摘要:潛油(yóu)電泵井下(xia)流量計
量(liang)對于電泵(beng)系統的運(yùn)行重要,可(kě)以清楚地(di)反映電泵(beng)的👄運行狀(zhuang)态和油藏(cang)狀态,但目(mu)前尚無計(jì)量潛油電(diàn)泵井下流(liú)量的裝置(zhi)。通過采集(jí)相關數據(ju),結合泵的(de)性能曲線(xiàn),拟合出泵(bèng)的揚程排(pai)量曲線,進(jìn)而通過壓(ya)力就可💯得(dé)出瞬時排(pai)量,再通💋過(guò)積分的方(fāng)式實現🐆瞬(shun)時流量的(de)計量。
0引言(yán)
井下流量(liàng)的計量是(shi)電泵一項(xiàng)工作，目前(qian)基本上是(shì)通過對油(yóu)管排出液(yè)進行計量(liàng),進而得到(dào)電泵的排(pai)☔量。如果出(chū)液不正常(chang)🐇,就隻能通(tōng)過經驗來(lai)判斷,可能(neng)存在不确(què)定性。如果(guǒ)井内的液(yè)體回注到(dào)套管而未(wei)回到地面(miàn),就不知道(dào)電泵的具(jù)體出液量(liang),那麽就無(wu)法知道電(diàn)泵的運行(háng)狀态。出液(ye)量的計👄量(liang)有利于分(fèn)析電泵的(de)運行狀态(tài),可根據出(chu)液量進行(hang)調節生産(chan)制度,保障(zhàng)電泵的長(zhǎng)期運行，延(yán)長檢泵周(zhōu)期,在異常(chang)狀态下容(rong)易明确是(shì)⛱️泵的故障(zhàng)還是其他(ta)故障(如油(you)管漏失管(guǎn)線堵塞等(deng))。爲此,根據(jù)🌈泵的性能(néng)曲線及現(xian)有的技術(shù)手段,拟合(he)排量壓力(lì)曲線、給出(chū)拟合方程(cheng)📱,可以根據(jù)方程求解(jiě)泵的🤟瞬時(shí)排量、計量(liang)泵的井下(xia)流量。
1電泵(bèng)模型
正常(cháng)電泵管柱(zhu)上，在潛油(yóu)電機的尾(wěi)部加裝一(yī)台井下傳(chuan)感🍉器,傳感(gan)器尾部加(jiā)裝扶正器(qi),從傳感器(qi)頭部引出(chu)一根🈲1/4"不鏽(xiu)鋼管(圖1)。在(zai)離心泵出(chū)口上安裝(zhuang)引壓接頭(tóu),接頭上方(fāng)連接油管(guan)至井口。1/4"不(bú)鏽鋼管與(yu)引壓💋接頭(tou)相連🌏,将泵(bèng)出口的壓(ya)力傳到井(jing)下傳感器(qì)。鋼管🔆上、下(xià)均要做好(hao)密封,密封(fēng)💞壓力大于(yu)40MPa。通㊙️過井下(xià)通信模塊(kuài),将傳感器(qi)采集的壓(yā)力、溫度、振(zhèn)動、流量等(deng)⭐參數信号(hào)通過電機(ji)尾⚽部星點(diǎn)🚶,電磁線、動(dong)力電纜傳(chuán)至地面,然(rán)後通過地(dì)面解☔調模(mo)塊讀出參(cān)數數據,進(jin)而進♊行數(shù)據操🌈作與(yu)分析。
2算例(li)分析
2.1泵性(xìng)能曲線
潛(qian)油電泵機(ji)組都遵循(xún)GB/T16750--2015《潛油電泵(bèng)機組》,出庫(kù)的時候都(dou)會進行🔞泵(beng)性能測試(shì)，繪制泵性(xìng)能曲線,也(yě)就是泵揚(yang)程、排量、泵(bèng)效、軸功率(lü)曲線”。要求(qiú)至少采集(jí)13個點,即在(zai)不同⚽排量(liàng)下的壓力(li)、泵效、功率(lǜ)數據,來給(gei)定泵的有(you)效高效區(qū)間,用以指(zhi)導.用戶生(sheng)産。圖2爲50Hz工(gōng)頻運行的(de)數據曲線(xiàn),給定的高(gāo)效區爲40~150m3/d。
根(gen)據采液要(yao)求，目前很(hen)多油井采(cǎi)用變頻的(de)方式控制(zhì)地🍓産,因此(ci)對變頻數(shu)據的采集(ji)、提高變頻(pin)數據精度(du)具有實☀️際(jì)意🤞義。
2.2曲線(xiàn)的拟合
泵(bèng)性能曲線(xiàn)，即是測出(chu)不同排量(liang)下的揚程(cheng)、電流、軸功(gong)率等數據(jù),用以判定(dìng)電泵是否(fou)符合GB/T16750--2015《潛油(you)電泵機組(zǔ)》的要求。由(yóu)于泵性📐能(neng)曲線是在(zai)地面完成(chéng)的，測出的(de)試驗數據(ju)實際就是(shi)泵出口在(zài)不同排量(liang)下的壓♋力(lì)數據。如果(guo)在油井井(jǐng)下端測出(chu)泵出口壓(ya)力、吸人✔️口(kou)壓力,就可(ke)以近似得(de)出在一定(dìng)壓力🚶下的(de)排量數據(ju),實驗井50Hz工(gōng)頻的排量(liàng)壓力曲線(xiàn)如圖3所示(shi)。
2.2.1工頻實驗(yan)數據拟合(hé)
用采集的(de)13點數據,取(qǔ)揚程、排量(liàng)數據,根據(jù)其線性特(te)征👌,用WPS.ffice或Matlab拟(nǐ)合成一個(ge)二項式,使(shi)其更接近(jìn)真實的數(shu)據。拟合的(de)公式如下(xià):.
y=8x12-16x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
用測得的(de)泵出口壓(yā)力值與吸(xi)人口壓力(li)的差值,帶(dài)人公式,即(ji)可得到相(xiàng)應的泵出(chu)口排量值(zhi)。
2.2.2變頻實驗(yàn)數據拟合(he)
依據變頻(pin)排量公式(shì)p:
y1=(ƒ/50)xy
式中
x一工(gōng)頻揚程,MPa.
X1一(yi)變頻揚程(chéng),MPa
ƒ一設定頻(pín)率,Hz
y一工頻(pin)排量,m2/d
Y1一變(bian)頻排量,m2/d
在(zai)給定ƒ下,測(ce)得泵出口(kǒu)壓力與吸(xi)人口的壓(yā)力差值x0(此(ci)時油管摩(mo)阻忽略不(bú)計)，将x0帶入(rù)，計算得到(dao)此時的排(pái)量值y0(y0可🈲理(lǐ)解爲工頻(pín)下的排量(liàng)),再通過變(biàn)頻公式計(jì)算得出此(ci)時💃🏻瞬時排(pai)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(gèng)關心的是(shì)一天的産(chan)量,瞬時産(chan)量隻是作(zuo)爲一個參(can)考。如果要(yao)計算累計(jì)流量,直接(jiē)對變頻公(gong)式進行積(jī)分即可🈚:
其(qi)中a、b爲時間(jian)段,可結合(he)采油廠設(she)置時間段(duan)設置起始(shǐ)🔴點。
2.3控制系(xi)統
(1)主線路(lù)由斷路器(qi)、快熔、電抗(kàng)器等組成(chéng)，經由變頻(pín)器、正弦濾(lǜ)🥰波❄️器、升壓(yā)變壓器作(zuo)用于井下(xià)電機。輔助(zhu)回❗路包括(kuo)加🐕熱器與(yu)櫃風機控(kòng)制,工控機(ji)的供電及(ji)照明燈的(de)開啓。
(2)諧波(bō)控制。功率(lǜ)開關器件(jiàn)的導通瞬(shùn)間會産生(sheng)諧波電流(liú)。當開關器(qi)件以很高(gāo)的頻率通(tong)斷時,将會(hui)産生📞脈沖(chòng)電流,電機(ji)繞組絕緣(yuán)🏒将反複承(cheng)受峰值很(hen)高的💃🏻脈沖(chong)電流，如此(ci)長期下去(qù)将會📱加劇(jù)絕🚶緣老化(hua)過程。輸出(chū)諧波對電(dian)機的影響(xiǎng)主要有:引(yǐn)起電機附(fù)加發熱,導(dao)緻電機的(de)額外溫升(sheng)升高,由于(yu)輸出波形(xíng)失真,增加(jiā)了電機的(de)重複峰值(zhi)電壓,影響(xiang)電機和電(diàn)纜絕緣,諧(xié)波還會引(yǐn)起電機轉(zhuǎn)☔矩脈動,使(shi)噪聲增加(jia)。諧波電流(liú)流過電機(jī)定子🔞轉子(zi)繞組時産(chan)生的附加(jiā)損耗🈚,該損(sǔn)耗将🐇導緻(zhì)電機溫升(shēng)增加，同時(shí)将使得電(diàn)機效率下(xià)降。爲了抑(yì)制變頻器(qì)輸人、輸出(chu)側諧波對(duì)電網㊙️和電(diàn)機的影響(xiǎng)，延長機組(zǔ)的使用壽(shòu)命，在變頻(pin)器的設計(jì)👌選型方面(mian)，設置輸人(ren)濾波器,将(jiang)變頻器輸(shū)出的PWM(PulseWidthModulation,脈沖(chong)寬度調制(zhi))波形轉變(bian)成驅動電(diàn)動🍉機的理(lǐ)想波形一(yi)正弦波。這(zhè)樣電纜上(shang)傳輸的是(shi)正弦波,與(yu)傳統的電(diàn)動機工作(zuo)方式一樣(yang),無論電纜(lǎn)多長都不(bu)會産生過(guo)✨沖電壓。
(3)寬(kuān)頻變壓器(qi)。變壓器位(wei)于變頻器(qì)輸出端,用(yòng)于提升電(dian)壓給井下(xia)🌈電泵供電(dian),需要配套(tao)寬頻變壓(yā)器。如果配(pèi)套普通的(de)電力變💞壓(yā)器✊,其頻率(lü)變化範圍(wéi)爲50Hz±10%，超出頻(pin)率運行的(de)情況下會(huì)🐉出現磁飽(bǎo)和，導緻變(bian)壓器出現(xiàn)過熱、提💯前(qian)老化。寬頻(pin)變壓器設(she)計的磁密(mi)度小,頻率(lǜ)适應範圍(wéi)爲30~70Hz,與潛油(yóu)電泵生産(chǎn)運行的頻(pin)率範圍(30~60Hz)一(yi)緻,更貼合(he)變頻情況(kuang)下的生産(chǎn)需要。
(4)控制(zhì)系統。數據(jù)的采集通(tōng)過井下傳(chuán)感器将井(jǐng)下數據,如(ru)泵人口壓(yā)力、出口壓(yā)力、電機溫(wen)度、X方向振(zhèn)動、Z方✨向振(zhèn)動、洩漏電(diàn)流等🍉,通過(guo)地面調制(zhi)解調裝置(zhi)剝離出來(lái),與地面傳(chuan)感器将采(cai)集到的油(you)壓、套壓、井(jing)口溫度、流(liu)量等數據(jù)一起以信(xìn)息幀🔞格式(shì)發送給上(shang)位機。同理(lǐ),進線出線(xiàn)電力表與(yu)地面流量(liàng)計及閥廣(guang)]的數⛷️據發(fā)送給上位(wei)機，上位機(jī)通過🥵對寄(ji)存器的讀(dú)取與修改(gǎi)實現♈對氣(qì)體流量液(yè)體流量、閥(fá)門溫度、閥(fá)門開度等(deng)參數的顯(xian)示與🔱控制(zhì)。上位機作(zuo)爲控制系(xì)統的核心(xīn)，以Modbus--RTU通信協(xie)議與井下(xia)傳感器控(kòng)制器、進線(xiàn)與出線電(diàn)力儀表、地(di)面流量計(ji)與閥廣]進(jin)行數據交(jiao)換,以🏒Profinet通信(xìn)協議與1200CPU進(jin)行數據交(jiāo)換🤟。1200CPU通過Modbus--RTU通(tōng)信與變頻(pín)器進⚽行數(shu)據交換，通(tong)過變頻器(qi)的狀🛀🏻态字(zi)獲取當前(qian)電機的運(yùn)行頻率、出(chu)線電流電(dian)壓等,通過(guo)更改控制(zhi)字實現電(dian)機頻率的(de)給定,控制(zhi)電機正反(fan)轉,激活擺(bǎi)頻功能等(deng)。
(5)智能調參(cān)。以采集的(de)數據作爲(wei)調參依據(jù),實現智能(neng)🚩自動化♋調(diào)參。不同的(de)油井生産(chan)使用不同(tóng)的控制方(fang)式。例如采(cǎi)🔞用泵出口(kou)流量作爲(wei)依據,流量(liang)低于設定(dìng)♍限值，自動(dòng)降低頻率(lü)以恢複液(yè)量;流量超(chāo)過限值，自(zi)動提頻增(zeng)加液量。也(ye)可采用泵(beng)人口壓力(li)設置限值(zhí),人口壓力(li)低于限值(zhi)時自💋動降(jiang)頻,壓力💰恢(hui)複自動升(sheng)🌈頻,來尋求(qiu)更❄️合适的(de)生産頻率(lǜ)。
2.4實際案列(liè)
在某氣田(tian)采用此種(zhong)方式計量(liang)泵的出口(kǒu)流量,通過(guo)數據測算(suàn)泵👨❤️👨出口瞬(shun)時流量116m3/d。該(gāi)井爲同井(jǐng)采注氣井(jǐng),也就是液(ye)🧡體不🚩出井(jǐng)口，直接進(jin)行回注,地(di)面無法進(jìn)行計量。但(dàn)是在👌生産(chǎn)初🔞期,需要(yao)排放一⛹🏻♀️段(duàn)時間井内(nèi)的雜質,然(ran)後才開始(shǐ)回注,地面(mian)配有标準(zhun)流量計(此(cǐ)👅時計量111m3/d)。考(kao)慮到地層(ceng)的吸收因(yīn)素,精度<4.5%,滿(man)足現場使(shi)用需求。
3結(jié)論
(1)在使用(yòng)數據拟合(he)時，可在多(duo)測數據點(dian)，以提高數(shu)據拟🌈合🐅精(jing)度。
(2)在使用(yong)變頻時,可(kě)考慮出廠(chǎng)進行變頻(pín)試驗,在每(měi)個頻🚩率點(diǎn)下⚽進行數(shù)據采集,數(shù)據拟合成(cheng)多條變頻(pin)曲線,在🌂設(she)計算法時(shí)直✊接引用(yong)曲線數據(jù),數據精度(du)會大幅提(tí)高。
(3)如果有(yǒu)遠程傳輸(shū)的需求,可(ke)在控制櫃(gui)上增加RTU(Re-moteTerminalUnit)通(tong)信模塊,實(shí)現數據的(de)遠程監控(kong),爲自動化(huà)控制提供(gòng)數據支撐(cheng)。
本文來源(yuán)于網絡,如(rú)有侵權聯(lian)系即删除(chú)！
