頻(pin)揚程,MPa
ƒ一(yi)設定頻(pin)率,Hz
y一工(gong)頻排量(liang),m2/d
Y1一變頻(pin)排量,m2/d
　　在(zai)給定ƒ下(xià),測得泵(bèng)出口壓(ya)力與吸(xī)人口的(de)壓力差(chà)值x0(此時(shi)油管摩(mó)阻忽略(luè)不計)，将(jiāng)x0帶入，計(jì)算得到(dào)此時的(de)排量值(zhí)y0(y0可🐅理解(jiě)爲工頻(pin)下的排(pái)量),再通(tong)過變頻(pín)公式計(ji)算得😍出(chū)此時瞬(shun)時排量(liang)Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x12-15x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實際上(shang),采油廠(chang)更關心(xin)的是一(yī)天的産(chan)量,瞬時(shí)産量隻(zhi)是作爲(wei)一個參(can)考。如果(guǒ)要計算(suàn)累計流(liú)量,直接(jiē)對變頻(pín)公式進(jin)行積分(fen)即可:
 
其(qi)中a、b爲時(shí)間段,可(kě)結合采(cai)油廠設(shè)置時間(jian)段設置(zhi)起✊始點(dian)⁉️。
2.3控制系(xì)統
(1)主線(xiàn)路由斷(duàn)路器、快(kuài)熔、電抗(kang)器等組(zu)成，經由(you)變頻器(qi)、正弦濾(lǜ)波☂️器、升(sheng)壓變壓(yā)器作用(yong)于井下(xià)電機。輔(fǔ)助回路(lu)包括加(jiā)🔅熱器與(yu)櫃風機(jī)控制,工(gōng)控機的(de)供電及(ji)照明燈(dēng)的開啓(qi)。
(2)諧波控(kong)制。功率(lü)開關器(qi)件的導(dao)通瞬間(jian)會産生(sheng)諧波電(dian)流♉。當✊開(kāi)💁關器件(jian)以很高(gao)的頻率(lǜ)通斷時(shi),将會産(chan)生脈沖(chong)電流,電(dian)機🔴繞組(zǔ)絕緣将(jiang)反複承(cheng)受峰值(zhí)很高的(de)脈沖電(dian)流，如此(cǐ)長期下(xia)去将會(hui)加劇絕(jue)緣老化(huà)過程。輸(shū)出諧波(bō)對電機(ji)的影響(xiǎng)主要有(yǒu):引起電(diàn)機附加(jiā)發熱,導(dǎo)緻電機(ji)的額外(wài)溫升升(sheng)高,由于(yu)輸出波(bo)形失真(zhēn)🔴,增加了(le)電機的(de)重複峰(feng)值電壓(ya)⭕,影響電(dian)機和電(diàn)🌈纜絕緣(yuán),諧波還(hái)會引起(qǐ)電機轉(zhuǎn)🤞矩脈動(dòng),使噪聲(sheng)增加。諧(xie)波🐇電流(liú)流過電(diàn)機定子(zǐ)轉子繞(rao)組時産(chǎn)生的附(fù)加損耗(hao),該損耗(hào)将導緻(zhì)電機溫(wen)升增加(jia)，同時将(jiāng)使得電(dian)機效率(lü)下降。爲(wei)了抑制(zhì)變頻器(qì)輸人、輸(shu)出側諧(xie)♋波對電(dian)網和電(diàn)機的影(yǐng)響，延長(zhǎng)機組的(de)使用壽(shòu)命，在變(biàn)頻器的(de)設計選(xuan)型方面(miàn)，設置輸(shū)人濾波(bo)器🎯,将變(biàn)頻器輸(shu)出的PWM(PulseWidthModulation,脈(mo)沖寬度(du)調制)波(bo)形轉變(bian)成驅動(dong)電動機(ji)的理想(xiang)波形一(yī)正弦波(bo)。這樣電(dian)纜上傳(chuan)輸的是(shi)正弦波(bō),與傳統(tǒng)的電動(dong)機工作(zuò)方式一(yi)樣,無論(lun)電纜多(duō)長都不(bu)會産生(sheng)過沖電(diàn)壓。
(3)寬頻(pín)變壓器(qi)。變壓器(qì)位于變(bian)頻器輸(shu)出端,用(yòng)于提升(shēng)電⭕壓㊙️給(gei)井✨下⁉️電(dian)泵供電(diàn),需要配(pèi)套寬頻(pin)變壓器(qì)。如果配(pèi)套♻️普通(tōng)的電力(lì)變壓器(qì),其頻率(lǜ)變化範(fan)圍爲50Hz±10%，超(chāo)出頻率(lü)運行的(de)情況下(xia)會出現(xiàn)磁飽和(he)，導緻變(biàn)壓器出(chu)🚶現過熱(re)、提前老(lao)化。寬頻(pin)變壓器(qi)設計的(de)磁密度(dù)小,頻率(lü)适應範(fan)圍爲30~70Hz,與(yu)潛油電(diàn)泵生産(chan)運行🚩的(de)頻率範(fan)圍(30~60Hz)一緻(zhì),更貼合(hé)變頻情(qíng)況下的(de)生産需(xu)要。
(4)控制(zhi)系統。數(shù)據的采(cǎi)集通過(guo)井下傳(chuan)感器将(jiang)井下數(shu)據,如♻️泵(bèng)人口壓(yā)力、出口(kǒu)壓力、電(dian)機溫度(du)、X方向振(zhen)動、Z方向(xiang)振動、洩(xie)漏電流(liu)等,通過(guò)地面調(diao)制解調(diào)裝置剝(bao)離出來(lai),與✍️地面(miàn)傳感器(qì)将🌈采集(jí)到的油(yóu)壓🙇‍♀️、套壓(yā)、井口溫(wen)度、流量(liang)等數據(jù)一起以(yǐ)信息幀(zhen)格式發(fa)送給上(shang)位機。同(tóng)理,進線(xiàn)出線電(diàn)力表與(yǔ)地面流(liú)量計及(jí)閥廣]的(de)數據發(fa)送給上(shang)位⁉️機，上(shàng)位機通(tōng)過對寄(jì)存器的(de)讀取與(yu)修改實(shí)現🔱對氣(qì)體流量(liàng)液體流(liu)量、閥門(mén)溫度、閥(fa)門開度(dù)等參數(shù)的顯示(shi)與💜控制(zhì)。上位機(ji)作爲控(kòng)制系統(tǒng)的核心(xīn)，以Modbus--RTU通信(xìn)協議與(yǔ)井下傳(chuán)感🔴器控(kong)制器、進(jin)線與出(chu)♉線電力(li)儀表、地(dì)面流量(liàng)計與閥(fá)廣]進行(háng)數據交(jiāo)換,以‼️Profinet通(tong)信協議(yi)與1200CPU進行(hang)數據交(jiāo)換。1200CPU通過(guo)Modbus--RTU通信與(yǔ)變頻器(qi)進行數(shù)據交換(huàn)，通過變(biàn)頻器✨的(de)狀态字(zì)獲取當(dang)前電機(jī)的運行(hang)頻率、出(chū)線電流(liu)電壓等(děng),通過更(geng)🈲改控制(zhi)字實🥰現(xiàn)電機頻(pín)率的給(gei)定,控制(zhi)電機正(zhèng)反🌂轉,激(ji)活擺頻(pin)功能等(deng)。
(5)智能調(diao)參。以采(cai)集的數(shù)據作爲(wèi)調參依(yi)據,實現(xian)智能自(zi)動化🏃調(diao)✔️參。不同(tóng)的油井(jing)生産使(shi)用不同(tóng)的控制(zhì)方式。例(li)如采用(yong)泵出口(kou)🐆流量作(zuo)爲依據(jù),流量低(dī)于設定(dìng)限值，自(zì)動降低(di)頻率以(yi)恢複液(yè)量;流量(liang)👣超過限(xian)值，自🛀🏻動(dòng)提頻增(zeng)加液量(liàng)。也可采(cai)用泵人(rén)口壓力(lì)設置限(xiàn)值🈲,人口(kou)壓力低(di)于限值(zhí)時自動(dong)降頻,壓(yā)力🥰恢複(fú)自動升(shēng)頻,來尋(xún)求更合(hé)适的生(shēng)産頻率(lü)。
2.4實際案(àn)列
　　在某(mou)氣田采(cai)用此種(zhǒng)方式計(ji)量泵的(de)出口流(liu)量,通過(guò)數據測(ce)🔞算🔞泵出(chū)口瞬時(shí)流量116m3/d。該(gai)井爲同(tong)井采注(zhù)氣井,也(ye)就是液(yè)體不出(chu)井🌈口，直(zhi)接進行(háng)回注,地(di)面無法(fa)進🤟行計(jì)量。但是(shì)在🛀生産(chan)初期,需(xū)要排放(fàng)一段時(shí)間井内(nèi)的雜質(zhi),然後才(cai)開始回(huí)注,地面(mian)配有标(biāo)準流量(liàng)計(此時(shí)計量111m3/d)。考(kao)慮到地(dì)層的吸(xi)收因素(sù),精度<4.5%,滿(mǎn)足現場(chǎng)使💁用需(xū)求。
 
3結論(lùn)
(1)在使用(yòng)數據拟(nǐ)合時，可(ke)在多測(cè)數據點(diǎn)，以提高(gao)數據拟(ni)👉合📧精度(dù)。
(2)在使用(yong)變頻時(shi),可考慮(lǜ)出廠進(jin)行變頻(pín)試驗,在(zài)每個頻(pin)率點下(xia)進行數(shù)據采集(jí),數據拟(ni)合成多(duō)條變頻(pin)曲線,在(zai)✏️設計算(suàn)法時直(zhí)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼接引用(yòng)曲線數(shù)據,數據(jù)精度會(huì)♍大幅提(ti)高。
(3)如果(guǒ)有遠程(chéng)傳輸的(de)需求,可(kě)在控制(zhì)櫃上增(zeng)加RTU(Re-moteTerminalUnit)通信(xin)模塊,實(shi)現數據(jù)的遠程(cheng)監控,爲(wei)自動化(hua)控制提(tí)供數🤩據(ju)支🥰撐。

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