潜油电泵井下多参数传感器的应用情况分析

2016-09-18张庆军

石油化工自动化 2016年4期

关键词：潜油电泵液面

张庆军

(大庆油田力神泵业有限公司研发中心，黑龙江大庆 163000)

潜油电泵井下多参数传感器的应用情况分析

张庆军

(大庆油田力神泵业有限公司研发中心，黑龙江大庆 163000)

自主开发了一种新型潜油电泵井下多参数传感器，可以检测温度、压力、振动等多个参数。详细阐述了该传感器的原理，结合应用情况对现场数据进行了分析，证明该传感器可以随时反映油井的生产情况，帮助管理人员及时掌控油井的生产动态，同时对井下设备的运行参数进行统计和分析以避免设备的损坏，对保证油田生产、降低成本、提高生产效率具有重要意义。

潜油电泵多参数传感器应用分析

潜油电泵井下多参数传感器是潜油电泵采油过程中配套的井下测量仪器，通过该产品可以实时监测潜油电泵井下环境温度、电机温度、泵入口压力、泵出口压力、机组振动、泄漏电流等状态参数，一方面可以有效地监控电泵机组的安全运行，提高电泵机组的运行寿命；另一方面可以实时掌握各种生产数据和井下工况参数，调节工艺参数，优化油井生产。另外，可以综合利用井下传感器、变频驱动器、通信等相关技术，建立潜油电泵运行状态的监控系统，从而实现油田的数字化建设和网络化管理，高度关注潜油电泵运行与油藏变化之间的关系，从而实现油田高效、低成本的开发。

根据目前市场的应用情况，国外斯伦贝谢、贝克休斯、伍德石油装备等公司已形成了潜油电泵井下运行工况监测系统的系列化和多元化开发，并基本垄断井下运行工况综合测量这一系列产品。文中自主开发的潜油电泵井下多参数传感器从测量参数数量、数值范围、测量精度方面已达到了国外相似产品的水平，可以实现替代相应进口产品的目的。

1　系统原理

与用于地质勘探或工程测井的测量仪器不同，用于生产油井的井下参数测量仪器具有工作周期长、对测量实时性要求高、使用量大等特点。潜油电泵机组采油系统整体结构如图1所示，其主要由井下采油设备和多参数监测系统构成，多参数监测系统由井下参数测量单元和地面二次仪表两部分组成。

井下参数测量单元安装于整个潜油电泵机组的最底部，在井下与机组共同长期工作。井下参数测量单元由井下滤波电抗、电缆穿越插针、压力接头和各参数的测量传感器及调理电路组成，并通过抗震结构安装在密封钢桶内，与外部环境隔离，避免其受到高压力、强腐蚀的复杂井下环境侵扰。井下单元通过地面二次仪表和星型三相电抗实现远程供电及周期性控制，并将检测参数传输给地面二次仪表进行数据处理，经过处理后的数据通过串口送至触摸屏进行终端处理，实现实时监测、在线调控及报警保护等功能。

图1　潜油电泵井下多参数传感器与变频电泵机组连接示意

2　现场应用数据

该系统应用于采油三厂某现场井，该井为作业井，原机组损坏后，重新作业进行机组的重新配套，在配套过程中选择了多参数传感器作为井下参数检测装置。

该井现场试验数据见表1所列。从表1中数据可见，在现场长电缆传输环境下，文中课题研究的井下多参数传感器可以稳定工作，压力测量数据与人工测量结果一致，能够真实反映出油井井下工况和潜油电泵机组的运行状态。

表1　现场试验数据

该井供液能力较差、结蜡严重，作业前机组额定排量为150m3/d，实际测得产液量仅为100m3/d，造成机组经常欠载停机，基本处于采油半年、停井半年的状态。该井新作业后，配套潜油电泵井下多参数传感器，由于该井在机组下井过程中套管变形，故没有安装泵出口压力毛细管，传感器测量的泵出口压力值实际为泵入口压力值。通过传感器的实时测量数据，可以看出该井液面下降很缓慢，且潜油电机温度持续升高，最终已经超过电机的耐温等级，井下环境温度也不断升高，严重影响油井产量和潜油电泵机组运行寿命。通过在计量间量油，发现初期有少许产液，投产1d左右后，产液量为0，故判断该井存在蜡堵现象，导致电机散热效果达不到要求，电机温度持续升高，并将井下潜油电机所在区域的井液持续加热，环境温度从而也不断升高。

采油厂作业队通过采取清蜡措施后，该井恢复正常生产，产液量为70 m3/d，泵入口压力逐渐降低，该井逐步恢复正常生产。

3　数据分析

该井恢复正常生产后各参数变化曲线如图2所示。通过对电机及环境温度、压力变化曲线分析，得出如下结论：

1) 该井恢复生产后，从泵入口压力曲线可以看出，该井液面被抽低，此时电机表面流速高、散热好，电机温度逐渐降低至70℃以下，井液温度也随之降低。随着液面降低至机组位置以下，该井机组处于无井液运行，最终导致机组欠载停机。停机后，由于油管及套管之间的环形空间压力很低，故液面恢复较快，当液面压力升高到3.5MPa后，机组启动。由于井下多参数传感器采用单独供电，机组停机后能继续工作。后续机组运行到 5h，14h，75h时又出现停机现象。在机组欠载停机后，观察泵入口压力曲线，判断液面恢复情况：从泵入口压力曲线可以看出，在液面压力低于5MPa时，液面恢复速度较快，表面油层供给压力大于油管及套管之间的环形空间的压力；当液面压力高于5MPa时，液面恢复速度缓慢，表明此时油管及套管之间的环形空间压力已经接近油层供给压力。通过上述分析，表明该井供液能力较差，配套选择100 m3/d的潜油电泵机组排量过大，应降低泵排量，采用间抽措施，更换抽油机、螺杆泵等设备的小排量采油方式。

2) 对泵入口压力曲线和电机温度曲线进行对比分析，可以看出：

a) 当机组正常运转、泵入口压力降低时，电机温度也逐渐降低，最终趋于较稳定的值。

b) 当机组运转，泵入口压力降低至0左右时，机组接近于无负载状态运行，电机表面没有散热介质流过，导致电机温度逐渐升高。

c) 当机组停机时，电机温度缓慢降低，此时电机处于自然冷却状态。