摘要:潛油(yóu)電泵井下流量(liang)計 量對于電泵(bèng)系統的運行重(zhòng)要,可以清楚地(di)反映電泵的運(yùn)行狀态和油藏(cáng)狀态,但目前尚(shang)無計量潛油電(diàn)泵井下流量的(de)裝置。通🐅過采集(jí)相關數據,結合(hé)泵的性能曲線(xiàn),拟合出泵的揚(yáng)程排量曲🔅線,進(jìn)而通過壓力就(jiù)可得出瞬時排(pái)量,再通過積分(fèn)的方式實現❄️瞬(shun)時流量的計量(liang)。
0引言
　　井下流量(liang)的計量是電泵(beng)一項工作，目前(qian)基本上是通過(guò)對油💘管排出液(yè)進行計量,進而(ér)得到電泵的排(pai)量。如果出液不(bú)正常,就隻能通(tong)過經驗來判斷(duan),可能存在不确(que)定性。如果井🔴内(nèi)的液體回注到(dao)套管而未☂️回到(dao)地面,就不知道(dào)♊電泵的具體出(chū)液量㊙️,那麽就無(wú)法知道電泵的(de)運行狀态。出液(ye)量的計量有利(li)于分👌析電泵的(de)運🏃行✉️狀态,可根(gēn)據出液量進行(hang)調節🈲生産制度(du),保障👨‍❤️‍👨電泵的長(zhang)期運行，延長檢(jian)泵周期,在異常(cháng)狀态下容易明(ming)确是泵的故障(zhang)還是其🏃‍♂️他故障(zhàng)(如油管漏失管(guǎn)😘線堵塞等)。爲此(ci),根據♊泵的性能(néng)曲線及現🐅有的(de)技術手段,拟合(hé)排量壓力曲線(xiàn)、給出拟合方程(cheng),可以根據方🚶程(cheng)求解泵的瞬時(shi)排量、計量泵的(de)井下流量。
1電泵(bèng)模型
　　正常電泵(bèng)管柱上，在潛油(you)電機的尾部加(jia)裝一台井下傳(chuan)感器,傳💔感器尾(wei)部加裝扶正器(qì),從傳感器頭部(bu)🔆引出一根1/4"不鏽(xiù)鋼管(圖1)。在離心(xīn)泵出口上安裝(zhuang)引壓接頭,接頭(tóu)上方連接油管(guǎn)至井口。1/4"不鏽鋼(gang)管與引壓接頭(tou)相連,将泵出口(kou)的壓力傳到井(jǐng)下傳感器。鋼管(guan)上、下均要做好(hao)密封,密封🥵壓力(lì)大于40MPa。通過井下(xià)通信✊模塊,将傳(chuán)感器采集的壓(yā)力、溫♻️度、振動、流(liú)量等參數信号(hao)通過電機尾部(bu)星點,電磁線、動(dòng)力電纜傳至地(dì)面,然後通過地(di)面解調模塊讀(du)出參數數據,進(jin)而進行數據操(cao)作與分析。
 
2算例(li)分析
2.1泵性能曲(qu)線
　　潛油電泵機(ji)組都遵循GB/T16750--2015《潛油(yóu)電泵機組》,出庫(ku)的時候都會進(jin)行🌈泵性能測試(shi)，繪制泵性能曲(qu)線,也就是泵揚(yang)程、排量、泵效、軸(zhóu)功率曲線”。要求(qiú)至少采集13個點(diǎn),即在不同排量(liàng)下的壓力、泵效(xiao)、功率數據✊,來給(gěi)定泵的有效高(gāo)效區間,用以指(zhǐ)導.用戶生産。圖(tu)2爲50Hz工頻運行🐇的(de)數據曲線,給定(dìng)的高效區爲40~150m3/d。
 
　　根(gen)據采液要求，目(mu)前很多油井采(cǎi)用變頻的方式(shì)控制地産🐇,因此(ci)🌈對變頻數據的(de)采集、提高變頻(pín)數據精度具有(yǒu)實際意義。
2.2曲線(xiàn)的拟合
　　泵性能(neng)曲線，即是測出(chu)不同排量下的(de)揚程、電流、軸功(gong)率💋等數據,用以(yǐ)判定電泵是否(fǒu)符合GB/T16750--2015《潛油電泵(beng)機組》的要求♌。由(you)于泵性能曲線(xiàn)是在地面完成(chéng)的，測出🌐的試驗(yan)數據實際就是(shì)♈泵出口在不同(tóng)排量下的壓👌力(lì)數據。如果在油(yóu)井井下端測出(chū)泵出口壓力、吸(xī)人口壓力,就可(kě)以近似得出在(zai)一定壓力下的(de)排量數據,實驗(yan)井50Hz工✉️頻的排量(liang)壓力曲線如圖(tu)3所示。
 
2.2.1工頻實驗(yàn)數據拟合
　　用采(cai)集的13點數據,取(qu)揚程、排量數據(ju),根據其線性特(tè)✨征,用WPS.ffice或Matlab拟合成(cheng)一個二項式,使(shǐ)其更接近真實(shí)的數🏃🏻據。拟合的(de)公式如下👉:.
y=8x12-16x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用測(cè)得的泵出口壓(yā)力值與吸人口(kǒu)壓力的差值,帶(dai)🐆人公式,即可得(dé)到相應的泵出(chū)口排量值。
2.2.2變頻(pin)實驗數據拟合(hé)
依據變頻排量(liàng)公式p:
y1=(ƒ/50)xy
式中
x一工(gong)頻揚程,MPa.
X1一變頻(pín)揚程,MPa
ƒ一設定頻(pín)率,Hz
y一工頻排量(liang),m2/d
Y1一變頻排量,m2/d
　　在(zài)給定ƒ下,測得泵(bèng)出口壓力與吸(xi)人口的壓力差(cha)值x0(此💃時油管摩(mó)阻忽略不計)，将(jiāng)x0帶入，計算得到(dao)此時的排量值(zhí)y0(y0可理解爲工頻(pín)下🌂的排量),再通(tong)過變頻公式計(jì)算得出此時瞬(shun)時排量Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x12-16x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實際上(shang),采油廠更關心(xīn)的是一天的産(chǎn)量,瞬時産量✌️隻(zhi)是✨作爲一個參(can)考。如果要計算(suan)累計流量,直接(jiē)對變頻公式進(jìn)行積分即可:
 
其(qí)中a、b爲時間段,可(kě)結合采油廠設(she)置時間段設置(zhì)起始點。
2.3控制系(xi)統
(1)主線路由斷(duàn)路器、快熔、電抗(kàng)器等組成，經由(yóu)變頻器、正弦濾(lǜ)波器㊙️、升壓變壓(yā)器作用于井下(xià)電機。輔助回路(lu)包括加熱器與(yǔ)櫃風機控制,工(gong)控機的供電及(jí)照明燈的開啓(qǐ)。
(2)諧波控制。功率(lǜ)開關器件的導(dǎo)通瞬間會産生(sheng)諧波電流。當開(kāi)關器件以很高(gāo)的頻率通斷時(shí),将會産生脈沖(chong)電流,電機繞組(zu)絕緣将反複承(cheng)受峰值很高的(de)脈沖電流，如此(ci)長期下去将會(hui)加劇絕緣老化(huà)過程。輸出諧波(bo)對電機的影響(xiang)主要有:引起電(diàn)機附加發🏒熱,導(dao)緻電機🈚的額外(wai)溫升升高,由于(yú)輸出波形失真(zhēn),增加了電機的(de)重複峰值電壓(yā),影響電機和電(dian)⭐纜絕🙇🏻緣,諧波還(hái)會引起電機轉(zhuan)矩脈動,使噪聲(shēng)增加。諧波電流(liu)流過電機定子(zǐ)🆚轉子繞組時産(chan)生的♊附加損耗(hao),該損耗将導緻(zhì)電機溫升增加(jiā)，同時将使得電(diàn)機效🔞率下降。爲(wèi)了抑制變頻器(qì)輸人、輸出側諧(xie)波對電網📱和電(diàn)機的影響，延長(zhǎng)機組的使用壽(shou)命，在變頻器的(de)🐇設計選型方面(miàn)，設置輸人濾波(bo)器,将變頻器輸(shū)出的PWM(PulseWidthModulation,脈沖寬度(dù)🙇🏻調制)波形轉變(biàn)成驅動電動機(ji)👌的理想波形一(yī)正弦波。這樣電(dian)纜上傳輸的是(shì)正弦波,與傳統(tong)🐆的電動機工作(zuò)方式一樣,無論(lun)✍️電纜多長都不(bu)會産生過沖電(dian)壓。
(3)寬頻變壓器(qi)。變壓器位于變(biàn)頻器輸出端,用(yòng)于提升電壓給(gěi)井下電泵供電(dian),需要配套寬頻(pin)變壓器。如果配(pèi)套普通的電力(li)變壓器,其頻率(lü)變化範圍爲50Hz±10%，超(chao)出頻率運🏃行的(de)情況下會♋出現(xian)磁飽和，導🏃緻變(bian)壓器出現過熱(rè)、提前老化。寬頻(pin)變壓器👅設計的(de)磁密度小,頻👣率(lǜ)适應範圍爲30~70Hz,與(yǔ)潛油電泵生産(chan)運行的頻率範(fan)圍(30~60Hz)一緻,更貼合(he)變頻情況下的(de)生産需要。
(4)控制(zhi)系統。數據的采(cǎi)集通過井下傳(chuán)感器将井下數(shu)據,如泵人👉口壓(ya)力、出口壓力、電(dian)機溫度、X方向振(zhèn)動、Z方向振動、洩(xiè)漏電流等,通過(guo)地面調制解調(diao)裝置剝離出來(lai),與地面傳♍感器(qi)将采集到的油(yóu)壓、套壓、井口溫(wēn)度、流量等數據(ju)一起以信息幀(zhen)格式發送給上(shàng)位機。同理,進線(xiàn)出線電力表與(yu)地面流量計及(ji)閥廣]的數✍️據發(fā)送給上位機，上(shang)位機通過對寄(ji)存器的讀取與(yǔ)修改實現😄對氣(qi)體流量液體流(liú)量、閥門溫度、閥(fá)門開度🈲等參數(shù)的顯示與控制(zhì)。上位機作爲控(kong)制系統的核心(xin)，以Modbus--RTU通信協議與(yǔ)井下傳感器控(kòng)制器、進線與出(chū)線電力儀表、地(di)面流量計與閥(fa)廣]進行數✉️據交(jiao)換,以🌍Profinet通信協議(yì)與1200CPU進行數據交(jiāo)換🐅。1200CPU通過Modbus--RTU通信與(yu)變頻器進🔞行數(shù)據交換，通過變(bian)頻器的狀态字(zi)獲取當前電機(jī)㊙️的運行頻率、出(chu)線電流電壓等(děng),通過更🥰改控制(zhì)字實現電機頻(pín)率的給定,控制(zhì)電機正反轉,激(jī)活擺頻功能等(deng)。
(5)智能調參。以采(cai)集的數據作爲(wèi)調參依據,實現(xiàn)智能自動化㊙️調(diao)參。不同的油井(jing)生産使用不同(tóng)的控制方式。例(lì)如采🌍用泵出口(kou)流量作爲依據(jù),流量低于設定(dìng)限值，自動降低(di)頻率以恢複液(yè)量;流量🌈超過限(xiàn)值，自動提頻增(zeng)🙇🏻加液量。也可采(cǎi)用泵🚶人口壓力(li)✍️設置限值,人口(kou)壓力低于限值(zhí)時自動降頻,壓(yā)力恢複自動升(sheng)頻,來尋求更合(he)适的生産頻率(lü)。
2.4實際案列
　　在某(mou)氣田采用此種(zhong)方式計量泵的(de)出口流量,通過(guò)🈲數據測算泵✂️出(chū)口瞬時流量116m3/d。該(gai)井爲同井采注(zhù)氣井,也就是液(yè)💰體不出井口，直(zhi)接進行回注,地(di)面無法進行計(ji)量。但是在生産(chǎn)初期,需要排放(fang)一🐕段時間井内(nèi)的雜質,然後才(cai)開始回注,地面(mian)⭐配有标準流量(liàng)計(此時計量111m3/d)。考(kao)慮到地層的吸(xi)收因素,精度<4.5%,滿(mǎn)足現場使用需(xu)求。
 
3結論
(1)在使用(yong)數據拟合時，可(ke)在多測數據點(diǎn)，以提高數據拟(ni)♻️合精度💛。
(2)在使用(yong)變頻時,可考慮(lü)出廠進行變頻(pin)試驗,在每個頻(pin)率點下進行數(shù)據采集,數據拟(ni)合成多條變頻(pín)曲線,在設計算(suàn)法🔴時直接引用(yong)曲線數據,數據(jù)精度會大幅提(tí)高。
(3)如果有遠程(cheng)傳輸的需求,可(kě)在控制櫃上增(zeng)加RTU(Re-moteTerminalUnit)通信模🐪塊⛷️,實(shí)現數據的遠程(chéng)監控,爲自動化(hua)控制提供數據(jù)支撐。

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