【摘要】：潛油電泵作為一種重要的石油人工舉升設(shè)備在油田的二次三次采油中發(fā)揮著不可替代的作用,尤其隨著易采原油的日益減少,油井的井況越來越復(fù)雜,這就對潛油電泵應(yīng)用的可靠性提出了更高的要求。潛油電泵作為一種無桿采油設(shè)備,其泵掛往往在1km或者更深,油井的高溫、高壓、振動等惡劣工況嚴重影響著機組的可靠與高效運轉(zhuǎn)。研究潛油電泵運行工況監(jiān)控技術(shù)對提高潛油電泵的使用壽命,不斷提高其可靠性,開發(fā)具有實用價值的潛油電泵工況監(jiān)控技術(shù)具有重要的研究意義。本文以大慶油田級項目為依托,以大慶力神泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的潛油電泵機組為研究對象,開展?jié)撚碗姳眠\行工況監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)及工程化研究。本文圍繞潛油電泵機組運行時的溫度、壓力、振動和泄露電流實時信號的精確測量、長距離傳送、地面解析技術(shù),以及潛油泵排量辨識、運行工況分析與故障預(yù)診斷等關(guān)鍵技術(shù),進行了較為系統(tǒng)的研究和現(xiàn)場試驗工作。通過對國內(nèi)外潛油電泵井下參數(shù)測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀及潛油電泵機組特殊的工作環(huán)境分析,研究基于低頻數(shù)字編碼技術(shù)進行信號傳輸方法與實現(xiàn)技術(shù)。確定了溫度、壓力、振動以及泄漏電流等潛油電泵井下狀態(tài)信號的提取與處理方法以及井下測量裝置的電源供給方法。在潛油電泵變頻驅(qū)動情況下,對變頻器產(chǎn)生的不平衡電壓和高次諧波給所監(jiān)測的井下狀態(tài)信號傳輸造成的干擾進行了測試與分,在此基礎(chǔ)上,研究了相應(yīng)的硬件及軟件數(shù)字濾波算法,提高了數(shù)據(jù)監(jiān)測的準確性。此外,潛油電泵排量是描述潛油電泵機組運行狀態(tài)的重要參數(shù),受到井下環(huán)境以及流量計自身結(jié)構(gòu)特性的限制,目前在大慶油田實現(xiàn)電泵井排量直接測量的技術(shù)還不成熟。依據(jù)井下壓力參數(shù)以及潛油電機運行電流、運行頻率,研究排量與井下壓力、電機運行電流、頻率之間的關(guān)系,基于潛油離心泵的特性曲線,采用分段線性逼近算法,實時辨識出電泵井的實際排量,對于介質(zhì)粘度較大或含氣量較大的電泵井,先對特性曲線進行校正,然后再進行排量辨識。根據(jù)課題要求和本文所研究的工程問題的需要,基于監(jiān)測數(shù)據(jù)和辨識數(shù)據(jù),結(jié)合電流曲線比對和故障特征判斷技術(shù),對潛油電泵的運行工況和故障診斷進行分析,在此基礎(chǔ)上,針對三種不同的潛油電泵優(yōu)化目標,給出了相應(yīng)的機組運行參數(shù)調(diào)節(jié)方法。現(xiàn)場試驗結(jié)果表明,上述技術(shù)對提高潛油電泵機組的運行壽命及整體效率有一定的實用價值。
【圖文】：

井下供液情況變化較大，采用變頻器可以擴大潛油電泵機組的排量范圍，避免了措施起井，整體上節(jié)省了成本。潛油電泵機組采用變頻控制的優(yōu)點在于：可以提高潛油電泵的運行效率，減少無功損耗，，提高油井供液與采出的合理平衡。國內(nèi)部分油田及國外大部分油田大量投資采用變頻技術(shù)控制潛油電泵運行。特別海上平臺，潛油電泵機組基本全部采用變頻器控制。但是目前變頻器應(yīng)用在潛油電泵上，本身并不具備自動調(diào)整運行參數(shù)(簡稱調(diào)參)的功能，運行參數(shù)調(diào)整仍局限于人工調(diào)整，只有確切掌握油井的相關(guān)資料，進行分析判斷后才能夠?qū)崿F(xiàn)，需要經(jīng)歷一定的時間周期。在變頻器的應(yīng)用上較普遍進入三個誤區(qū)。一是在井況資料掌握不夠確切的情況下，盲目采用變頻器控制，對于產(chǎn)能比較穩(wěn)定，頻率變化不大，不必要采用變頻控制的油井，造成投資浪費。二是工頻運行的潛油電泵，在后期油井產(chǎn)能發(fā)生變化時，盲目上變頻器進行升頻控制，忽略了變頻情況下機組負載變化與電機輸出功率變化關(guān)系問題。如 1.1 所示，當頻率升高到超過負載功率 N 電機輸出功率P 交點 a 時，負載功率將大于電機的輸出功率，電機將出現(xiàn)過載。大部分油田在變頻器的應(yīng)用上，都出現(xiàn)過電機過載問題，在控制認識上的局限性。

綜合以上分析可以看出，變頻器的應(yīng)用之所以沒有達到理想的應(yīng)用效果，是由于不能及時準確掌握油井參數(shù)變化以及過多的人為誤判造成的，從而說明了實現(xiàn)對潛油電泵機組運行狀態(tài)實時監(jiān)測的重要性。1.2.3 潛油電泵井下監(jiān)測裝置研究現(xiàn)狀1．國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)在潛油電泵井下監(jiān)測裝置的技術(shù)開發(fā)方面起步較晚，整體落后國外10~20 年，隨著潛油電泵等人工舉升裝備在石油開采領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，潛油電泵井下傳感器技術(shù)也逐漸引起各研究機構(gòu)的關(guān)注，主要以大慶油田力神泵業(yè)有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、航天科工三院、天津正本有限公司為代表。國內(nèi)針對潛油電泵井下傳感器技術(shù)的研究主要集中在 125℃溫度等級的基礎(chǔ)上，目前僅大慶油田力神泵業(yè)實現(xiàn)的 125℃井下傳感器的開發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)、應(yīng)用，其產(chǎn)品實物和生產(chǎn)車間如圖 1.2 和圖 1.3 所示。航天科工三院和天津正本有限公司在 2012 年完成了 125℃潛油電泵井下傳感器的開發(fā)，產(chǎn)品還尚未進入工業(yè)化生產(chǎn)和批量應(yīng)用階段。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE933.3

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本文編號：2589346