摘要(yao):潛油電(dian)泵井下(xia)流量計(ji) 量對于(yu)電泵系(xi)統的運(yun)行重要(yao),可以清(qing)楚地反(fan)映電泵(beng)的運行(hang)狀🈲态和(he)油藏狀(zhuang)态,但目(mu)前尚無(wu)計量潛(qian)油電泵(beng)井下流(liu)量的裝(zhuang)置。通🍉過(guo)采集相(xiang)關數據(ju),結合泵(beng)的性能(neng)曲線,拟(ni)🈲合出泵(beng)💯的揚程(cheng)排量曲(qu)線,進而(er)通過🙇‍♀️壓(ya)力就可(ke)得出瞬(shun)時排量(liang),再通過(guo)積分的(de)方式實(shi)現⛱️瞬時(shi)流量的(de)計量。
0引(yin)言
　　井下(xia)流量的(de)計量是(shi)電泵一(yi)項工作(zuo)，目前基(ji)本上是(shi)通過對(dui)油管排(pai)出液進(jin)行計量(liang),進而得(de)到電泵(beng)的排量(liang)。如果出(chu)液不正(zheng)常,就隻(zhi)能通過(guo)經驗來(lai)判斷,可(ke)能存在(zai)不确定(ding)性。如果(guo)井内的(de)液體回(hui)注到套(tao)管而未(wei)回到地(di)面,就不(bu)知道電(dian)泵的具(ju)🈲體出液(ye)量💜,那麽(me)就無🈲法(fa)知道電(dian)泵的運(yun)行狀态(tai)🐕。出液量(liang)的計😄量(liang)有利于(yu)分析電(dian)泵的運(yun)行‼️狀态(tai),可根據(ju)出液量(liang)進行調(diao)節生産(chan)制度,保(bao)障電泵(beng)的長期(qi)運行，延(yan)長檢🈲泵(beng)周期,在(zai)異常🈲狀(zhuang)💋态下容(rong)易明确(que)是泵的(de)故障還(hai)是其他(ta)故障(如(ru)油管漏(lou)失管線(xian)堵塞等(deng))。爲此,根(gen)據泵的(de)性能曲(qu)線及現(xian)有的技(ji)術手段(duan),拟合排(pai)量🐅壓力(li)曲線、給(gei)出拟合(he)方程,可(ke)以根據(ju)方💜程求(qiu)解泵的(de)瞬時排(pai)量、計量(liang)泵的井(jing)下流量(liang)。
1電泵模(mo)型
　　正常(chang)電泵管(guan)柱上，在(zai)潛油電(dian)機的尾(wei)部加裝(zhuang)一台井(jing)下傳感(gan)器,傳感(gan)器尾部(bu)加裝扶(fu)正器,從(cong)傳感器(qi)頭部引(yin)出一根(gen)1/4"不鏽鋼(gang)管(圖1)。在(zai)離心泵(beng)出口上(shang)安裝引(yin)壓🚶接頭(tou),接頭上(shang)方連接(jie)油管至(zhi)井⛱️口。1/4"不(bu)鏽鋼管(guan)與引壓(ya)❄️接頭相(xiang)連,将泵(beng)出口的(de)壓力傳(chuan)到井下(xia)傳感器(qi)。鋼管上(shang)、下均要(yao)做好密(mi)封,密封(feng)🏃壓力大(da)于40MPa。通過(guo)井下通(tong)信模塊(kuai),将傳感(gan)器采集(ji)的壓力(li)、溫度、振(zhen)動、流量(liang)等參數(shu)信号通(tong)過電機(ji)尾部星(xing)點,電磁(ci)線、動力(li)電纜傳(chuan)至地面(mian),然後通(tong)過地面(mian)解調模(mo)塊讀出(chu)參數數(shu)據,進而(er)進行數(shu)據操作(zuo)與分析(xi)。
 
2算例分(fen)析
2.1泵性(xing)能曲線(xian)
　　潛油電(dian)泵機組(zu)都遵循(xun)GB/T16750--2015《潛油電(dian)泵機組(zu)》,出庫的(de)時候都(dou)會進行(hang)泵性能(neng)測試，繪(hui)制泵性(xing)能曲線(xian),也就是(shi)泵揚程(cheng)、排量、泵(beng)效、軸功(gong)率曲線(xian)”。要求至(zhi)少采集(ji)13個點,即(ji)在不同(tong)🏃‍♂️排量下(xia)的壓力(li)、泵效、功(gong)🏒率數據(ju)🆚,來給定(ding)泵的有(you)效高效(xiao)區間,用(yong)以指導(dao).用戶生(sheng)産。圖2爲(wei)50Hz工頻運(yun)行的數(shu)據曲線(xian),給定的(de)高效區(qu)爲40~150m3/d。
 
　　根據(ju)采液要(yao)求，目前(qian)很多油(you)井采用(yong)變頻的(de)方式控(kong)制地産(chan),因此對(dui)變頻數(shu)據的采(cai)集、提高(gao)變頻數(shu)據精🤩度(du)具有實(shi)際意義(yi)。
2.2曲線的(de)拟合
　　泵(beng)性能曲(qu)線，即是(shi)測出不(bu)同排量(liang)下的揚(yang)程、電流(liu)、軸🍓功率(lü)㊙️等數據(ju),用以判(pan)定電泵(beng)是否符(fu)合GB/T16750--2015《潛油(you)電泵機(ji)組》的要(yao)求。由于(yu)泵性能(neng)曲線是(shi)在地面(mian)完成的(de)，測出的(de)試驗數(shu)據實🌈際(ji)就是泵(beng)出口在(zai)不同排(pai)量下的(de)壓力數(shu)據。如果(guo)在油井(jing)井下端(duan)測出泵(beng)出口壓(ya)力、吸人(ren)🏃‍♂️口壓力(li),就可以(yi)近似得(de)出在一(yi)定壓力(li)下的排(pai)量數據(ju),實驗井(jing)50Hz工頻的(de)排量壓(ya)力曲線(xian)如圖3所(suo)示。
 
2.2.1工頻(pin)實驗數(shu)據拟合(he)
　　用采集(ji)的13點數(shu)據,取揚(yang)程、排量(liang)數據,根(gen)據其線(xian)性特🈲征(zheng)☀️,用WPS.ffice或Matlab拟(ni)合❓成一(yi)個二項(xiang)式,使其(qi)更接近(jin)真實的(de)數據。拟(ni)🍓合的公(gong)式🤩如下(xia):.
y=8x11-26x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用測得(de)的泵出(chu)口壓力(li)值與吸(xi)人口壓(ya)力的差(cha)值,帶人(ren)公式,即(ji)☁️可得到(dao)相應的(de)泵出口(kou)排量值(zhi)。
2.2.2變頻實(shi)驗數據(ju)拟合
依(yi)據變頻(pin)排量公(gong)式p:
y1=(ƒ/50)xy
式中(zhong)
x一工頻(pin)揚程,MPa.
X1一(yi)變頻揚(yang)程,MPa
ƒ一設(she)定頻率(lü),Hz
y一工頻(pin)排量,m2/d
Y1一(yi)變頻排(pai)量,m2/d
　　在給(gei)定ƒ下,測(ce)得泵出(chu)口壓力(li)與吸人(ren)口的壓(ya)力差值(zhi)x0(此🚶‍♀️時油(you)管摩阻(zu)忽略不(bu)計)，将x0帶(dai)入，計算(suan)得到此(ci)時的💞排(pai)量📐值y0(y0可(ke)理解✔️爲(wei)工頻下(xia)的排量(liang)),再通過(guo)變頻公(gong)式計算(suan)得出此(ci)時瞬時(shi)排量Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x11-26x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實(shi)際上,采(cai)油廠更(geng)關心的(de)是一天(tian)的産量(liang),瞬時産(chan)量隻是(shi)作爲一(yi)個參考(kao)。如果要(yao)計算累(lei)計流量(liang),直接對(dui)♋變頻公(gong)式進行(hang)積分🧡即(ji)可:
 
其中(zhong)a、b爲時間(jian)段,可結(jie)合采油(you)廠設置(zhi)時間段(duan)設置起(qi)始點🚶。
2.3控(kong)制系統(tong)
(1)主線路(lu)由斷路(lu)器、快熔(rong)、電抗器(qi)等組成(cheng)，經由變(bian)頻器、正(zheng)弦濾波(bo)器、升壓(ya)變壓器(qi)作用于(yu)井下電(dian)機。輔助(zhu)回路包(bao)括加熱(re)器與櫃(gui)❗風機控(kong)制,工控(kong)機的供(gong)電及照(zhao)明燈的(de)🤩開啓。
(2)諧(xie)波控制(zhi)。功率開(kai)關器件(jian)的導通(tong)瞬間會(hui)産生諧(xie)波電流(liu)。當開關(guan)器件以(yi)很高的(de)頻率通(tong)斷時,将(jiang)會産生(sheng)脈沖✍️電(dian)流,電機(ji)繞組絕(jue)緣将反(fan)複承受(shou)峰值很(hen)高的脈(mo)沖電流(liu)，如此長(zhang)期下去(qu)将會🏃‍♂️加(jia)劇絕❄️緣(yuan)老化過(guo)程。輸出(chu)諧波對(dui)電機的(de)影響主(zhu)要有:引(yin)起電機(ji)附加發(fa)🚶‍♀️熱,導緻(zhi)電機⛱️的(de)額外溫(wen)升升高(gao),由于輸(shu)出波形(xing)失真👄,增(zeng)加了電(dian)機的❌重(zhong)複峰值(zhi)電壓,影(ying)響電機(ji)和電纜(lan)絕👌緣,諧(xie)波還會(hui)引起電(dian)機轉矩(ju)脈動,使(shi)噪聲增(zeng)加。諧波(bo)電🙇🏻流流(liu)過電機(ji)定子轉(zhuan)子繞組(zu)時産生(sheng)的🏃🏻附加(jia)損耗,該(gai)損耗将(jiang)導緻電(dian)機溫升(sheng)增加，同(tong)時将使(shi)得電機(ji)效率下(xia)降。爲了(le)抑制變(bian)頻器輸(shu)人、輸出(chu)側諧波(bo)對電網(wang)和電機(ji)的影響(xiang)，延長機(ji)組的使(shi)用壽命(ming)，在變頻(pin)器的設(she)計選型(xing)方面，設(she)置輸人(ren)濾波🐇器(qi),将變頻(pin)器輸出(chu)的PWM(PulseWidthModulation,脈沖(chong)寬度調(diao)制)波形(xing)轉變成(cheng)驅動電(dian)動機的(de)理想波(bo)形一正(zheng)弦波。這(zhe)樣電💘纜(lan)上傳輸(shu)的是正(zheng)弦波,與(yu)傳統的(de)電動機(ji)工作方(fang)式一樣(yang),無論🆚電(dian)纜多長(zhang)都不會(hui)産生過(guo)沖電壓(ya)。
(3)寬頻變(bian)壓器。變(bian)壓器位(wei)于變頻(pin)器輸出(chu)端,用于(yu)提升電(dian)壓給井(jing)下電泵(beng)供電,需(xu)要配套(tao)寬頻變(bian)壓器。如(ru)果配套(tao)普通的(de)電力變(bian)壓器,其(qi)頻率變(bian)化範圍(wei)爲50Hz±10%，超出(chu)頻率運(yun)行的情(qing)況下會(hui)出現磁(ci)❓飽和，導(dao)緻變壓(ya)器出現(xian)過熱、提(ti)前老化(hua)。寬🌈頻變(bian)壓器✔️設(she)計的磁(ci)密度小(xiao),頻率适(shi)應範圍(wei)🐪爲30~70Hz,與潛(qian)油電泵(beng)生産運(yun)行🏃‍♂️的頻(pin)率範圍(wei)(30~60Hz)一緻,更(geng)貼合變(bian)❗頻情況(kuang)下的生(sheng)産需要(yao)。
(4)控制系(xi)統。數據(ju)的采集(ji)通過井(jing)下傳感(gan)器将井(jing)下數據(ju)♋,如🧡泵人(ren)口壓力(li)、出口壓(ya)力、電機(ji)溫度、X方(fang)向振動(dong)、Z方向振(zhen)動、洩⚽漏(lou)電流等(deng),通過地(di)面調制(zhi)解調裝(zhuang)置剝離(li)出來,與(yu)地面傳(chuan)感器将(jiang)采集到(dao)的油壓(ya)、套壓、井(jing)口溫度(du)、流量等(deng)數據一(yi)起以信(xin)息幀格(ge)式發送(song)♌給上位(wei)機✔️。同理(li),進線出(chu)線電力(li)表與地(di)面流量(liang)計及閥(fa)廣]的數(shu)👌據發送(song)給上位(wei)機，上位(wei)機通過(guo)對寄存(cun)器的讀(du)取與修(xiu)改實現(xian)對氣體(ti)流量液(ye)❓體流量(liang)、閥門溫(wen)度、閥門(men)開度🐕等(deng)參數的(de)顯示與(yu)🤩控制。上(shang)位機作(zuo)爲控制(zhi)系統的(de)核心，以(yi)Modbus--RTU通信協(xie)議與井(jing)🏃🏻下傳感(gan)器控制(zhi)器、進線(xian)與出線(xian)電力儀(yi)表、地面(mian)流量計(ji)與閥廣(guang)]進行數(shu)據交換(huan),以Profinet通信(xin)協議與(yu)1200CPU進行數(shu)據交換(huan)。1200CPU通過Modbus--RTU通(tong)信與變(bian)頻器進(jin)行數據(ju)交換，通(tong)過變頻(pin)器🔅的狀(zhuang)态字獲(huo)取當前(qian)電機的(de)運行頻(pin)率、出線(xian)電流電(dian)壓等,通(tong)過更改(gai)💃控制字(zi)實😘現電(dian)機頻率(lü)的給定(ding),控制電(dian)機正反(fan)轉,激活(huo)擺頻♉功(gong)🐆能等。
(5)智(zhi)能調參(can)。以采集(ji)的數據(ju)作爲調(diao)參依據(ju),實現智(zhi)能自動(dong)化調參(can)。不同的(de)油井生(sheng)産使用(yong)不同的(de)控制方(fang)式。例如(ru)采用泵(beng)出口流(liu)量作爲(wei)依據,流(liu)量低于(yu)設定限(xian)值，自動(dong)降低頻(pin)率以恢(hui)複液量(liang);流量超(chao)過限值(zhi)，自動提(ti)頻增🌈加(jia)液量。也(ye)可采用(yong)泵人口(kou)壓力設(she)置限值(zhi)♈,人口壓(ya)力低于(yu)限值時(shi)自動降(jiang)頻,壓力(li)恢複自(zi)動升頻(pin),來尋求(qiu)更合适(shi)的生産(chan)頻率。
2.4實(shi)際案列(lie)
　　在某氣(qi)田采用(yong)此種方(fang)式計量(liang)泵的出(chu)口流量(liang),通過數(shu)據測算(suan)泵出口(kou)瞬時流(liu)量116m3/d。該井(jing)爲同井(jing)采注氣(qi)井,也就(jiu)是液體(ti)不💋出井(jing)口，直接(jie)進行回(hui)注,地面(mian)無法進(jin)⭐行計量(liang)。但是在(zai)生産初(chu)期,需要(yao)排放一(yi)段時間(jian)井内的(de)雜質,然(ran)♈後才開(kai)始回注(zhu),地面配(pei)有标準(zhun)🙇🏻流量計(ji)(此時計(ji)量111m3/d)。考慮(lü)🔆到地層(ceng)的吸收(shou)因素,精(jing)度<4.5%,滿足(zu)現場使(shi)🔞用需求(qiu)。
 
3結論
(1)在(zai)使用數(shu)據拟合(he)時，可在(zai)多測數(shu)據點，以(yi)提高數(shu)據📞拟合(he)精度。
(2)在(zai)使用變(bian)頻時,可(ke)考慮出(chu)廠進行(hang)變頻試(shi)驗,在每(mei)個📞頻🐅率(lü)點🈲下🌐進(jin)行數據(ju)采集,數(shu)據拟合(he)成多條(tiao)變頻曲(qu)線,在設(she)計算法(fa)時直接(jie)引用曲(qu)線數據(ju),數據精(jing)度會大(da)幅提高(gao)。
(3)如果有(you)遠程傳(chuan)輸的需(xu)求,可在(zai)控制櫃(gui)上增加(jia)RTU(Re-moteTerminalUnit)通信模(mo)💞塊,實現(xian)數據的(de)遠程監(jian)控,爲自(zi)動化控(kong)制提供(gong)數據支(zhi)💁撐。

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