探讨螺杆泵井工况监控诊断技术与应用

探讨螺杆泵井工况监控诊断技术与应用

李海峰伊兵

海洋采油厂海四生产管理区李海峰伊兵

摘要:螺杆泵的特点是流量平稳、压力脉动小、有自吸能力、噪声低、效率高、寿命长、工作可靠；而其突出的优点是输送介质时不形成涡流、对介质的粘性不敏感，可输送高粘度介质。随着油田开采技术的发展,螺杆泵采油技术在油井举升中得到了广泛应用,并取得巨大的经济效益。螺杆泵机自动测控程度低,是致使一些螺杆泵井工况不合理,调整不及时导致系统效率偏低,管理不及时导致故障率偏高的主要原因之一。因此,采用工况诊断技术提高螺杆泵井管理水平,是实现油井稳定高产的有效手段。

关键词:螺杆泵；工况诊断；完善提高

前言

螺杆泵采油系统作为一种重要的机械采油工艺,具有占地少、投资小、能耗低、噪音低、易管理、出液平稳等优点,在油田生产中应用越来越广泛。螺杆泵是容积式转子泵,它是依靠由螺杆和衬套形成的密封腔的容积变化来吸入和排出液体的。螺杆泵按螺杆数目分为单螺杆泵、双、三和五螺杆泵。螺杆泵的特点是流量平稳、压力脉动小、有自吸能力、噪声低、效率高、寿命长、工作可靠；而其突出的优点是输送介质时不形成涡流、对介质的粘性不敏感，可输送高粘度介质。

随着油田开采技术的发展,螺杆泵采油技术在油井举升中得到了广泛应用,并取得巨大的经济效益。采油厂从开始应用螺杆泵以来，现场应用方面仍存在一些亟待解决的问题,如杆断脱、泵漏失、管柱漏失、定子溶胀、工作参数偏差等。目前无法完全了解螺杆泵井下运转情况,只能根据油井生产情况进行判断,不利于油井的管理和对螺杆泵运转的监测。国内螺杆泵井机采井自动测控程度低,是致使一些螺杆泵井工况不合理,调整不及时导致系统效率偏低,管理不及时导致故障率偏高的主要原因之一。因此,提高螺杆泵井测控水平是实现油井稳定高产的主要配套技术之一。研究螺杆泵采油工况诊断技术,对于提高螺杆泵采油的技术管理水平具有重要意义。

1螺杆泵的工作原理

主要应用的是地面驱动单螺杆泵采油系统(以下简称螺杆泵采油系统)。电控部分:包括电控箱和电缆;地面驱动部分:包括减速箱和驱动电机、井口动密封、支撑架、方卡等;井下部分:驱动杆、螺杆泵定子、转子;配套工具部分:包括专用井口、光杆、杆扶正器、管扶正器、锚定器等。它的工作原理是电动机通过三角带将动力传递给驱动装置,使驱动杆产生顺时针方向转动,驱动杆带动井下的螺杆泵中的转子在定子橡胶衬套中运动,转子运动时,吸入端形成密封腔,沿轴向向排出端移动,油液在吸入端压差的作用下进入密封腔随之上移,被从吸入端推挤到排出端,密封腔的不断形成、上移和消失,将油、砂、水等介质一同举升到地面。

2螺杆泵井诊断技术

2.1设备简介

2.1.1螺杆泵井智能监控设备集成以下技术:①变频调速;②液面自动监测传感器、套压传感器;③光杆扭矩与轴向力传感器,太阳能供电,无线测控;电流传感器、电压传感器;④RTU控制单元;⑤GSM/GPRS远程无线监控器。

2.1.2功能。通过准确的测量和有效的监控调度,实现以下功能:①避免当油井沉没度较低时抽空,造成烧泵现象的发生;②根据结蜡等原因,科学制定热洗制度,避免断杆等现象;③及时发现偏磨问题,防止管漏,延长杆管使用寿命,延长检泵周期;④优化螺杆泵井设计,合理确定工作参数;⑤减少安全隐患。

2.2技术综述。螺杆泵井智能监控设备,是光机电一体化和电子信息及通讯技术相结合的高性能螺杆泵采油控制设备,是集电气传动、变频调速、电子信息、自动控制、传感器测量、无线测量、远程通讯等技术于一身的高新技术,全面考虑井、杆、泵的综合因素,对螺杆泵井实现全天候的实时测量、实时跟踪、实时控制。

2.2.1技术原理

螺杆泵井智能监控设备准确把握螺杆泵井运行中的几个最重要监控对象,即动液面、扭矩和轴向力、电流、有功功率、套压、转速等参数,对螺杆泵井实现真正的闭环控制和准确控制,做到时时测量、时时诊断、在线调参和及时处理问题。螺杆泵井智能监控设备包含四个子系统:①数据采集系统:实现了螺杆泵井重要工况数据的时时在线检测,主要有动液面、扭矩和轴向力、电流、电功率、转速等;②跟踪系统:对时时数据进行分析计算,在线动态跟踪螺杆泵井的工作状态,快速解析出螺杆泵井的供液情况、载荷情况、抽汲情况及变化规律;③控制系统:以最佳的运行参数,通过变频调速器把螺杆泵井控制在最佳工作点,使螺杆泵采油的系统效率始终保持在最佳状态;④远程无线监控系统:GSM/GPRS通讯方式,实现无线远程测量、远程调速、远程控制,能够将油井的历史记录、运行工况等信息及时传回控制管理中心,实现无线远程防盗报警与故障报警等功能,直接将油井的异常情况以短信息的方式及时发送到管理者的手机上。

2.2.2技术特点

①可以随时监控螺杆泵井各主要参数;②动液面实时监测,测试不用声弹,全自动无人干预;③可远距离无线传输数据,参数包括:动液面、扭矩和轴向力、套压、螺杆转速、运行方式、运行电压、运行电流、运行频率、有功功率等;④具有安全软启动功能;⑤远程变频调参,转速可连续调整,可远程控制停机;⑥建立测控数据库,生成数据报表及曲线图,历史数据查询。

2.2.3实现的主要功能

通过准确的测量和有效的监控调度,实现以下功能:①通过动液面监测,避免抽空烧泵。②通过连续的电流变化曲线,科学制定热洗制度,避免断杆等现象。③通过电流曲线模块库(或扭矩曲线模块库),判断油井震动及偏磨问题,及时调整生产参数,达到最佳生产运行点,减缓杆管磨损,延长杆、管使用寿命,延长检泵周期。④通过单井的转速、电流、液面、扭矩、产液的关系曲线,确定螺杆泵井的合理工作参数。⑤通过提前预防,减少螺杆泵井负载突升现象发生,通过电流过载保护系统避免安全事故发生。⑥通过报警装置和GSM/GPRS远程通讯单元,实现24h的故障报警、防盗报警、安全报警。

2.3现场应用

在4口井使用了该技术,不仅管理方便科学,对各工况参数进行了优化,而且对各种隐患做出了有效的判断和预测,减少了检泵次数和事故的发生。

3结论

3.1螺杆泵采油工况诊断技术可以有效提高控制准确度,方便了管理。实现了时时测量、时时诊断、在线调参和及时处理问题。

3.2螺杆泵采油工况诊断技术可以对工况参数进行优化,延长了检泵周期,减少了检泵次数,创造了良好的经济效益。

参考文献

1.韩修廷,王秀玲,焦振强.螺杆泵采油原理及应用[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,

1998:169～186.

2.盖伟涛,戴瑾华.井下螺杆泵定子的失效分析及解决方法[J].石油矿场机械.2008(09)