潛油電泵井下多參數(shù)傳感器在大慶油田的應(yīng)用

崔 博，張慶軍

大慶油田力神泵業(yè)有限公司研發(fā)中心（黑龍江大慶163000）

潛油電泵井下多參數(shù)傳感器在大慶油田的應(yīng)用

崔 博，張慶軍

大慶油田力神泵業(yè)有限公司研發(fā)中心（黑龍江大慶163000）

潛油電泵井下多參數(shù)檢測系統(tǒng)可以隨時(shí)反映油井的生產(chǎn)情況，對油井井下設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，以避免由于設(shè)備損壞而影響生產(chǎn)。自主開發(fā)的潛油電泵井下多參數(shù)傳感器可以檢測包括溫度、壓力、振動(dòng)等多個(gè)參數(shù)，并且已投入應(yīng)用。詳細(xì)闡述了潛油電泵多參數(shù)傳感器系統(tǒng)原理及現(xiàn)場應(yīng)用情況，并分析了在大慶油田單井的應(yīng)用數(shù)據(jù)，對后續(xù)推廣應(yīng)用該設(shè)備具有一定的指導(dǎo)意義。

潛油電泵；多參數(shù)傳感器；大慶油田

潛油電泵井下多參數(shù)傳感器是潛油電泵采油過程中配套的井下測量儀器，該產(chǎn)品可以實(shí)時(shí)監(jiān)測潛油電泵井下環(huán)境溫度、電機(jī)溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機(jī)組振動(dòng)、泄漏電流等狀態(tài)參數(shù)[1]。一方面可以有效地監(jiān)控電泵機(jī)組的安全運(yùn)行，提高電泵機(jī)組的運(yùn)行壽命；另一方面可以實(shí)時(shí)掌握各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)和井下工況參數(shù)，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，優(yōu)化油井生產(chǎn)。另外可以綜合利用井下傳感器、變頻驅(qū)動(dòng)器、通信等相關(guān)技術(shù)，建立潛油電泵運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)油田的數(shù)字化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化管理，高度關(guān)注潛油電泵運(yùn)行與油藏變化之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)油田高效、低成本開發(fā)[2]。

從目前市場應(yīng)用情況，國外斯倫貝謝、貝克休斯、伍德石油裝備等公司已形成了潛油電泵井下運(yùn)行工況監(jiān)測系統(tǒng)的系列化和多元化開發(fā)，并基本壟斷井下運(yùn)行工況綜合測量這一系列產(chǎn)品。自主開發(fā)的潛油電泵井下多參數(shù)傳感器從測量參數(shù)數(shù)量、數(shù)值范圍、測量精度方面已達(dá)到了國外相似產(chǎn)品的水平，實(shí)現(xiàn)替代進(jìn)口的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)原理

與用于地質(zhì)勘探或工程測井的測量儀器不同，用于生產(chǎn)油井的井下參數(shù)測量儀器具有長期工作、對測量實(shí)時(shí)性要求高、使用量大等特點(diǎn)。潛油電泵機(jī)組采油系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由井下采油設(shè)備和多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成，多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)由井下參數(shù)測量單元和地面二次儀表兩部分組成[3-4]。

圖1 多參數(shù)傳感器與變頻電泵機(jī)組連接示意圖

井下參數(shù)測量單元安裝于整個(gè)潛油電泵機(jī)組的最底部，在井下與機(jī)組共同長期工作。井下參數(shù)測量單元由井下濾波電抗、電纜穿越插針、壓力接頭和各參數(shù)的測量傳感器及調(diào)理電路組成，并通過抗震結(jié)構(gòu)安裝在密封鋼桶內(nèi)，與外部環(huán)境隔離，避免其受到高壓力、強(qiáng)腐蝕的復(fù)雜井下環(huán)境侵?jǐn)_。井下單元通過地面二次儀表和星型三相電抗實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電及周期性控制，并將檢測參數(shù)傳輸給地面二次儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)通過串口送至觸摸屏進(jìn)行終端處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線調(diào)控及報(bào)警保護(hù)等功能[5]。

表1 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)

該系統(tǒng)應(yīng)用于大慶油田某采油廠北3丁4井，由于此處實(shí)例中套變導(dǎo)致連接未使用引壓管，致使不能測量泵出口壓力值。

從表1數(shù)據(jù)可知，在現(xiàn)場長電纜傳輸環(huán)境下，井下多參數(shù)傳感器可以穩(wěn)定工作，壓力測量數(shù)據(jù)與測試大隊(duì)測量結(jié)果一致，能夠真實(shí)反映出油井井下工況和潛油電泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

該井供液能力較差、結(jié)蠟嚴(yán)重，原機(jī)組額定排量為150m3/d，實(shí)際產(chǎn)液量100m3/d，經(jīng)常欠載停機(jī)，基本處于采油半年、停井半年的狀態(tài)。該井新作業(yè)后配套潛油電泵井下多參數(shù)傳感器，由于該井套變，故沒有安裝泵出口壓力毛細(xì)管，傳感器測量的泵出口壓力值實(shí)際為泵入口壓力值。通過傳感器的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，可以看出該井液面下降很緩慢，且潛油電機(jī)溫度持續(xù)升高，最終超過電機(jī)的耐溫等級，井下環(huán)境溫度也不斷升高，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量和潛油電泵機(jī)組運(yùn)行壽命。通過在計(jì)量間量油，發(fā)現(xiàn)初期有少許產(chǎn)液，投產(chǎn)1天后，產(chǎn)液為0，故判斷該井存在蠟堵現(xiàn)象，導(dǎo)致電機(jī)散熱效果達(dá)不到要求，電機(jī)溫度持續(xù)升高，并將泵掛區(qū)域的井液持續(xù)加熱，導(dǎo)致環(huán)境溫度也不斷升高，如圖2所示。

圖2 北3丁4井投產(chǎn)當(dāng)天井下溫度變化曲線

采油廠通過采取清蠟措施后，該井恢復(fù)正常生產(chǎn)，產(chǎn)液量為70 m3/d，泵入口壓力逐漸降低。

2.2 現(xiàn)場措施

通過對溫度、壓力變化曲線分析（圖3），得出如下結(jié)論。該井恢復(fù)生產(chǎn)后，從泵入口壓力曲線可以看出，該井液面降低，此時(shí)電機(jī)表面流速高、散熱好，電機(jī)溫度逐漸降低至70℃以下，井液溫度也隨之降低。隨著液面降低至泵掛以下，油套環(huán)空泵掛處壓力降低至0，該井空抽欠載停機(jī)，停機(jī)后，由于油套環(huán)空壓力很低，故液面恢復(fù)較快，當(dāng)液面壓力升高到3.5MPa后，機(jī)組啟動(dòng)。后續(xù)又出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，在機(jī)組欠載停機(jī)后，觀察泵入口壓力曲線，判斷液面恢復(fù)情況。在液面壓力低于5MPa時(shí)，液面恢復(fù)速度較快，表面油層供給壓力大于油套環(huán)空壓力；當(dāng)液面壓力高于5MPa時(shí)，液面恢復(fù)速度緩慢，表明此時(shí)油套環(huán)空壓力接近油層供給壓力。通過上述分析，表明該井供液能力較差，配套選擇100 m3/d的潛油電泵機(jī)組過大，應(yīng)降低泵排量，或者采用間抽等采油方式。

為了分析該井狀況，提取地面儀表數(shù)據(jù)，并對泵入口壓力曲線和電機(jī)溫度曲線進(jìn)行對比分析，從2個(gè)曲線圖中可以看出：①當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)、泵入口壓力降低時(shí)，電機(jī)溫度也逐漸降低，最終趨于一個(gè)穩(wěn)定值；②當(dāng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，泵入口壓力降低至0MPa左右時(shí)，機(jī)組接近空抽狀態(tài)，電機(jī)表面無散熱，電機(jī)溫度逐漸升高；③當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，電機(jī)溫度緩慢降低，此時(shí)電機(jī)處于自然冷卻狀態(tài)。

根據(jù)上述分析，建議采油廠相關(guān)人員對機(jī)組進(jìn)行停機(jī)操作，以避免由于井下設(shè)備損壞而造成不必要的損失。

圖3 北3丁4井運(yùn)行5天的溫度、壓力變化曲線

3 結(jié)論

從目前高溫潛油電泵井下多參數(shù)傳感器現(xiàn)場應(yīng)用情況分析，可以得出如下結(jié)論：

1）高溫潛油電泵井下多參數(shù)傳感器能夠?qū)崟r(shí)測量并顯示電泵井下的環(huán)境溫度、電機(jī)溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、機(jī)組振動(dòng)、泄漏電流等8個(gè)物理參數(shù)，并且達(dá)到了設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)指標(biāo)。

2）通過現(xiàn)場應(yīng)用情況可知，高溫潛油電泵井下多參數(shù)傳感器的應(yīng)用，對于幫助用戶分析油井生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、優(yōu)化油井生產(chǎn)、監(jiān)控潛油電泵機(jī)組安全運(yùn)行具有重要作用；另一方面該產(chǎn)品也是潛油電泵智能采油系統(tǒng)的重要組成部分，為實(shí)現(xiàn)油井的智能化開采和網(wǎng)絡(luò)化管理提供有利的技術(shù)支撐。

[1]高言濤.電潛泵井井下機(jī)組工況監(jiān)測及診斷技術(shù)[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2014(6):370-371.

[2]唐小軍.超稠油井提高泵效的研究與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(5):60.

[3]袁麗麗.潛油電泵井下參數(shù)高精度監(jiān)測及高效運(yùn)行研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011:18-29.

[4]尚健.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在潛油電泵井的應(yīng)用[J].石化論壇，2006,10(2):55-56.

[5]舒輝.低壓電力線載波通信技術(shù)綜述[J].湘電培訓(xùn)與教學(xué)，2006(3):32-34.

Downhole multi-parameter measurement system of electric submersible pump can reflect the production situation of oil well at any time,and the statistic analysis of the operation parameters of downhole equipment is carried out in order to avoid the equipment damage influencing the production of oil well.The downhole multi-parameter sensor can measure the parameters of temperature,pres?sure,vibration and so on,and has been put into use.The principle and field application of the multi-parameter sensor system for electric submersible pump are described,and the application data of single well in Daqing Oilfield is analyzed in detail,which has certain guid?ing significance to the follow-up application of the equipment.

electric submersible pump;multi-parameter sensor;Daqing Oilfield

左學(xué)敏

2016-01-12

崔博（1987-），男，工程師，現(xiàn)主要從事潛油電泵電氣產(chǎn)品研發(fā)及推廣應(yīng)用工作。