摘(zhai)要:潛油(yóu)電泵井(jing)下流量(liàng)計 量對(duì)于電泵(bèng)系統的(de)運行重(zhòng)要,可以(yi)清楚地(dì)反映電(dian)泵的運(yùn)行狀态(tai)和油藏(cang)狀态,但(dan)目前尚(shàng)無計量(liang)潛油電(dian)泵🥵井下(xià)流量的(de)裝置。通(tōng)過采集(ji)相關數(shu)據,結合(hé)泵的性(xìng)能曲線(xiàn),拟合出(chū)泵的揚(yang)程排量(liàng)曲線,進(jin)而通過(guo)壓力就(jiù)可得出(chu)瞬時排(pai)量,再通(tōng)過積分(fen)的🏃‍♀️方式(shì)實現瞬(shun)時流量(liàng)的計量(liàng)。
0引言
　　井(jǐng)下流量(liang)的計量(liàng)是電泵(bèng)一項工(gōng)作，目前(qian)基本上(shàng)是通過(guò)👈對油管(guǎn)排出液(yè)進行計(ji)量,進而(ér)得到電(diàn)泵的排(pai)量。如果(guo)出液不(bu)✔️正常,就(jiu)隻能通(tōng)過經驗(yàn)來判斷(duàn),可能存(cún)在不确(què)定性。如(ru)果井内(nei)的液體(tǐ)回注到(dào)套管而(er)未回到(dào)地面,就(jiu)不知道(dào)電泵的(de)具體出(chu)液量🛀🏻,那(na)麽就無(wu)☂️法知道(dào)電泵的(de)運行狀(zhuàng)态。出液(yè)量的計(ji)量有利(li)于分析(xi)電泵的(de)運行狀(zhuang)态,可根(gen)據出液(yè)量進行(hang)調節生(shēng)産制度(dù),保障電(dian)泵的長(zhang)期運行(háng)，延長檢(jiǎn)泵周期(qī),在異常(cháng)狀态下(xià)容易明(ming)确是🔅泵(bèng)的故障(zhang)還是其(qi)他💃🏻故障(zhang)(如油管(guan)漏失管(guan)線堵塞(sāi)等)。爲此(cǐ),根據🚶泵(bèng)的性能(néng)曲線及(ji)現🔅有的(de)技術手(shou)段,拟合(he)排量壓(ya)力曲線(xian)、給出㊙️拟(ni)合方程(cheng)😄,可以根(gen)據方🚶程(chéng)求解泵(bèng)的瞬🏃🏻‍♂️時(shi)排量、計(ji)量泵的(de)井下💋流(liú)量🐪。
1電泵(beng)模型
　　正(zheng)常電泵(beng)管柱上(shang)，在潛油(yóu)電機的(de)尾部加(jiā)裝一台(tái)井下傳(chuan)感器,傳(chuán)🐉感器尾(wěi)部加裝(zhuang)扶正器(qì),從傳感(gan)器頭部(bù)引出一(yi)根1/4"不鏽(xiù)鋼管(圖(tu)1)。在離心(xīn)泵出口(kǒu)上安裝(zhuang)引壓接(jie)頭,接頭(tou)上方連(lián)接油管(guǎn)至井口(kǒu)。1/4"不鏽鋼(gang)管與引(yǐn)壓接頭(tóu)相連,将(jiāng)泵出口(kǒu)的壓力(li)傳🐉到井(jǐng)下傳感(gǎn)器。鋼管(guǎn)上、下均(jun)要做好(hao)密封,密(mi)封壓力(lì)大于40MPa。通(tōng)過井下(xià)通信模(mo)塊,将傳(chuán)感器采(cai)集的壓(ya)力、溫🐅度(dù)、振動、流(liú)量等參(can)數信号(hào)通過電(diàn)機尾部(bù)星點,電(diàn)磁線、動(dòng)力電纜(lǎn)傳至地(dì)面,然後(hou)通過地(di)面解調(diao)模塊讀(dú)出參數(shù)數據,進(jìn)而進行(hang)數據操(cao)作與分(fen)析。
 
2算例(li)分析
2.1泵(beng)性能曲(qu)線
　　潛油(yóu)電泵機(jī)組都遵(zun)循GB/T16750--2015《潛油(yóu)電泵機(ji)組》,出庫(kù)的時候(hòu)都🏃會進(jin)😍行泵🔅性(xìng)能測試(shì)，繪制泵(bèng)性能曲(qu)線,也就(jiù)是泵👅揚(yang)程、排量(liàng)、泵效、軸(zhóu)功率曲(qu)線”。要求(qiu)至少采(cǎi)集13個點(dian),即在不(bú)同排量(liang)下🔴的壓(yā)力、泵效(xiào)、功率數(shù)據,來給(gei)定泵的(de)有效高(gāo)效區間(jian),用以指(zhi)導.用戶(hù)👣生産。圖(tu)2爲⛷️50Hz工頻(pín)運行的(de)數據曲(qu)線,給定(dìng)的高效(xiao)區爲40~150m3/d。
 
　　根(gēn)據采液(yè)要求，目(mu)前很多(duō)油井采(cai)用變頻(pin)的方式(shì)控制地(di)産,因此(ci)對變頻(pin)數據的(de)采集、提(ti)高變頻(pín)數據精(jīng)🍓度具有(you)實際意(yì)⭐義。
2.2曲線(xiàn)的拟合(hé)
　　泵性能(néng)曲線，即(jí)是測出(chu)不同排(pai)量下的(de)揚程、電(dian)流、軸功(gōng)率等📧數(shù)👣據,用以(yi)判定電(diàn)泵是否(fǒu)符合GB/T16750--2015《潛(qian)油電泵(beng)機組》的(de)要求。由(yóu)于泵性(xìng)能曲線(xian)是在地(dì)面完成(chéng)的，測出(chu)的試驗(yàn)數據實(shí)際就是(shì)泵出口(kou)在不同(tóng)🔞排量下(xia)的壓力(lì)數據。如(ru)果在油(you)井⭐井下(xia)端測出(chu)泵出口(kǒu)壓力、吸(xi)人口壓(yā)力,就可(kě)以近似(si)得出在(zài)一定壓(ya)力下的(de)排量數(shu)據,實驗(yan)井50Hz工🎯頻(pín)的排量(liàng)壓力曲(qǔ)線如圖(tú)3所示。
 
2.2.1工(gōng)頻實驗(yan)數據拟(nǐ)合
　　用采(cai)集的13點(dian)數據,取(qu)揚程、排(pai)量數據(jù),根據其(qi)線性特(tè)征,用WPS.ffice或(huò)Matlab拟合成(cheng)一個二(èr)項式,使(shǐ)其更接(jie)近真實(shi)的數據(jù)。拟合的(de)公式如(rú)下:.
y=8x12-15x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用測(ce)得的泵(bèng)出口壓(yā)力值與(yu)吸人口(kǒu)壓力的(de)差值,帶(dài)人公式(shi),即可🐅得(dé)到相應(yīng)的泵出(chū)口排量(liang)值。
2.2.2變頻(pin)實驗數(shu)據拟合(he)
依據變(bian)頻排量(liàng)公式p:
y1=(ƒ/50)xy
式(shì)中
x一工(gong)頻揚程(cheng),MPa.
X1一變頻(pín)揚程,MPa
ƒ一(yī)設定頻(pín)率,Hz
y一工(gōng)頻排量(liàng),m2/d
Y1一變頻(pin)排量,m2/d
　　在(zài)給定ƒ下(xia),測得泵(beng)出口壓(yā)力與吸(xī)人口的(de)壓力差(chà)值💘x0(此時(shí)油💃🏻管摩(mó)🤟阻忽略(lue)不計)，将(jiāng)x0帶入，計(ji)算得到(dao)此時的(de)排量值(zhí)y0(y0可理解(jiě)🛀爲工頻(pín)下的排(pái)量),再通(tong)過變頻(pín)公式計(jì)算得出(chu)此時瞬(shun)時排😄量(liàng)Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x12-15x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實際上(shang),采油廠(chang)更關心(xin)的是一(yi)天的産(chan)量,瞬時(shí)産量隻(zhi)是作爲(wèi)一個參(cān)考。如果(guo)要計算(suàn)累計流(liú)量,直接(jie)對變頻(pin)公式㊙️進(jìn)行積分(fen)即可:
 
其(qi)中a、b爲時(shi)間段,可(kě)結合采(cai)油廠設(shè)置時間(jian)段設置(zhi)起始點(diǎn)♍。
2.3控制系(xi)統
(1)主線(xiàn)路由斷(duan)路器、快(kuài)熔、電抗(kang)器等組(zǔ)成，經由(yóu)變頻器(qi)🔞、正弦濾(lǜ)波器、升(shēng)壓變壓(yā)器作用(yòng)于井下(xià)電機。輔(fǔ)助回路(lu)包括加(jia)熱器與(yǔ)櫃風機(ji)♋控制,工(gōng)控機的(de)供電及(jí)照明燈(dēng)的開啓(qǐ)。
(2)諧波控(kòng)制。功率(lü)開關器(qì)件的導(dao)通瞬間(jian)會産生(shēng)諧波電(diàn)💃🏻流。當開(kai)關器件(jian)以很高(gao)的頻率(lü)通斷時(shí),将會産(chǎn)生脈沖(chong)電流,電(dian)機繞組(zǔ)絕緣将(jiang)反複承(chéng)受峰值(zhi)很高的(de)脈沖電(dian)流，如此(cǐ)長期下(xia)☂️去将會(hui)✏️加劇絕(jue)緣老化(hua)過程💞。輸(shu)出諧波(bō)對電機(jī)的影響(xiǎng)主要🚩有(you):引起電(diàn)機附加(jia)發⛷️熱,導(dao)緻電機(ji)的額外(wai)溫升升(shēng)高,由于(yú)輸出波(bo)形失真(zhen),增加了(le)電機的(de)重複峰(feng)值電壓(yā),影響電(dian)機和電(diàn)纜絕緣(yuan),諧波還(hái)會引起(qi)電機轉(zhuan)矩脈動(dong),使噪聲(shēng)增加。諧(xié)波電流(liu)流過電(diàn)機定子(zǐ)轉子繞(rào)組時産(chan)生✔️的附(fù)加損耗(hao),該損耗(hào)将導緻(zhì)電機溫(wen)升增加(jia)，同時将(jiang)使得電(dian)機效率(lǜ)下降。爲(wèi)了抑制(zhì)變頻器(qì)🍉輸人、輸(shu)出側諧(xié)波對電(dian)網和電(diàn)機的影(yǐng)響，延長(zhang)機組的(de)🌈使用壽(shou)命，在變(biàn)頻器的(de)設計🌏選(xuan)型方面(miàn)，設置輸(shū)人濾波(bo)器,将變(biàn)頻器輸(shū)出的👨‍❤️‍👨PWM(PulseWidthModulation,脈(mò)沖寬度(dù)調制)波(bo)形轉變(biàn)成驅動(dòng)電動機(jī)的理想(xiǎng)波形一(yi)正弦波(bō)。這樣電(diàn)纜上傳(chuán)輸的是(shi)正弦波(bo),與傳統(tong)㊙️的電動(dong)機工作(zuò)方式⭐一(yī)樣,無論(lun)電纜多(duō)長都不(bu)會産♋生(sheng)過沖電(diàn)壓。
(3)寬頻(pín)變壓器(qi)。變壓器(qi)位于變(biàn)頻器輸(shū)出端,用(yòng)于提升(sheng)電壓給(gěi)井下🌏電(dian)泵供電(diàn),需要配(pei)套寬頻(pin)變壓器(qi)。如果配(pei)套普通(tong)的電🤞力(lì)變壓器(qì),其頻率(lü)變化範(fàn)圍爲50Hz±10%，超(chāo)出頻率(lü)運行的(de)情況下(xia)會出現(xiàn)磁飽和(he)，導緻變(bian)壓器出(chu)現過熱(re)、提前老(lǎo)化。寬頻(pin)變壓器(qi)設計的(de)磁🤩密度(du)小,頻率(lǜ)适應範(fàn)圍爲30~70Hz,與(yǔ)潛油電(dian)泵生産(chǎn)運行的(de)頻率範(fàn)圍(30~60Hz)一緻(zhì),更貼合(hé)變頻情(qing)況下的(de)生産需(xu)要。
(4)控制(zhi)系統。數(shu)據的采(cǎi)集通過(guo)井下傳(chuán)感器将(jiāng)井下數(shu)據,如泵(beng)人口壓(ya)力、出口(kou)壓力、電(dian)機溫度(du)、X方向振(zhen)動、Z方向(xiang)振動、洩(xiè)漏電流(liu)等,通過(guò)地面調(diao)制解調(diào)裝置剝(bāo)離出來(lai),與地面(mian)傳❤️感器(qì)将采集(ji)到的油(yóu)壓、套壓(yā)、井口溫(wen)💜度、流量(liang)等數據(ju)一起以(yi)信息幀(zhen)格式發(fa)送給上(shàng)位機。同(tong)理,進線(xian)出線電(dian)力表與(yǔ)💘地面流(liu)量計及(ji)閥廣]的(de)數據發(fā)送給上(shang)位機，上(shang)位機通(tōng)過對寄(jì)存器的(de)讀💋取與(yǔ)修改實(shí)現對氣(qì)體流量(liang)液體流(liu)量、閥門(men)溫度、閥(fa)門開度(dù)等參數(shù)的顯示(shi)與控制(zhì)。上位機(jī)作爲控(kong)制系統(tǒng)的核心(xin)，以Modbus--RTU通信(xin)協議與(yǔ)井下傳(chuán)感器控(kòng)制器、進(jin)線與出(chū)線電力(lì)儀表、地(di)面流量(liàng)計與閥(fá)廣]進行(hang)數據交(jiāo)換,以💯Profinet通(tong)信協議(yi)與🌏1200CPU進行(háng)數據交(jiāo)換。1200CPU通過(guo)Modbus--RTU通信與(yu)變頻器(qi)進行數(shù)據交換(huan)，通過變(bian)頻器的(de)狀态🙇🏻字(zì)獲取當(dāng)前電機(ji)的運行(háng)頻😄率、出(chū)線電流(liú)電壓等(deng),通過更(geng)☀️改控制(zhi)字實現(xiàn)電機頻(pin)率的給(gei)定,控制(zhì)電機正(zheng)反轉,激(jī)活擺頻(pin)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼功能等(děng)。
(5)智能調(diao)參。以采(cai)集的數(shu)據作爲(wèi)調參依(yī)據,實現(xiàn)智能自(zì)動化🈲調(diao)參。不同(tong)的油井(jing)生産使(shǐ)用不同(tóng)的控制(zhi)方式。例(lì)如采用(yòng)泵出口(kǒu)流量作(zuo)爲依據(ju),流量低(di)于設定(dìng)限值，自(zi)動降低(dī)頻率以(yǐ)恢複液(ye)量;流量(liàng)超過限(xian)值，自動(dòng)提頻增(zeng)加液量(liang)。也可采(cǎi)用泵人(rén)口壓力(lì)設置限(xiàn)值✌️,人口(kou)壓力低(dī)❤️于限值(zhí)時自動(dong)降頻,壓(ya)力🔱恢複(fú)自動升(sheng)頻,來尋(xun)求更合(he)适的生(shēng)産頻率(lǜ)。
2.4實際案(an)列
　　在某(mou)氣田采(cǎi)用此種(zhong)方式計(jì)量泵的(de)出口流(liú)量,通過(guò)數據🔱測(cè)算✏️泵⛷️出(chu)口瞬時(shi)流量116m3/d。該(gāi)井爲同(tóng)井采注(zhu)氣井🏃🏻‍♂️,也(ye)就是液(ye)體不出(chu)井🌈口，直(zhi)🔴接進行(hang)回注,地(dì)面無法(fa)進行計(jì)量。但是(shì)在生産(chan)初期,需(xu)要排放(fang)一段時(shí)間井内(nèi)的雜質(zhì),然後才(cai)開始回(hui)注,地面(mian)配有标(biāo)準流量(liang)計(此✂️時(shi)計量111m3/d)。考(kǎo)慮到地(di)層的吸(xī)收因素(sù),精度<4.5%,滿(man)足現場(chǎng)使👨‍❤️‍👨用需(xu)求。
 
3結論(lun)
(1)在使用(yòng)數據拟(ni)合時，可(ke)在多測(cè)數據點(dian)，以提高(gao)數據拟(nǐ)合精度(du)。
(2)在使用(yòng)變頻時(shí),可考慮(lǜ)出廠進(jin)行變頻(pín)試驗,在(zai)每個頻(pin)率點下(xia)🌂進行數(shù)據采集(ji),數據拟(nǐ)合成多(duō)條變頻(pin)曲㊙️線,在(zai)設計算(suan)法🚶‍♀️時直(zhí)㊙️接引用(yòng)曲線數(shù)據,數據(jù)精度會(hui)大幅提(tí)高。
(3)如果(guǒ)有遠程(chéng)傳輸的(de)需求,可(ke)在控制(zhi)櫃上增(zeng)加RTU(Re-moteTerminalUnit)通信(xìn)模塊🙇‍♀️,實(shí)🌈現數據(jù)的遠程(chéng)監控,爲(wèi)自動化(huà)控制提(ti)供數據(jù)支撐。

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