摘要:潛(qian)油電泵井下流量(liàng)計 量對于電泵系(xi)統的運行重要,可(kě)以清楚地反映電(diàn)泵的運行狀态和(hé)油藏狀态,但目前(qián)尚無計量潛油電(dian)泵井下流量的裝(zhuāng)置。通過采集相關(guan)數據,結合泵的性(xìng)能曲線,拟🈲合出泵(beng)的揚程㊙️排量曲線(xiàn),進而通過壓力就(jiù)可🚶得出瞬時排量(liang),再通過積分的方(fāng)式實現💃🏻瞬時流量(liàng)的計量。
0引言
　　井下(xia)流量的計量是電(diàn)泵一項工作，目前(qian)基本上是通過👣對(dui)油管排出液進行(hang)計量,進而得到電(dian)泵的排量。如果出(chu)液不正常,就隻🌈能(neng)通過經驗來判斷(duan),可能存在不确定(dìng)性。如果井内的液(ye)體回注🚶‍♀️到套管而(er)未回到地面,就不(bú)知道電泵的具體(ti)出液量,那麽就無(wú)法知道電泵的運(yùn)行狀态。出液量的(de)計量有利于分析(xi)電泵的運行狀态(tài),可根據出液量進(jìn)行調節生産制度(dù),保障電泵的長期(qi)運行，延長檢泵周(zhou)期,在異常✔️狀态下(xià)容易明确是🔞泵的(de)故障還是其💋他故(gù)障(如油管漏失管(guan)🍓線堵塞等)。爲此,根(gēn)據泵的性能曲線(xian)及現🔴有的技術手(shǒu)段,拟合排量壓力(lì)曲線、給出拟合方(fāng)程,可以根據方㊙️程(chéng)求解泵的瞬時排(pái)量、計量泵的井下(xia)流量。
1電泵模型
　　正(zhèng)常電泵管柱上，在(zài)潛油電機的尾部(bu)加裝一台井下傳(chuán)感器,傳♌感器尾部(bù)加裝扶正器,從傳(chuan)感器頭部引出一(yi)根1/4"不鏽鋼管(圖1)。在(zài)離心泵出口上安(an)裝引壓❌接頭,接頭(tóu)上方㊙️連接油管至(zhì)井口。1/4"不鏽鋼管與(yu)引壓接頭相連🌈,将(jiāng)泵出口的壓力傳(chuán)到井下傳感器。鋼(gang)管㊙️上、下均要做好(hǎo)密封,密封壓力大(dà)于40MPa。通過井下通信(xin)👈模塊,将傳感器采(cǎi)集的壓力、溫度、振(zhen)動、流量等🛀參數信(xin)号通過電機尾🔴部(bù)星點,電磁線、動力(li)電纜傳至地面,然(rán)後通過地面解🐅調(diào)模塊讀出參數數(shù)據,進而進行數據(jù)操🐆作與分析。
 
2算例(lì)分析
2.1泵性能曲線(xian)
　　潛油電泵機組都(dou)遵循GB/T16750--2015《潛油電泵機(jī)組》,出庫的時候都(dou)會進行泵🌂性能測(cè)試，繪制泵性能曲(qǔ)線,也就是泵揚程(chéng)⛱️、排量、泵效、軸功率(lü)曲線”。要求至少采(cǎi)集13個點,即在不同(tóng)🏃🏻排量下的壓力、泵(beng)效、功✉️率數據,來給(gei)定泵的有效高效(xiao)區間,用以指導.用(yong)戶生産。圖2爲50Hz工頻(pín)運行的數據曲線(xian),給定的高效區爲(wèi)40~150m3/d。
 
　　根據采液要求，目(mù)前很多油井采用(yòng)變頻的方式控制(zhì)地産,因☂️此對變頻(pin)數據的采集、提高(gao)變頻數據精♋度具(jù)有實際意義。
2.2曲線(xian)的拟合
　　泵性能曲(qu)線，即是測出不同(tóng)排量下的揚程、電(diàn)流、軸功率等數🛀🏻據(ju),用以判定電泵是(shì)否符合GB/T16750--2015《潛油電泵(bèng)機組》的要求。由于(yu)💋泵性能曲線是在(zài)地面完成的，測出(chū)的試驗數據實際(jì)就是泵出口在不(bú)同⛹🏻‍♀️排量下的壓力(li)數據。如⭐果在油井(jing)井下端測出泵出(chū)口壓力、吸人👄口壓(yā)力,就可以近似得(de)出在一定壓力下(xia)的排量數據,實驗(yàn)井50Hz工💛頻的排量壓(ya)力曲🈲線如圖3所示(shì)。
 
2.2.1工頻實驗數據拟(nǐ)合
　　用采集的13點數(shù)據,取揚程、排量數(shù)據,根據其線性特(te)征,用WPS.ffice或Matlab拟⭕合成一(yi)個二項式,使其更(gèng)接近真實的數據(jù)。拟合的公式如下(xia)🌐:.
y=8x12-15x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用測得的泵出口(kǒu)壓力值與吸人口(kǒu)壓力的差值,帶人(ren)公式,即可得到相(xiàng)應的泵出口排量(liang)值。
2.2.2變頻實驗數據(ju)拟合
依據變頻排(pai)量公式p:
y1=(ƒ/50)xy
式中
x一工(gōng)頻揚程,MPa.
X1一變頻揚(yang)程,MPa
ƒ一設定頻率,Hz
y一(yi)工頻排量,m2/d
Y1一變頻(pín)排量,m2/d
　　在給定ƒ下,測(cè)得泵出口壓力與(yu)吸人口的壓力差(cha)值✏️x0(此時油管摩阻(zǔ)忽略不計)，将x0帶入(rù)，計算得到此時的(de)排量值y0(y0可理解爲(wei)工頻下的排量),再(zài)通過變頻公式計(ji)算得出此時瞬時(shi)排✏️量Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x12-15x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實際上,采油(you)廠更關心的是一(yī)天的産量,瞬時産(chǎn)量隻是作爲一個(ge)參考。如果要計算(suàn)累計流量,直接對(dui)♋變頻公式進行積(ji)分即可:
 
其中a、b爲時(shi)間段,可結合采油(you)廠設置時間段設(she)置起始🈲點。
2.3控制系(xì)統
(1)主線路由斷路(lu)器、快熔、電抗器等(deng)組成，經由變頻器(qì)、正弦濾波器、升壓(ya)變壓器作用于井(jing)下電機。輔助回路(lu)包括加熱器與櫃(guì)🥰風機控制,工控機(jī)的供電及照明燈(dēng)的開啓。
(2)諧波控制(zhi)。功率開關器件的(de)導通瞬間會産生(shēng)諧波電🌈流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。當開關(guan)器件以很高的頻(pin)率通斷時,将會産(chan)生脈沖電流,電機(jī)繞組🚩絕緣将反複(fu)承受峰值很高的(de)脈沖電流，如此長(zhǎng)期下去将會加劇(jù)絕緣老化過程。輸(shū)出諧波對電機的(de)🔅影響主要有:引起(qi)電🌏機附加發熱,導(dǎo)緻電機的額外溫(wen)升升高,由于輸出(chu)波形失真,增加了(le)電機🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的重複峰值(zhi)電壓,影響電機和(he)電纜絕緣,諧波還(hái)會引起電機轉矩(jǔ)脈動,使噪聲增加(jiā)。諧波電流流過電(dian)機定子🔴轉子繞組(zu)時産生的♻️附加損(sun)耗,該損耗将導緻(zhì)電機溫升增加，同(tóng)時将使得電機效(xiao)率下降。爲了抑制(zhì)變頻器🏃🏻輸人、輸出(chu)側諧波對電網🐇和(he)電機的影🤞響，延長(zhang)機組的使用壽命(ming)，在變頻器的👅設計(jì)☁️選型方面，設置輸(shu)人濾波㊙️器,将變頻(pin)器輸出的PWM(PulseWidthModulation,脈沖寬(kuān)度🌐調制)波形轉變(biàn)成驅動電動機的(de)理想波形一正弦(xian)波。這樣電🌈纜上傳(chuán)輸的是正弦波,與(yǔ)傳統的電動機工(gōng)作方式一樣,無論(lùn)電纜多長都不會(huì)産㊙️生過沖電壓。
(3)寬(kuan)頻變壓器。變壓器(qi)位于變頻器輸出(chū)端,用于提升電🔞壓(ya)🌈給井下電泵供電(diàn),需要配套寬頻變(bian)壓器。如果配套普(pǔ)通的電力變壓器(qi),其頻率變化範圍(wei)爲50Hz±10%，超出頻率運行(hang)的情🌈況下會出現(xiàn)磁飽和，導㊙️緻變壓(ya)器出現過熱、提前(qián)老化。寬頻變壓器(qi)設計的磁密度小(xiao),頻率适應範圍爲(wèi)30~70Hz,與潛油電🏃‍♀️泵生産(chan)運行🐆的頻率範圍(wei)(30~60Hz)一緻,更貼合🥰變☀️頻(pin)情況下的生産需(xu)要。
(4)控制系統。數據(jù)的采集通過井下(xia)傳感器将井下數(shu)據,如🧑🏾‍🤝‍🧑🏼泵人口壓力(lì)、出口壓力、電機溫(wen)度、X方向振動、Z方向(xiang)振♍動、洩漏電流等(deng),通過地面調制解(jiě)調裝置剝離出來(lai),與地面傳感器将(jiang)采集到的油壓、套(tao)壓、井口溫度、流量(liang)等數據一起以信(xìn)息幀格式發送給(gěi)上位機☎️。同理,進線(xiàn)出線電力表與地(dì)面流量計及閥廣(guǎng)]的數😍據發送給上(shàng)位機，上位機通過(guo)💚對寄存器的讀取(qǔ)與修改實現對氣(qi)體流量液體流量(liang)、閥門溫度、閥門開(kāi)🈲度🐪等參數的顯示(shì)與控制。上位機作(zuò)爲控制系統的📧核(hé)心，以Modbus--RTU通信協議與(yǔ)井下傳感☁️器控制(zhì)器、進線🌏與出線電(diàn)力儀表、地面流量(liàng)計❗與閥廣]進行數(shu)據交換,以Profinet通信協(xié)議與1200CPU進行數據交(jiao)🐅換。1200CPU通過Modbus--RTU通信與變(bian)頻器進行數據交(jiāo)換，通過變頻器的(de)狀态字獲取當前(qian)電機🔱的運行頻🌈率(lü)、出線電流電壓等(deng),通過更改控制字(zì)實現電機頻率的(de)給定,控制電機正(zheng)反轉,激活擺頻功(gong)💯能等。
(5)智能調參。以(yi)采集的數據作爲(wèi)調參依據,實現智(zhì)能自動化調參。不(bu)同的油井生産使(shǐ)用不同的控制方(fang)式。例如采用泵出(chū)口流量作爲依據(jù),流量低于設定限(xian)值，自🈲動降低頻率(lü)以恢複液量;流量(liàng)超過限值，自⭐動提(tí)頻增🍓加液量。也可(ke)采用泵人口壓力(lì)設置限值,人口壓(ya)力低于限值時自(zì)動降頻,壓力🧑🏾‍🤝‍🧑🏼恢複(fú)自動升頻,來尋求(qiu)更合适的生産頻(pin)率。
2.4實際案列
　　在某(mou)氣田采用此種方(fāng)式計量泵的出口(kou)流量,通過數據測(ce)算泵出口瞬時流(liu)量116m3/d。該井爲同井采(cai)注氣井,也就是液(ye)體不出井⛷️口，直接(jie)進行回注,地面無(wú)法進行計量。但是(shì)在生産初期,需要(yao)🔱排放一段時間井(jǐng)内💋的雜質,然🙇‍♀️後才(cái)開始回注,地面配(pei)有标準流量計(此(cǐ)時計量111m3/d)。考慮到地(dì)層的吸⛱️收因素,精(jing)度<4.5%,滿足現場使🐇用(yong)需求。
 
3結論
(1)在使用(yòng)數據拟合時，可在(zài)多測數據點，以提(tí)高數據🌈拟🐅合精度(du)‼️。
(2)在使用變頻時,可(kě)考慮出廠進行變(bian)頻試驗,在每個頻(pín)✏️率點下進🈲行數據(jù)采集,數據拟合成(chéng)多條變頻曲線,在(zai)設計算法時直接(jie)引用曲線數據,數(shù)據精度會大幅提(tí)高。
(3)如果有遠程傳(chuan)輸的需求,可在控(kòng)制櫃上增加RTU(Re-moteTerminalUnit)通信(xìn)模塊,實現數🛀據的(de)遠程監控,爲自動(dong)化控制提供數據(jù)支撐。

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