潜油电泵运行工况监控技术研究

发布时间：2020-03-18 23:41

【摘要】：潜油电泵作为一种重要的石油人工举升设备在油田的二次三次采油中发挥着不可替代的作用,尤其随着易采原油的日益减少,油井的井况越来越复杂,这就对潜油电泵应用的可靠性提出了更高的要求。潜油电泵作为一种无杆采油设备,其泵挂往往在1km或者更深,油井的高温、高压、振动等恶劣工况严重影响着机组的可靠与高效运转。研究潜油电泵运行工况监控技术对提高潜油电泵的使用寿命,不断提高其可靠性,开发具有实用价值的潜油电泵工况监控技术具有重要的研究意义。本文以大庆油田级项目为依托,以大庆力神泵业有限公司生产的潜油电泵机组为研究对象,开展潜油电泵运行工况监控关键技术及工程化研究。本文围绕潜油电泵机组运行时的温度、压力、振动和泄露电流实时信号的精确测量、长距离传送、地面解析技术,以及潜油泵排量辨识、运行工况分析与故障预诊断等关键技术,进行了较为系统的研究和现场试验工作。通过对国内外潜油电泵井下参数测试技术的研究现状及潜油电泵机组特殊的工作环境分析,研究基于低频数字编码技术进行信号传输方法与实现技术。确定了温度、压力、振动以及泄漏电流等潜油电泵井下状态信号的提取与处理方法以及井下测量装置的电源供给方法。在潜油电泵变频驱动情况下,对变频器产生的不平衡电压和高次谐波给所监测的井下状态信号传输造成的干扰进行了测试与分,在此基础上,研究了相应的硬件及软件数字滤波算法,提高了数据监测的准确性。此外,潜油电泵排量是描述潜油电泵机组运行状态的重要参数,受到井下环境以及流量计自身结构特性的限制,目前在大庆油田实现电泵井排量直接测量的技术还不成熟。依据井下压力参数以及潜油电机运行电流、运行频率,研究排量与井下压力、电机运行电流、频率之间的关系,基于潜油离心泵的特性曲线,采用分段线性逼近算法,实时辨识出电泵井的实际排量,对于介质粘度较大或含气量较大的电泵井,先对特性曲线进行校正,然后再进行排量辨识。根据课题要求和本文所研究的工程问题的需要,基于监测数据和辨识数据,结合电流曲线比对和故障特征判断技术,对潜油电泵的运行工况和故障诊断进行分析,在此基础上,针对三种不同的潜油电泵优化目标,给出了相应的机组运行参数调节方法。现场试验结果表明,上述技术对提高潜油电泵机组的运行寿命及整体效率有一定的实用价值。
【图文】：

频率变化曲线,负载功率,频率变化曲线,输出功率

井下供液情况变化较大，采用变频器可以扩大潜油电泵机组的排量范围，避免了措施起井，整体上节省了成本。潜油电泵机组采用变频控制的优点在于：可以提高潜油电泵的运行效率，减少无功损耗，，提高油井供液与采出的合理平衡。国内部分油田及国外大部分油田大量投资采用变频技术控制潜油电泵运行。特别海上平台，潜油电泵机组基本全部采用变频器控制。但是目前变频器应用在潜油电泵上，本身并不具备自动调整运行参数(简称调参)的功能，运行参数调整仍局限于人工调整，只有确切掌握油井的相关资料，进行分析判断后才能够实现，需要经历一定的时间周期。在变频器的应用上较普遍进入三个误区。一是在井况资料掌握不够确切的情况下，盲目采用变频器控制，对于产能比较稳定，频率变化不大，不必要采用变频控制的油井，造成投资浪费。二是工频运行的潜油电泵，在后期油井产能发生变化时，盲目上变频器进行升频控制，忽略了变频情况下机组负载变化与电机输出功率变化关系问题。如 1.1 所示，当频率升高到超过负载功率 N 电机输出功率P 交点 a 时，负载功率将大于电机的输出功率，电机将出现过载。大部分油田在变频器的应用上，都出现过电机过载问题，在控制认识上的局限性。

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综合以上分析可以看出，变频器的应用之所以没有达到理想的应用效果，是由于不能及时准确掌握油井参数变化以及过多的人为误判造成的，从而说明了实现对潜油电泵机组运行状态实时监测的重要性。1.2.3 潜油电泵井下监测装置研究现状1．国内研究现状国内在潜油电泵井下监测装置的技术开发方面起步较晚，整体落后国外10~20 年，随着潜油电泵等人工举升装备在石油开采领域的广泛应用，潜油电泵井下传感器技术也逐渐引起各研究机构的关注，主要以大庆油田力神泵业有限公司、哈尔滨工业大学、航天科工三院、天津正本有限公司为代表。国内针对潜油电泵井下传感器技术的研究主要集中在 125℃温度等级的基础上，目前仅大庆油田力神泵业实现的 125℃井下传感器的开发和工业化生产、应用，其产品实物和生产车间如图 1.2 和图 1.3 所示。航天科工三院和天津正本有限公司在 2012 年完成了 125℃潜油电泵井下传感器的开发，产品还尚未进入工业化生产和批量应用阶段。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE933.3

【参考文献】