王庆玉 赵海权

(吉林油田乾安采油厂 吉林乾安)

抽油机智能空抽控制技术研究及应用

王庆玉 赵海权

(吉林油田乾安采油厂 吉林乾安)

随着油田开采强度的增加,开采难度越来越大,加上注采比不合理、增产措施不当、地层污染严重,出现了地层供液能力差现象,最终导致油井间歇性出油,如果不实施间抽将会使吨油耗电增加,同时还能够加剧抽油杆、管、泵的磨损。合理的间抽制度比较难确定,并且人为影响因素较大,结合乾安油田地层出油状况,研制了一种抽油机智能空抽控制器,在不影响正常产量情况下将开抽时间缩短,同时自动间抽制度与人为计算间抽制度做对比,能够有效指导人工间抽时间的确定,有效地提高了油井泵效,达到了节约能源的目的。

抽油机;智能空抽控制器;节能降耗;间抽

0 引 言

由于地层供液能力的不足导致抽油机在运转过程中存在空抽现象,加剧了杆管泵的偏磨,不合理工况导致产量不稳、载荷无规律变化,同时增加了无效功率,降低了系统效率。针对这种问题目前已经通过加深泵挂、调小地面参数、换小泵径等措施共实施650口井,平均泵效由8.5%提升高28.5%,仍然有190口低产井在参数调整后仍然达不到合理的工况,之后又研制了时间定时控制器进行手动调整开抽时间,应用50口井,这种控制器通过时间计数来控制配电箱内的交流接触器,投入少但开抽时间固定,每次调整开抽时间需要人工调整,为此研制了新式智能空抽控制器[1],解决了抽油机井间抽制度难于确定、不便于执行的缺点,本文介绍了抽油机井间抽控制器的工作原理和应用效果,为有效执行抽油机井间抽制度、提高泵效、节约电量、延长机杆泵使用寿命提供了一条新的思路[2]。

1 设计思路

目前间抽制度确定主要依据功图、液面、产量等判别,条件界限影响大、准确性差,为使间抽更科学、更合理研制了新型抽油机空抽控制器,新型抽油机智能空抽控制器是通过高分辨率传感器检测电机的运行参数(动力线电流、电压、相位角、有用功率、无功功率、电机扭矩),并结合示功图理论,根据抽油机的上下行电流变化准确地描绘出抽油机的加、卸载过程,应用最优化控制理论,通过闭环数据信息反馈控制系统队抽油机进行实时检测及反馈调节,自动为抽油机选择最佳的工作方案,达到节能降耗的目的,真正实现油田区域性管理的科学化、智能化。

2 工作原理

抽油机在正常抽油时电流曲线会成规律性的变化,控制器就是找出这个规律来指导间抽,控制器能够记录99 999 h的数据,存储量大,记录数据周期长,规律性更科学,当控制器确定稳定的特征参数后就存储这些特征参数,确定间抽时间,当出现新的更符合实际的特征参数后则替代原先的特征参数,执行新的间抽时间,因此控制器的间抽时间具有不确定性,用户可以通过数据线导出所有数据查看某一天、某一段时间的油井工作情况[3]。

当发生空抽时,检测的数据曲线与正常抽汲相比会发生很多变化,反应在图形上,主要表现为:下冲程时,由于供液不好,因此杆柱带动电机,电机只要用很小的能量就可将杆柱送入井底,下行程电机峰值电流和峰值功率变小,从而上、下行程中峰值电流和峰值功率差值也变小;实际平均电流和平均功率下降[4]。

2.1 智能空抽控制器工作流程

智能空抽控制器工作流程图如图1所示。

开机后系统自检大约2 min后,开始报警,15 s后开抽并进行数据采集、分析、存储。

图1 智能空抽控制器工作流程图

智能空抽控制器控制面板有三种档位和显示屏构成,显示屏显示可以调出简单的运行参数如累计运行时间等参数,详细参数可以通过数据线连接电脑显示各个时间段的运行参数。

一档智能间抽模式,抽油机智能空抽状态,此模式不需要人工进行任何干预,控制器根据采集的特征参数进行分析、执行间抽制度。

0档关井停井模式,当需要换盘根、皮带、检修等使用该档,可以不改变控制器原来存储的特征参数继续执行间抽,如果断电那么控制器将重新检测特征参数并与原来存储的特征参数进行对比,重新制定间抽制度。

二档连续工作模式,在洗井、修井、措施后产量较高需要取消间抽时用该档,等产量稳定后再使用自动间抽模式。

特殊情况下需人工控制抽油机启停特定的时间,可将手动控制激活,可设定单次启动、停机时间。

2.2 智能空抽控制器软件、硬件技术特点

2.2.1 软 件

1)二级缓存

控制器为主运算器增加了一个存储器作为二级缓存,经过主运算器运算的参数将先存入主运算器的二级缓存中,经过判断比较后确定为稳定的周期性参数,才会存入主存储器内并修改原特征参数值,这就极大的提高了数据记录及存储的准确程度,保障主存储器中特征参数集内的参数都是准确反映抽油机运行工况的实时、真实数据,大幅度提高了软件运行的稳定性。

2)概率因素

控制器对空抽临界点的判断引入了概率条件满足原则:

(1)当综合工况特征参数集9S=1(满足空抽条件)时,有T=T+1;

(2)当综合工况特征参数集9S=0(不满足空抽条件)时,有T=T-1,T≥0;

(3)仅当T=100时,抽油机工况满足空抽概率条件,可以停抽。

空抽概率数T的引入极大地提高了停抽的准确度,保障了停机时抽油机正处于稳定的空抽状态。

3)力学捕捉

控制器对抽油机卸载过程参数的重点捕捉和描述,极大地提高了对空抽现象判断的准确程度,使得对抽油机工作时间的掌握更加准确,更加负荷地层产能情况。

4)自保护及报警功能

主要有:传感器故障报警:保障传感器触点接触良好并且接线正确;过载故障报警:防卡泵、缺相等过载过流工况发生;欠载故障报警:防杆断、皮带断、缺相等欠载情况发生;报警的同时会自动停机,保护抽油机、电机不受到异常情况的损害。

2.2.2 硬 件

1)控制器的主板及各微处理器、运算放大器、存储器、微型继电器等核心零部件均为军品级部件,温度使用范围-45℃～85℃范围,完全满足任何恶劣的油田工况。

2)控制器的CPU采油了INTEL最新一代的Xscale处理器——PXA272系列中的416 MHz处理器,内存储器容量为64 MB,因此控制器的多功能反映速度快,图像处理功能强大。

3)微型稳压整流器,使得交流电源输入范围350 V～440 V可波动,适应油田电网电压不稳定的实际情况,并且可以直接实时蒸馏为200 VAC直流稳压电源供控制器工作,大大提高了控制器工作稳定性。

4)电流传感器精度为500:1,电流波动捕捉能力强,监测精度为9ΔI≤0.01%,相位角Δφ≤0.2,完全掌握电流运行轨迹。

3 现场应用情况

3.1 智能空抽控制器应用效果

目前应用智能空抽控制器60套,平均单井每天开抽时间减少10 h,平均动液面升高75 m,泵效由11.2%提高到21.1%,平均单井日耗电降低80°,每年减少偏磨修井7井次。安装智能空抽控制器前后效果对比见表1。

表1 安装智能空抽控制器前后效果对比表

3.2 人工间抽与智能间抽数据对比

同时对人工间抽与智能间抽进行了对比,人工间抽根据泵理论排量计算,受地层的不稳定因素影响较大,表2为乾北25-2井人工与智能间抽情况对比表。

表2 乾北25-2井人工与智能间抽对比表

乾北25-2井冲程3 m,冲次3.45次,人工间抽时每天开抽8 h,智能间抽通过累计运行时间计算平均每天开抽5.5 h,间抽后产量更趋于稳定,平均沉没度升高45 m,充满系数由0.12提高到0.34,泵效由34.3提高到55.2,系统效率由10.87提高到14.97,平均单井日节电14°。乾北25-2起抽后人工与智能间抽液面变化情况如图2所示。

图2 乾北25-2起抽后人工与智能间抽液面变化情况

乾北25-2智能控制器电流曲线如图3所示。

从曲线图上我们可以看出,智能空抽控制器采集的电流曲线具有明显的规律性,每当电流值出现减小的趋势时,意味着最大动力负荷在降低,抽油机及时停机防止空抽。

图3 乾北25-2智能控制器电流曲线

4 结 论

智能空抽控制器改变以往间抽制度确定主要依据功图、液面、产量等判别的方式,根据抽油机的上下行电流变化准确地描绘出抽油机的加、卸载过程,应用最优化控制理论,自动为抽油机选择最佳的工作方案,达到节能降耗的目的,真正实现油田区域性管理的科学化、智能化,提高油田尤其是低产区块的综合管理水平,真正实现现代化的区块科学管理,大大降低了工人的工作量,并提供完备的抽油机历史运行记录资料,帮助掌握和分析抽油机最新的动态运行参数,强化单井管理。

1)能够保持中低产能油井合理的动液面高度,防止空抽现象,通过合理控制抽油机的工作时间调节单井的抽汲能力并使之与油层渗流能力相匹配。

2)明显的节电效果,降低单井耗电量30%～70%,减少不必要的机械耗损,维持了正常生产。

3)保障单井的原日产液量,部分单井增产1%～7%。保护油层,对单井尤其是低产井的稳产具有重要辅助作用。延长单井寿命,提高最终采收率。

4)工况监督,异常工况实时报警,保障安全生产。

5)延长低产井的杆管寿命,减少油井维护性工作量,降低开采成本。

[1] 关 宁.抽油机低效间抽井产液变化规律[J].油气田地面工程,2006,25(2)

[2] 何贯中,于晓明,张立辉.抽油机井间抽控制器应用情况及效果评价[J].油田节能,2005,16(3)

[3] 于小明,何贯中,金英兰.抽油机井间抽制度合理性研究[J].大庆石油地质与开发,2006,25(4)

[4] 向瑜章,梁广江.抽油井间抽控制技术的开发与应用[J].石油钻采工艺,2004,26(6)PI,2011,25(1):60～62

With the increased intensity of oil explo itation,mining becomes more and more difficult.Due to the unreasonable injection ratio,inappropriate stimulation,and serious formation pollution,it is hard to supply water for the attitude of stratum,which leads to intermittent oil wells.If you do not implement intermittent pumping tons of fuel consumption between the pumping power will increased,and meanwhile,the pumping rod,tube and pump may wear each other.Reasonable comparison between the pumping system is difficult to be determined,and the human factors are big.Combined with dry conditions out of the oil formation in Lean oilfield,an air pumping intelligent controller is developed.Without affecting the normal production,the time to pump is shortened,by comparing the automatical intermittent pumping time and human calculation,we may effectively determine the manual time.As a result,oil pump efficiency is increased and the energy consumption is reduced.

Key words:Rod Pump Well,Intelligent empty pumping controller,Reduce energy consumption,Intermittent pumping

The intelligent control technology and applications of rod pump well.

Wang Qingyu and Zhao Haiquan.

TE933+.1

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1004-9134(2011)01-0060-03

王庆玉,男,1982年生,助理工程师,2004年毕业于吉林大学环境与资源学院环境工程系,现在乾安采油厂工艺所从事机械采油工作。邮编:131400

2010-10-12编辑:高红霞)