摘(zhai)要:潛(qian)油電(dian)泵井(jing)下流(liu)量計(ji) 量對(dui)于電(dian)泵系(xi)統的(de)運行(hang)重要(yao),可以(yi)清楚(chu)地反(fan)映電(dian)泵的(de)運行(hang)狀态(tai)和油(you)藏狀(zhuang)态,但(dan)目前(qian)尚無(wu)計量(liang)潛油(you)電泵(beng)井下(xia)流量(liang)的裝(zhuang)置。通(tong)過采(cai)集相(xiang)關數(shu)據,結(jie)合泵(beng)的性(xing)能📧曲(qu)線,拟(ni)合出(chu)泵的(de)揚程(cheng)排量(liang)曲㊙️線(xian),進而(er)通過(guo)壓力(li)就可(ke)得出(chu)瞬時(shi)排量(liang),再通(tong)🙇🏻過積(ji)分的(de)方式(shi)實現(xian)🥰瞬時(shi)流量(liang)的計(ji)量。
0引(yin)言
　　井(jing)下流(liu)量的(de)計量(liang)是電(dian)泵一(yi)項工(gong)作，目(mu)前基(ji)本上(shang)是通(tong)過對(dui)♻️油管(guan)☔排出(chu)液進(jin)行計(ji)量,進(jin)而得(de)到電(dian)泵的(de)排量(liang)。如果(guo)出🚶‍♀️液(ye)不正(zheng)常,就(jiu)隻能(neng)通過(guo)經驗(yan)來判(pan)斷,可(ke)能存(cun)在不(bu)确定(ding)性。如(ru)果井(jing)内的(de)液體(ti)回注(zhu)到套(tao)管而(er)未回(hui)到地(di)面🆚,就(jiu)不知(zhi)道電(dian)泵的(de)具體(ti)出液(ye)量👈,那(na)麽就(jiu)無法(fa)知道(dao)電泵(beng)的運(yun)行狀(zhuang)态💛。出(chu)液量(liang)的計(ji)👄量有(you)利于(yu)分析(xi)電泵(beng)的運(yun)行狀(zhuang)态,可(ke)根據(ju)出液(ye)量進(jin)行調(diao)節生(sheng)産制(zhi)度,保(bao)障電(dian)泵的(de)🍓長期(qi)運行(hang)，延長(zhang)檢泵(beng)周期(qi),在異(yi)常狀(zhuang)态下(xia)容易(yi)明确(que)是泵(beng)的故(gu)障還(hai)是其(qi)他故(gu)障(如(ru)油管(guan)漏失(shi)管線(xian)堵塞(sai)等)。爲(wei)此,根(gen)據泵(beng)的性(xing)能曲(qu)線及(ji)現有(you)的技(ji)術手(shou)段,拟(ni)🏃合排(pai)量壓(ya)力曲(qu)線、給(gei)出拟(ni)合方(fang)程,可(ke)以根(gen)據方(fang)程求(qiu)解泵(beng)的瞬(shun)時排(pai)量、計(ji)量泵(beng)的井(jing)下流(liu)量。
1電(dian)泵模(mo)型
　　正(zheng)常電(dian)泵管(guan)柱上(shang)，在潛(qian)油電(dian)機的(de)尾部(bu)加裝(zhuang)一台(tai)井下(xia)傳感(gan)器,傳(chuan)感器(qi)尾部(bu)加裝(zhuang)扶正(zheng)器,從(cong)傳感(gan)器頭(tou)部😘引(yin)出一(yi)根1/4"不(bu)鏽鋼(gang)管(圖(tu)1)。在♌離(li)心泵(beng)出口(kou)上安(an)裝引(yin)壓接(jie)頭,接(jie)頭上(shang)方連(lian)接油(you)管至(zhi)井口(kou)。1/4"不鏽(xiu)鋼管(guan)與引(yin)壓接(jie)頭相(xiang)連,将(jiang)泵出(chu)口的(de)壓力(li)傳到(dao)井下(xia)傳感(gan)器。鋼(gang)管上(shang)、下均(jun)要做(zuo)好密(mi)封,密(mi)封壓(ya)力大(da)于40MPa。通(tong)過井(jing)下通(tong)信模(mo)塊,将(jiang)傳感(gan)器采(cai)集的(de)壓力(li)、溫度(du)、振動(dong)、流量(liang)等參(can)數🔆信(xin)号通(tong)過電(dian)機尾(wei)部星(xing)點,電(dian)磁線(xian)、動力(li)電纜(lan)傳至(zhi)地面(mian)👌,然後(hou)通過(guo)地面(mian)解調(diao)模塊(kuai)讀出(chu)參數(shu)♋數據(ju),進而(er)進🌈行(hang)數據(ju)操作(zuo)與分(fen)析。
 
2算(suan)例分(fen)析
2.1泵(beng)性能(neng)曲線(xian)
　　潛油(you)電泵(beng)機組(zu)都遵(zun)循GB/T16750--2015《潛(qian)油電(dian)泵機(ji)組》,出(chu)庫的(de)時候(hou)都✍️會(hui)進行(hang)泵性(xing)能測(ce)試，繪(hui)制泵(beng)性能(neng)曲線(xian),也就(jiu)是泵(beng)揚程(cheng)、排量(liang)、泵效(xiao)、軸功(gong)📞率曲(qu)線”。要(yao)求至(zhi)少采(cai)集13個(ge)點,即(ji)在不(bu)同排(pai)量下(xia)的壓(ya)力🏃‍♂️、泵(beng)效、功(gong)率數(shu)據⛱️,來(lai)給定(ding)泵的(de)有效(xiao)高效(xiao)區間(jian),用以(yi)指導(dao).用戶(hu)生産(chan)。圖2爲(wei)50Hz工頻(pin)運行(hang)的數(shu)據曲(qu)線,給(gei)定的(de)高效(xiao)區爲(wei)40~150m3/d。
 
　　根據(ju)采液(ye)要求(qiu)，目前(qian)很多(duo)油井(jing)采用(yong)變頻(pin)的方(fang)式控(kong)制🌈地(di)産,因(yin)此對(dui)變頻(pin)數據(ju)的采(cai)集、提(ti)高變(bian)頻數(shu)據精(jing)度具(ju)有實(shi)際意(yi)義。
2.2曲(qu)線的(de)拟合(he)
　　泵性(xing)能曲(qu)線，即(ji)是測(ce)出不(bu)同排(pai)量下(xia)的揚(yang)程、電(dian)流、軸(zhou)功㊙️率(lü)等數(shu)據,用(yong)以判(pan)定電(dian)泵是(shi)否符(fu)合GB/T16750--2015《潛(qian)油電(dian)泵機(ji)組》的(de)要求(qiu)。由于(yu)泵性(xing)能曲(qu)線是(shi)在地(di)面完(wan)成的(de)，測出(chu)的試(shi)驗數(shu)據實(shi)際就(jiu)是泵(beng)出口(kou)🌈在不(bu)同排(pai)量下(xia)的壓(ya)力數(shu)據。如(ru)果在(zai)油井(jing)井下(xia)端測(ce)🐅出泵(beng)出口(kou)壓力(li)、吸人(ren)🏃🏻口壓(ya)力,就(jiu)可以(yi)近似(si)得出(chu)在一(yi)定壓(ya)力下(xia)的排(pai)量數(shu)🏃🏻‍♂️據,實(shi)驗井(jing)50Hz工頻(pin)的排(pai)量壓(ya)力曲(qu)線如(ru)圖3所(suo)示。
 
2.2.1工(gong)頻實(shi)驗數(shu)據拟(ni)合
　　用(yong)采集(ji)的13點(dian)數據(ju),取揚(yang)程、排(pai)量數(shu)據,根(gen)據其(qi)線性(xing)特征(zheng),用WPS.ffice或(huo)Matlab拟合(he)成一(yi)個二(er)項式(shi),使其(qi)更接(jie)近真(zhen)實的(de)數據(ju)。拟合(he)的公(gong)式如(ru)下:.
y=8x11-26x5-4x10-7x4+9x10-5-0.0098x2+0.215x+39.504
　　用(yong)測得(de)的泵(beng)出口(kou)壓力(li)值與(yu)吸人(ren)口壓(ya)力的(de)差值(zhi),帶人(ren)公式(shi),即🙇‍♀️可(ke)得到(dao)相應(ying)的泵(beng)出口(kou)排量(liang)值。
2.2.2變(bian)頻實(shi)驗數(shu)據拟(ni)合
依(yi)據變(bian)頻排(pai)量公(gong)式p:
y1=(ƒ/50)xy
式(shi)中
x一(yi)工頻(pin)揚程(cheng),MPa.
X1一變(bian)頻揚(yang)程,MPa
ƒ一(yi)設定(ding)頻率(lü),Hz
y一工(gong)頻排(pai)量,m2/d
Y1一(yi)變頻(pin)排量(liang),m2/d
　　在給(gei)定ƒ下(xia),測得(de)泵出(chu)口壓(ya)力與(yu)吸人(ren)口的(de)壓力(li)差值(zhi)x0(此時(shi)油🔱管(guan)摩阻(zu)忽略(lue)不計(ji))，将x0帶(dai)入，計(ji)算得(de)到此(ci)時的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻排量(liang)值y0(y0可(ke)理解(jie)爲工(gong)💘頻下(xia)的排(pai)量),再(zai)通過(guo)變頻(pin)公式(shi)計算(suan)得出(chu)此時(shi)😘瞬時(shi)排量(liang)Y1.
Y1=(ƒ/750)xy0=(8x11-26x4x10-7x4+9x10-5x3-0.0098x2+0.215x+39.504)x(ƒ/50)。
　　實際(ji)上,采(cai)油廠(chang)更關(guan)心的(de)是一(yi)天的(de)産量(liang),瞬時(shi)産量(liang)隻是(shi)作❌爲(wei)一個(ge)參考(kao)。如果(guo)要計(ji)算累(lei)計流(liu)量,直(zhi)接對(dui)🈲變頻(pin)公式(shi)進行(hang)📐積分(fen)即可(ke):
 
其中(zhong)a、b爲時(shi)間段(duan),可結(jie)合采(cai)油廠(chang)設置(zhi)時間(jian)段設(she)置起(qi)始點(dian)。
2.3控制(zhi)系統(tong)
(1)主線(xian)路由(you)斷路(lu)器、快(kuai)熔、電(dian)抗器(qi)等組(zu)成，經(jing)由變(bian)頻器(qi)🔞、正弦(xian)濾波(bo)器、升(sheng)壓變(bian)壓器(qi)作用(yong)于井(jing)下電(dian)機。輔(fu)助回(hui)路包(bao)括加(jia)熱器(qi)⭐與櫃(gui)風機(ji)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼控制(zhi),工控(kong)機的(de)供電(dian)及照(zhao)明燈(deng)的開(kai)啓。
(2)諧(xie)波控(kong)制。功(gong)率開(kai)關器(qi)件的(de)導通(tong)瞬間(jian)會産(chan)生諧(xie)波👌電(dian)流。當(dang)開關(guan)器件(jian)以很(hen)高的(de)頻率(lü)通斷(duan)時,将(jiang)會産(chan)生脈(mo)沖電(dian)流,電(dian)機繞(rao)組絕(jue)緣将(jiang)反複(fu)承受(shou)峰值(zhi)很高(gao)的脈(mo)沖電(dian)流，如(ru)此長(zhang)期下(xia)去将(jiang)會加(jia)劇絕(jue)緣老(lao)化過(guo)程。輸(shu)出諧(xie)波對(dui)電機(ji)的影(ying)響主(zhu)要有(you):引起(qi)電機(ji)附加(jia)發熱(re),導緻(zhi)電機(ji)的額(e)外溫(wen)升升(sheng)高,由(you)于輸(shu)出波(bo)形失(shi)真✨,增(zeng)加了(le)電機(ji)的💔重(zhong)複峰(feng)值電(dian)壓⭕,影(ying)響電(dian)機和(he)電纜(lan)絕緣(yuan),諧波(bo)還會(hui)引起(qi)😍電機(ji)轉矩(ju)脈動(dong),使噪(zao)聲增(zeng)加。諧(xie)波電(dian)流流(liu)過電(dian)機定(ding)子☁️轉(zhuan)子繞(rao)組時(shi)産生(sheng)的附(fu)加損(sun)耗,該(gai)損耗(hao)将導(dao)緻電(dian)機溫(wen)升增(zeng)加♈，同(tong)時将(jiang)使得(de)電☂️機(ji)效率(lü)下降(jiang)。爲了(le)抑制(zhi)變頻(pin)器輸(shu)人、輸(shu)出側(ce)諧💔波(bo)對電(dian)網和(he)電機(ji)的影(ying)響，延(yan)長機(ji)組的(de)使用(yong)壽命(ming)，在變(bian)頻器(qi)的設(she)計選(xuan)型方(fang)面，設(she)置輸(shu)人濾(lü)波器(qi),将變(bian)頻器(qi)輸出(chu)的PWM(PulseWidthModulation,脈(mo)沖寬(kuan)度調(diao)制)波(bo)形轉(zhuan)變成(cheng)驅動(dong)電動(dong)機的(de)理想(xiang)波形(xing)一正(zheng)弦波(bo)。這樣(yang)電纜(lan)上傳(chuan)輸的(de)是正(zheng)弦波(bo),與傳(chuan)☀️統☂️的(de)電動(dong)機工(gong)作方(fang)式一(yi)樣,無(wu)論電(dian)纜多(duo)長都(dou)不會(hui)産生(sheng)過沖(chong)電壓(ya)。
(3)寬頻(pin)變壓(ya)器。變(bian)壓器(qi)位于(yu)變頻(pin)器輸(shu)出端(duan),用于(yu)提升(sheng)電壓(ya)給井(jing)下電(dian)泵供(gong)電,需(xu)要配(pei)套寬(kuan)頻變(bian)壓器(qi)。如果(guo)配套(tao)普通(tong)的電(dian)力變(bian)壓器(qi),其頻(pin)率變(bian)化範(fan)圍爲(wei)50Hz±10%，超出(chu)頻率(lü)運行(hang)的情(qing)況下(xia)會出(chu)現磁(ci)飽和(he)，導緻(zhi)變壓(ya)器出(chu)⭕現過(guo)熱、提(ti)前老(lao)化。寬(kuan)🤩頻變(bian)壓器(qi)👈設計(ji)的磁(ci)密度(du)小,頻(pin)✨率适(shi)應範(fan)圍爲(wei)30~70Hz,與潛(qian)油電(dian)💰泵生(sheng)産運(yun)行的(de)頻率(lü)範圍(wei)(30~60Hz)一緻(zhi),更貼(tie)合變(bian)頻情(qing)況下(xia)的生(sheng)産需(xu)要。
(4)控(kong)制系(xi)統。數(shu)據的(de)采集(ji)通過(guo)井下(xia)傳感(gan)器将(jiang)井下(xia)數據(ju),如泵(beng)人口(kou)壓力(li)、出口(kou)壓力(li)、電機(ji)溫度(du)、X方向(xiang)振動(dong)、Z方⭕向(xiang)振動(dong)、洩漏(lou)電流(liu)等,通(tong)過地(di)面調(diao)制解(jie)調裝(zhuang)置剝(bao)離出(chu)來,與(yu)地面(mian)傳感(gan)器将(jiang)采集(ji)到的(de)油壓(ya)、套壓(ya)、井口(kou)溫度(du)、流量(liang)等🏒數(shu)據一(yi)起以(yi)信息(xi)幀格(ge)式發(fa)送給(gei)上位(wei)機🌈。同(tong)理,進(jin)線出(chu)線電(dian)力表(biao)與地(di)面流(liu)量計(ji)⭐及閥(fa)廣]的(de)數據(ju)發送(song)給上(shang)🔆位機(ji)，上位(wei)機通(tong)過對(dui)寄存(cun)器的(de)讀取(qu)與修(xiu)改實(shi)現對(dui)氣體(ti)流量(liang)液體(ti)流量(liang)、閥門(men)溫度(du)、閥門(men)開☁️度(du)等參(can)數的(de)顯示(shi)與控(kong)制。上(shang)位機(ji)作爲(wei)控制(zhi)系統(tong)的核(he)心，以(yi)Modbus--RTU通信(xin)協議(yi)與井(jing)下傳(chuan)感器(qi)控制(zhi)器、進(jin)線與(yu)出線(xian)電力(li)儀表(biao)、地面(mian)流量(liang)計與(yu)閥廣(guang)]進行(hang)數據(ju)交換(huan),以⛱️Profinet通(tong)信協(xie)議與(yu)1200CPU進行(hang)數據(ju)交換(huan)。1200CPU通過(guo)Modbus--RTU通信(xin)與變(bian)頻器(qi)進行(hang)數據(ju)交換(huan)，通過(guo)變頻(pin)器的(de)狀态(tai)字獲(huo)取當(dang)前電(dian)機的(de)運行(hang)頻率(lü)、出線(xian)電流(liu)電壓(ya)等,通(tong)過更(geng)改📧控(kong)制字(zi)實現(xian)電機(ji)頻率(lü)的⛱️給(gei)定,控(kong)制電(dian)機正(zheng)反轉(zhuan),激活(huo)擺頻(pin)功⭐能(neng)等。
(5)智(zhi)能調(diao)參。以(yi)采集(ji)的數(shu)據作(zuo)爲調(diao)參依(yi)據,實(shi)現智(zhi)能自(zi)動化(hua)調參(can)。不同(tong)的油(you)井生(sheng)産使(shi)用不(bu)同的(de)控制(zhi)方式(shi)。例如(ru)采用(yong)泵⛱️出(chu)口🈲流(liu)量作(zuo)爲依(yi)據,流(liu)量低(di)于設(she)定限(xian)值，自(zi)動降(jiang)低頻(pin)率以(yi)恢複(fu)液量(liang);流量(liang)超過(guo)限值(zhi)，自動(dong)提頻(pin)增加(jia)液量(liang)。也可(ke)采用(yong)泵人(ren)口壓(ya)力設(she)置限(xian)值,人(ren)口壓(ya)力低(di)于限(xian)值時(shi)自動(dong)降頻(pin),壓力(li)恢複(fu)自動(dong)升💘頻(pin),來尋(xun)求更(geng)合🔱适(shi)的生(sheng)産頻(pin)率。
2.4實(shi)際案(an)列
　　在(zai)某氣(qi)田采(cai)用此(ci)種方(fang)式計(ji)量泵(beng)的出(chu)口流(liu)量,通(tong)過數(shu)☔據🌍測(ce)算泵(beng)出口(kou)瞬時(shi)流量(liang)116m3/d。該井(jing)爲同(tong)井采(cai)注氣(qi)井,也(ye)就是(shi)液體(ti)不出(chu)井口(kou)，直接(jie)進行(hang)回注(zhu),地面(mian)無法(fa)進行(hang)計量(liang)。但是(shi)在生(sheng)産初(chu)期,需(xu)要排(pai)放一(yi)段時(shi)間井(jing)内的(de)雜質(zhi),然✌️後(hou)才開(kai)始回(hui)注,地(di)面配(pei)有标(biao)準流(liu)量計(ji)(此時(shi)計量(liang)111m3/d)。考慮(lü)到地(di)層的(de)吸收(shou)因素(su),精度(du)<4.5%,滿足(zu)現場(chang)使🈲用(yong)需求(qiu)。
 
3結論(lun)
(1)在使(shi)用數(shu)據拟(ni)合時(shi)，可在(zai)多測(ce)數據(ju)點，以(yi)提高(gao)數據(ju)拟合(he)精度(du)。
(2)在使(shi)用變(bian)頻時(shi),可考(kao)慮出(chu)廠進(jin)行變(bian)頻試(shi)驗,在(zai)每個(ge)頻率(lü)點㊙️下(xia)進🆚行(hang)數據(ju)采集(ji),數據(ju)拟合(he)成多(duo)條變(bian)頻曲(qu)☀️線,在(zai)設計(ji)算法(fa)時直(zhi)🈲接引(yin)用曲(qu)線數(shu)據,數(shu)據精(jing)度會(hui)大幅(fu)提🈲高(gao)。
(3)如果(guo)有遠(yuan)程傳(chuan)輸的(de)需求(qiu),可在(zai)控制(zhi)櫃上(shang)增加(jia)RTU(Re-moteTerminalUnit)通信(xin)模塊(kuai)📞,實😄現(xian)數據(ju)的遠(yuan)程監(jian)控,爲(wei)自動(dong)化控(kong)制提(ti)供數(shu)據支(zhi)撐。

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