摘要:潛油(you)電泵井下流量(liàng)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(yun)🔅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(ji)相關數據,結合(he)泵的性能曲線(xian),拟🙇🏻合出泵的揚(yang)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(liàng)。
0引言
　　井下流量(liàng)的計量是電泵(bèng)一項工作，目前(qián)基本上是通過(guò)對油✔️管🤞排出液(yè)進行計量,進而(er)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(nei)的液體回注到(dào)套管而未回到(dao)地面,就不知道(dao)電泵的具體出(chū)液量,那麽就無(wu)法知道電泵的(de)運行狀态。出液(yè)量的計量有利(lì)于分析電泵的(de)運行狀态,可根(gēn)據出液量進行(háng)調節生産制度(dù),保障電泵的長(zhǎng)期運行，延長檢(jiǎn)泵周期,在異常(cháng)🌈狀态下容易明(míng)确是泵的故障(zhàng)還是其他故障(zhàng)(如油管漏失管(guǎn)線堵塞等)。爲此(cǐ),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(xian)、給出🚩拟合方程(chéng),可以根據方程(chéng)求解泵的瞬時(shi)排量、計量泵的(de)井下流量♊。
1電泵(beng)模型
　　正常電泵(bèng)管柱上，在潛油(yóu)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(bù)㊙️引出一根1/4"不鏽(xiu)鋼管(圖1)。在離心(xin)泵出口上安裝(zhuāng)引壓接頭,接頭(tóu)上方連接油管(guǎn)至井口。1/4"不鏽鋼(gāng)管與引壓接頭(tóu)相連,将泵出口(kou)的壓力傳💋到井(jing)下傳感器。鋼管(guǎn)‼️上、下均要做好(hǎo)密封,密封壓力(li)大于40MPa。通過井下(xia)通信☂️模塊,将傳(chuán)感器采集的壓(ya)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(jìn)而進行數據操(cao)作與分析。
 
2算例(li)分析
2.1泵性能曲(qǔ)線
　　潛油電泵機(jī)組都遵循GB/T16750--2015《潛油(yóu)電泵機組》,出庫(ku)的時候都會進(jìn)行泵性能測試(shì)，繪制泵性能曲(qǔ)線,也就是泵揚(yang)程、排量、泵效、軸(zhóu)功率曲✨線”。要求(qiu)至少采集13個點(dian),即在不同排量(liang)下♍的壓力、泵效(xiào)、功💞率數據,來給(gěi)定泵的🤞有效高(gao)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(gēn)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(cǐ)㊙️對變頻數據的(de)采集、提高變頻(pin)數據精度具有(yǒu)實際意義。
2.2曲線(xian)的拟合
　　泵性能(néng)曲線，即是測出(chū)不同排量下的(de)揚程、電流、軸功(gōng)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(yóu)于💯泵性能曲🏒線(xiàn)是在地面完成(cheng)的，測出的試驗(yàn)數據實際就是(shi)泵出口在不同(tong)⭐排量下的壓力(lì)數據。如果在油(you)井井下端測出(chū)泵出口🤟壓力、吸(xī)人口壓力,就可(ke)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(liàng)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(qǔ)揚程、排量數據(jù),根據其線性特(tè)征🙇🏻,用WPS.ffice或Matlab拟💜合成(chéng)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=8x12-17x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用測(ce)得的泵出口壓(yā)力值與吸人口(kou)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(he)
依據變頻排量(liang)公式p:
y1=(ƒ/50)xy
式中
x一工(gōng)頻揚程,MPa.
X1一變頻(pín)揚程,MPa
ƒ一設定頻(pin)率,Hz
y一工頻排量(liàng),m2/d
Y1一變頻排量,m2/d
　　在(zai)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(mo)阻忽略不計)，将(jiāng)x0帶入，計算得到(dao)此時的排量值(zhi)y0(y0可理解爲工頻(pin)下的排量),再通(tong)過變頻公式計(jì)算得出此時瞬(shùn)時排量Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x12-17x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實際上(shàng),采油廠更關心(xin)的是一天的産(chǎn)量,瞬時産量隻(zhi)💛是作爲一個參(cān)考。如果要計算(suan)累計流量,直接(jie)對變頻👌公式進(jìn)行積分即可:
 
其(qi)中a、b爲時間段,可(kě)結合采油廠設(shè)置時間段設置(zhì)起始點。
2.3控制系(xì)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(lù)包括加熱器與(yu)櫃風機控制,工(gōng)控機的供電及(jí)照✍️明燈的開啓(qi)。
(2)諧波控制。功率(lǜ)開關器件的導(dao)通瞬間會産生(shēng)諧波⛷️電流。當開(kai)關器件以很高(gao)的頻率通斷時(shi),将會産生🏃🏻‍♂️脈沖(chòng)電流,電機繞組(zu)♋絕緣🙇🏻将反複承(chéng)受峰值很高的(de)脈沖電流，如此(ci)長期下去将會(huì)💁加劇絕緣老化(hua)過程。輸出諧波(bō)🐅對電機的影響(xiang)主要有:引起電(dian)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(hai)會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動,使噪聲(sheng)增加。諧波♌電流(liu)流過電機定子(zi)♉轉子繞組時産(chan)生💯的😘附加損耗(hào)🈲,該損耗将🌏導緻(zhì)電機溫升增加(jia)🐅，同時将使得電(dian)機效✨率下降。爲(wèi)了抑制變頻器(qi)輸人、輸出側諧(xie)🎯波對電網和電(dian)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(bian)成驅動電動🥰機(ji)的理想波♉形一(yi)正弦波。這📱樣電(diàn)纜上傳輸的是(shì)正弦波,與傳統(tǒng)的電動機工作(zuo)方式一樣,無論(lun)電纜多長都不(bú)會産生過沖電(dian)壓。
(3)寬頻變壓器(qì)。變壓器位于變(bian)頻器輸出端,用(yòng)于提升電壓給(gei)井下💃🏻電泵供電(diàn),需要配套寬頻(pín)變壓器。如果配(pei)套普通的電力(lì)變壓器,其頻率(lǜ)變化範圍爲50Hz±10%，超(chao)出頻率運行的(de)情🥵況下會💰出現(xiàn)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(lü)适應範圍爲30~70Hz,與(yǔ)潛油電泵生産(chǎn)運行的頻率範(fàn)圍(30~60Hz)一緻,更貼合(hé)變頻情況下的(de)生産需要。
(4)控制(zhì)系統。數據的采(cai)集通過井下傳(chuan)感器将井下數(shù)據🈲,如泵人口壓(yā)力、出口壓力、電(diàn)機溫度、X方向振(zhèn)動、Z方向振🤟動、洩(xie)漏電流等,通過(guò)地面調制解調(diào)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(zhēn)格式發送🚶給上(shàng)位機。同理,進線(xian)出線電力表與(yu)地面流量計及(jí)閥廣]的數據發(fā)送給上♌位機，上(shàng)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(fa)門開度等參數(shu)的顯示與控制(zhì)。上位機作爲控(kong)制系統的核心(xīn)，以Modbus--RTU通信協議與(yǔ)井下傳感器控(kong)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(jiao)🧡換。1200CPU通過Modbus--RTU通信與(yu)變頻器進行數(shu)據交換，通過變(biàn)頻器的狀态☂️字(zì)獲取當前電機(jī)的運行頻率、出(chu)線電流電壓等(deng),通過更改🐇控制(zhi)字實現電機頻(pín)率的給定,控制(zhi)電機正反轉,激(jī)活擺頻🛀🏻功能等(děng)。
(5)智能調參。以采(cai)集的數據作爲(wèi)調參依據,實現(xian)智能自動化調(diao)參。不同的油井(jǐng)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(dī)頻率以恢複液(yè)量;流量超過限(xiàn)值，自動提頻增(zēng)加液量。也可采(cǎi)用泵人口壓力(lì)設置限值🔞,人口(kǒu)壓力低于限值(zhí)時自動降頻,壓(yā)力恢複自動升(shēng)👉頻,來尋求更合(he)🚶适的生産頻率(lü)。
2.4實際案列
　　在某(mǒu)氣田采用此種(zhǒng)方式計量泵的(de)出口流量,通過(guo)數據測算泵出(chū)口瞬時流量116m3/d。該(gāi)井爲同井采注(zhu)氣井,也就是液(yè)體不出井❤️口，直(zhí)❤️接進行回注,地(dì)面無法進行計(ji)量。但是在生産(chan)初期,需要排放(fang)一段時間井内(nei)🍓的雜質,然📐後才(cai)開始👌回注,地面(miàn)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(man)足現場使🏃‍♂️用需(xu)求。
 
3結論
(1)在使用(yòng)數據拟合時，可(ke)在多測數據點(dian)，以提高數據拟(nǐ)合精度。
(2)在使用(yong)變頻時,可考慮(lǜ)出廠進行變頻(pín)試驗,在每個頻(pín)率🌈點下進行數(shu)據采集,數據拟(nǐ)合成多條變頻(pin)曲線,在⚽設計算(suàn)法時直🍓接引用(yòng)曲線數據,數據(ju)精度會大幅提(ti)高。
(3)如果有遠程(chéng)傳輸的需求,可(ke)在控制櫃上增(zeng)加RTU(Re-moteTerminalUnit)通信模塊,實(shi)現數據的遠程(chéng)監控,爲自動化(hua)控制提供數據(ju)支撐。

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