潜油电泵系统

潜油电泵系统（精选9篇）

潜油电泵系统 篇1

目前, 有关石油采集现场中潜油电泵的控制系统基本是由数字化集成电路所构成的, 其应用过程中出现了不少问题。因此, 有必要重新进行基于单片机的多功能控制及保护系统的开发。鉴于此, 本文就以单片机为基础的潜油电泵多功能控制及保护系统进行了设计和研究, 该设计系统实现了人机交互, 可程序化操作, 因此具有一定的实际应用价值。

1 潜油电泵及其构成分析

潜油电泵多工作于矿井下, 其为一种多级的离心泵, 借助于变压器、潜油电缆以及控制屏等实现了地面电源到井下潜油电机之间电能的输送, 随着电能的输送, 电机可带动多级离心泵进行高速旋转, 并实现井中液体由井下到地面的举升。对于潜油电泵而言, 其主要分为如下三大部分和八个单元:

(l) 井下部分, 此部分主要包括了潜油电机、分离器、保护器以及多级离心泵;

(2) 中间部分, 此部分主要包括了潜油电缆及油井管柱等, 其中后者还包括了单流阀及泄油阀等等;

(3) 地面部分, 此部分主要包括了变压器以及控制屏等。

对于潜油电泵而言, 其供电流程主要如下:地面电源——变压器——控制屏——潜油电缆——潜油电机。对于其抽油过程的工作流程而言主要如下:分离器——多级离心泵——单流阀——泄油阀——井口——出油管线。

2 基于单片机的潜油电泵多功能控制及保护系统的设计

2.1 工艺技术要求

以石油开采相关工艺要求为依据, 潜油电泵控制系统应当具有手动及自动两种操作方式。进行手动操作的过程中, 对因某原因所造成的停机进行再次启动时, 应按启动键;而进行自动操作过程中, 如果由于欠载而发生停机现象, 可以延时到预定时间以后在进行自动启动。若电泵过载, 应当以不同过载量为依据分级进行延时停机和报警, 待工作人员将故障排除后在进行人工起动。若有单相运行出现应立即停机并进行报警。系统在进行实时监测时, 应当进行电泵工作状态的显示, 并借助于计时器的闪烁对停机时间进行显示。对于可再次恢复启动的欠载故障而言, 应以倒计时的方式对再次启动之前的剩余时间进行显示, 对于其延时停机时间以及延时再次启动时间可人为进行设定。

2.2 基于单片机的系统结构原理分析

本文所设计的潜油电泵单片机多功能控制及保护系统主要是以89C51作为核心, 同时, 由显示器、APD转换器以及控制驱动接口等外围电路所构成。系统结构原理框架图见图1。

系统主要是由传感器将三相电流信号量进行采集, 通过APD转换并输入到单片机后对其进行处理, 同电泵额定电流相对应直流电压进行比较之后将所对应的控制信号以及显示量进行输出。APD转换能够满足本文所设计系统的基本要求, 若对分辨率进行提高可进一步扩展ADC0809。系统并没有进行外部RAM的配置, 借助于89C51内部128B及256B RAM。对于显示以及键盘而言, 其主要是由8155进行处理的, 以8位LED作为输出显示, 其中3位进行三项电流的轮流显示, 1位进行相序的显示, 剩余4位进行时间的显示。对于传感器部分而言, 其主要采用的是电流互感器, 经过整流、比例放大以及滤波等过程, 从这三相电源中获取适宜的电流信号, 并将其作为APD转换的输入信号。

为了同这8位单片机相配合, 系统采用8位模数转换进行了电路的集成, 其分辨率以及转换速度都符合要求。对于接口方式而言, 主要采用的是通用电路, 系统选用3大通道作为其输入电路, 时钟主要是由89C51所提供的ALE经由二分频之后实现的。系统通过单片机对APD启动进行控制, 采用中断的方式对其结果进行读取。为确保当前数据的可靠性, 系统另备有充电电池作为备用的电源。一旦外电源发生断电情况, 除了显示单元之外的系统将会继续正常进行工作。因此, 如果需要复位应当按复位按钮, 应当注意的是, 此时所有数据将消失。为了防止操作失误而导致复位的产生, 复位键不应当设在键盘阵列当中。

2.3 系统软件的设计

系统软件设计的过程中主要涉及到两大方面的问题:首先是软件程序的设计, 其次是软件抗干扰功能的设计。程序在开始时应进行SP、INT0、8155及T0的状态/命令等进行初始化, 对于APD转换而言, 其设置分别将P0.0及P0.1送至ADDA及ADDB进行IN0-IN2的选择, 待转换结束后采用中断INT1进行CPU的通知, 并进行8位数据的读取。通过89C51来对表示电流的三大数字信号进行处理, 并将其输出至显示单元, 同标准额定值进行比较后判断其欠载、过载还是单相, 并由此决定是否进行延时、断电、自动再启动以及报警等动作的执行。将定时器T0设置为5m s定时进行中断, 以便动态显示的不断刷新及时钟的标准性。借助于软件译码将十六进制数转换为BCD码, 采用LED进行动态显示, 其字型码主要位于程序区域。由于单片机应用过程中易受多种干扰侵袭, 并对系统可靠性造成严重影响, 因此, 进行软件抗干扰性的设计相当有必要, 设计过程中应对采样的数据进行算术平均值法处理, 以便有效地消除干扰。具体而言, 应取APD转换中的N个数据进行平均值的求取, 并将其作为输入信号, 以便进行随机干扰的抑制。

3 结语

综上所述, 采用单片机技术来对潜油电泵进行多功能控制和保护是可行的, 且所设计系统经实践证明程序化控制及保护功能较为可靠有效, 因而实用价值较大, 经技术完善后可考虑投入工业生产中。

摘要：作为油田原油生产过程中必不可少的关键设备之一, 潜油电泵的应用范围相当广泛, 为了确保其在油田生产过程中能够得到有效的控制, 本文重点借助于单片机, 结合硬件电路设计方法及软件编程方法, 对潜油电泵单片机多功能控制及其保护系统进行了设计和研究, 实践发现, 本文所设计的控制系统不仅结构较为简单, 而且可靠性较强, 对于石油的开采及其控制具有一定的应用价值。

关键词：潜油电泵,单片机,多功能保护

参考文献

[1]李勋.CHMOS单片机微型计算机 (原理及应用) [J].北京:北京航空航天大学出版社, 2008

[2]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[J].北京:北京航空航天大学出版社, 2003

潜油电泵的特性分析和油田应用 篇2

【关键词】潜油电泵；特性分析；油田应用

潜油电泵作为一种比较先进的机械采油设备，具有所有机械采油设备所没有的特点，在多年的采油实践中不断发展完善，配套的相关工艺技术也发展迅速，使潜油电泵采油技术的适应性很强。电机控制系统已经发展成为集成电路组合式全自动控制装置，并且配备了电泵井的测压、测温系统，变频调速技术逐渐成为电机控制方面的主导。

1 潜油电泵采油技术简介

潜油电泵机组系统作为油田机械采油设备，由潜油电泵测试装置、潜油电机、保护装置、多级离心泵、变压器、控制屏、接线盒、泄油阀、单流阀、电缆卡子、扶正器等元件组成。潜油电机工作原理：在油井开采过程中，潜油电泵处于工作状态，通过潜油电机产生动力带动潜油泵叶轮旋转，使井液压力提高，从而将井中的原油输送到地面集油系统。整个运作过程首先要保证潜油泵充分浸没在液体中，这样才能在潜油电机工作时，驱使潜油泵轴和叶轮飞快旋转起来，带动叶轮流道中的液体转动，液体的动能在惯性作用下，逐渐进入叶轮外缘。这样液体的压能和动能不断增加，将流出叶轮的液体压入导壳压出室并留存在里面。当液体流动速度减慢时，动能转变为压能，将导壳压出室里的液体压入导壳吸入室，满足叶轮抽汲，完成整个潜油电泵机组系统的分级过程。

2、潜油电泵的特性

潜油电泵在油井开采的过程中，需要充分浸没在液体中，油井内的环境状态复杂，产生的很多气体和液体杂质等对潜油电泵的运行有一定影响。潜油电泵对温度环境也有要求，油井温度通常控制在50℃～180℃。油井内的气体含量过大时会发生气锁现象，使潜油泵无法安全稳定的运行，因此潜油电泵机组中的油气分离器作用也很重要。油气分离器可以有效减少油井中游离气体的含量，提高泵的工作效率防止气锁现象发生。

另外油井开采过程必须有效控制井液的含砂量。防止油井出砂在潜油电泵机组运行过程意义很大，井液含砂低于0.05%才能正常抽汲，否则很容易造成潜油电泵磨损、卡泵，从而失效。潜油电泵机组在设计制造时，需要加强其防腐、抗砂性能。油田水质存在较多的腐蚀质，长期浸泡在油井下的潜油电泵机组必然会受到一定的影响，对机组进行防腐蚀措施也是很有必要的，可在机组表面涂防腐材料。对于CO2含量高、含蜡多、胶质高的油井，更容易使泵组结垢，导致无法散热，堵塞管道给潜油电泵的正常运行造成很大困难。因此加强防垢也是很有必要的。在实际的油井生产中，最常用的防垢措施是在油井中加入防垢剂，在机组表面采用防垢材料，此种防垢措施有利于改善机组结垢情况，延长机组使用时间。

潜油离心泵就是一个多级离心泵。潜油泵的长度在3～8m，直径与保护器和电机差不多，它是由许多小泵级串接而成的多级离心泵，井液每经过一级叶轮和导轮，将增加一定的压能。根据每口井的泵掛深度等资料来确定泵的级数，相邻两节泵的泵壳用法兰连接，轴用花键套连接。这样设计可以满足套管内径限制下有比较广的排量范围，适合于不同产量的油井。另外级数越多，扬程范围越大。根据油井举升高度的要求，潜油电泵的扬程可达3000米。根据排量和单级扬程不同，离心泵的级数也可以达到500级以上。单节泵一般不超过8米，多节串联扬程可以提高。设计轴向卸载和径向扶正机构可以有效消除泵叶轮工作时产生轴向力，防止泵轴偏摆、叶轮振动，采用轴向卸载机构把轴向力通过导轮卸载到泵壳体，而泵两端和中间加装的扶正轴承可以有效防止偏摆。设计防气装置有效防止气锁现象。

在潜油电泵机组中，潜油泵与潜油电机之间由保护器和分离器连接，所以潜油电机的输出功率要经过保护器和分离器传递给潜油泵，而保护器和分离器都要消耗一部分功率，所以潜油电机的输出功率等于潜油泵的输入功率与保护器、分离器的功率损失之和。电泵采油系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。每一次的能量转化和传递都会有一定的损失。从地面输入系统的能量，扣除系统的各种损失以后，就是系统所给液体的有效能量，该有效能量与系统输入能量之比称为潜油电泵井的系统效率。

3、潜油电泵井组管理

潜油电泵采油过程是集科学性、完整性、系统性为一体的工艺结合，完善的设计生产制造过程，可以保证潜油电泵的良好性能充分发挥。在油井开采的过程中，对潜油电泵采油的设计、施工、运行方式等方面进行管理，充分调动各环节的工作，实现潜油电泵采油工作的有效衔接，优化系统组织与结构，达到对潜油电泵系统工程的管理。潜油电泵系统工程包括油井工程设计、选泵设计、施工、潜油电泵井投产、潜油电泵井管理。最后一个环节是总结与分析，通过上述环节的相互配合，提高电泵系统的运行效率，可以有效提升潜油电机、泵的使用寿命，提高油田生产效率，降低采油成本。

4、潜油电泵采油技术在油田应用情况

我国从1975年开始研究潜油电泵，到1981年开始先后从美国引进成套潜油电泵采油设备，经过近30年的发展和自主研发，实现了采油电泵自行研制。同时，各大油田在潜油电泵的排量、扬程和最大投影尺寸上，逐渐改进创新，形成了具有中国特色的潜油电泵系列产品，技术和工艺接近国际水平。目前，国内生产的电泵机组，其耐温最高等级为180℃，满足了潜油电泵在180℃以下的工况条件的应用要求。但随着石油钻井技术的进步和发展，越来越多的深井、超深井（6000m以上）、高温（170～190℃）油井也相继投入开发，并越来越多的采用潜油电泵生产。油井越深（3500～4500m），温度越高，开采的难度越大。使潜油电泵机组的效能发挥的不是很好，故障率高，检泵频繁，严重影响了油井生产效率。高含气油还会对潜油电泵产生一定的影响，甚至会危害到机组的稳定运行。只有地层压力稳定，才是保证采油效率的关键。潜油电泵在弱差层的利用效果好，因此在低渗透油田利用率高。

5、结论

采用潜油电泵采油技术有助于改善近井地带的渗流条件，通过在低渗透油田的应用，可减少油井井底流压，提高了生产压差，使弱油层的利用率得到提升，值得推广。

参考文献

[1]李荣，康学峰.潜油电泵注水工艺及应用前景探讨.石油矿场机械，2009.5

潜油电泵系统 篇3

关键词：往复式潜油电泵,故障监测,功率信号,虚拟仪器,小波去噪

数控往复式潜油电泵是针对低产低渗油田提出的一种重要的新型无杆采油技术, 应用前景良好[1,2]。由于潜油直线电机在井下恶劣环境中连续工作时间短及抽油泵本身工况不佳等问题导致机组故障率相对较高, 因此对其进行故障监测和诊断, 对油田生产具有重要意义。目前还没有成熟的故障监测和诊断系统, 有些学者的研究成果还处于实验室阶段。文献[3]提出一种基于支持向量机的工况诊断方法, 建立了SVM工况诊断模型, 并进行了仿真验证, 但是并未设计实时故障诊断系统, 在现场难以应用, 有很大局限性;文献[4]以压力信号为主、流量信号为辅作为故障信息, 应用小波神经网络技术进行故障诊断, 设计了往复泵故障智能诊断系统, 但是该方法只针对往复泵本身提出的, 没有考虑潜油直线电机对往复泵的直接影响, 并且需要在泵缸中安装传感器以实现实时监测, 不便于深井中工作的潜油电泵使用。而现场技术人员通过经验诊断机组故障适应性差, 不利于推广。基于此, 笔者在对其工作机理深入研究的基础上, 利用虚拟仪器作为其故障监测和诊断方法的平台, 提出以功率信号作为故障信息, 将Lab VIEW与Matlab混合编程技术应用于系统的研发, 使二者优势互补, 实现了电参信号的采集、小波去噪及波形分析等功能, 建立了故障监测和诊断系统, 现场应用效果较好。

1 系统整体结构设计及其功能①

虚拟仪器是一种基于计算机的先进仪器, 通过计算机软件和硬件仿真传统测量设备, 是以数据采集、信号处理和图形显示为主, 控制为辅的科学仪器[5,6]。笔者以虚拟仪器为基础, 开发了往复式潜油电泵故障监测和诊断系统, 并将测试系统采集的模拟信号通过信号传输设备送入计算机, 以实现对信号的实时显示与分析处理。该系统分为硬件和软件两大部分, 总体结构如图1所示。

1.1 硬件系统设计及其功能

1.1.1 测试系统

测试系统的主要功能是完成对采油工艺运行过程中实时电压与电流信号的采集, 其直接与地面高压变频控制柜相连, 主要包括电压和电流互感器。二者是信号输入通道的首要环节, 决定了整个测试系统的性能, 可以把被测物理量转换为与之有确定对应关系并且容易检测的信号输出, 以满足信息的传输、存储及分析等要求。因此选择互感器时, 在满足测量范围、速度、精度、灵敏度和分辨率的情况下, 还需考虑经济投入、相配电路是否方便及安全性能等因素。笔者综合考虑了以上方面, 又结合井场工作平台环境恶劣和机组运行时故障信息丰富的特点, 选用了抗外界干扰能力强、测量线圈精度为0.2的性价比较高的电压和电流互感器, 现场应用效果较好。

1.1.2 信号传输设备

系统设计成双通道并行输入, 信号采集硬件外置, 通过信号传输设备与计算机交换数据。笔者采用高精度USB-6008数据采集卡作为信号传输设备的主要组成, 它是一种基于USB总线的采集卡, 可直接与计算机的USB接口连接, 构成数据采集、波形显示、信号处理和生产过程监测系统, 具有信号调理、采样保持、A/D转换、模拟输入、模拟输出及数字I/O等典型功能;逐次逼近类型的转换器;10k S/s的采样率。

综上所述, 硬件系统的设计即下位机设计, 是以计算机为整个系统的中枢, 以电压和电流信号采集为工作核心, 负责对二者分通道采集、采样参数配置和信号调理, 然后向上位机的数据库提供数据。因此首先要通过测试系统测取信号, 然后信号传输设备进行信号调理和A/D转换, 最后传输到计算机诊断系统中的数据库。为了方便现场应用, 笔者将测试系统、信号传输设备和电源组成的硬件系统组装, 形成便携式故障诊断仪器。

1.2 软件系统设计及其功能

软件平台的开发是整个监测与诊断系统的核心, 笔者采取了模块化的编程思想, 通过LabVIEW直观的图形化人机界面对信号进行采集, 并在Lab VIEW中使用Matlab script节点技术, 调用Matlab中的小波函数程序对含噪信号进行降噪处理, 这种混合编程的方式充分利用了二者的优点。根据实际需求设计参数标定、数据采集、数据处理和结果显示四大模块组成软件系统, 并进行了调试和集成。现场应用效果表明:功率波形清晰, 能够很好地反映机组工况。软件系统结构如图2所示。

数据采集模块是基于Lab VIEW提供的DAQ和硬件测试仪器来实现信号采集、通道设置、数据显示和存储用户自定义测量系统, 整合了机组实际信号、互感器与信号传输设备, 采集互感器输出的模拟信号, 通过数据采集卡将其转换为计算机可以识别的数字信号, 送入计算机存储和处理, 得到清晰的功率波形, 并在人机界面显示, 以实现对整个采油工艺故障的监测和诊断。数据采集程序如图3所示。

2 现场测试与分析

整个系统的软、硬件设计完成后, 笔者针对数控往复式潜油电泵举升工艺在油田中常出现的卡泵和油管结蜡故障, 在某油田油井区块, 应用该系统对12口油井进行了工作状态监测, 系统通过采集实时的电压电流信号, 得到实时的功率信号, 对于典型故障可以从功率信号的波形变化直观地判断。数据采集前面板显示的实时功率信号如图4所示。

调用Matlab小波去噪程序, 并将潜油直线电机动子下冲程功率曲线翻折, 设置采样频率500Hz, 即每2ms采集一个点。每口油井采集500个冲次的数据, 选择潜油直线电机类型、抽油泵泵径、控制柜参数设置及动液面等条件一致或近似的3口油井进行工况分析。当机组正常工作时, 潜油直线电机动子在上、下冲程开始时会有一个较大的启动电流, 导致功率波形在这两个位置会有正常的突变, 随之动子平稳运行, 不发生抖动或过载等不正常工况, 上、下功率大小也符合机组在变频控制柜上的参数设置, 机组正常运行时的功率波形如图5所示。

当机组发生卡泵现象时, 动子电流会在卡泵位置突然变大, 动子运行不平稳, 导致功率波形发生明显变化, 如图6所示, 动子上行程在第281个采样点附近发生卡泵, 功率变大;动子下行程在同一位置出现卡泵现象, 功率波形变化更加明显。

当机组发生油管结蜡现象时, 潜油直线电机动子在往复运行过程中, 井液内析出堆积的蜡会使其增加一个全程的阻力, 使电机动子载荷在整个过程中都超过了最大理论值, 功率波形表现出明显的“肥胖”特征, 同时增加了下行程的振动载荷, 如图7所示。

故障诊断系统的应用, 提高了机组运行的可靠性, 延长了机组的使用寿命, 卡泵和油管结蜡诊断准确率分别达到97.0%和98.0%, 机组系统效率平均提高25.2%, 平均检泵周期从224天提高到452天, 并且实现了自动化管理, 提高了工作效率。

3 结束语

笔者将机械故障诊断方法研究与虚拟仪器技术相结合, 设计了数控往复式潜油电泵的故障监测和诊断系统。该系统不仅能对电压、电流数据进行采集、存储和查询, 还通过Matlab script节点将Lab VIEW与Matlab优势互补混合编程进行信号的小波去噪和波形分析, 实现了故障监测和诊断功能。现场应用表明, 该系统适用于井场平台环境, 能够直观、准确地监测机组工作状态, 做出故障预警。该系统针对卡泵和油管结蜡两种典型故障的诊断效果较好, 满足了实际生产的需求, 提出通过研究动子功率波形特征变化来实现故障监测和诊断, 对机组是实用且有效的。对这一新型采油工艺的规模应用和故障诊断方法的深入研究具有积极意义。

参考文献

[1]Wagner M R, Bernardo A, Ivan E C, et al.New Concept for Lifting in Onshore Oil Wells[J].IEEE Trans on Industry Applications, 2008, 44 (4) :951~961.

[2]王顺华, 赵洪涛, 尚庆军, 等.直线潜油电泵举升工艺技术及应用[J].石油钻探技术, 2010, 38 (3) :95~97.

[3]于德亮, 邓盛川, 张永明, 等.基于支持向量机的潜油往复式油田抽油机工况诊断方法[J].电工技术学报, 2013, 28 (4) :248~254.

[4]赵志华, 吴力.往复泵故障智能诊断系统的设计[J].化工自动化及仪表, 2013, 40 (6) :701~705.

[5]李明辉, 刘连生, 曲培树.基于虚拟仪器的自动测试系统研究[J].电子测试, 2008, 3 (3) :37~42.

潜油电泵系统 篇4

关键词：潜油电泵机组；CAX；CAD；CAE；CAM；集成应用

中图分类号：TE393

大庆油田力神泵业有限公司是研发、制造、营销潜油电泵和螺杆泵等石油泵类产品的专业公司， 是中国最大的潜油电泵集成供应商。在立足国内市场的基础上，规模化进入了苏丹、印尼、哈萨克斯坦、科威特等国际市场。在国内外市场激烈的竞争下，我公司通过计算机辅助技术CAX集成应用，利用先进的计算机技术进行潜油电泵机组产品结构调整及制造业工艺装备改造与升级，利用信息化带动企业的工业化，促进经济快速增长，提高企业的市场竞争力。

1 三维设计，提高设计质量

1.1 问题分析

我公司在国际市场面对美国、英国、俄罗斯等强劲同行对手，公司传统的二维产品设计方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求，企业信息化是企业提高核心竞争能力的必然途径。

1.2 采用三维设计

产品设计的数字化设计是企业信息化的重要内容。为了提高设计水平及质量，经缜密论证与原二维DWG数据具有最好的继承兼容性，我产品研发人员采用支持产品创新设计最为重要的技术和工具—三维计算机辅助设计CAD软件Autodesk Inventor。三维的设计方式使产品的结构直观可见，设计过程中可随时得到部件模型的面积、体积、质量和重心等重要物理性数据，很大地提高了设计的质量和精度；设计出来的三维模型可快捷地创建符合GB的工程图纸，解决了复杂零部件的投影线生成难、漏标尺寸、漏画图线等问题。我项目设计人员利用三维建模检查出先前两维设计的某机组电机头与电缆联接处有一处1.5mm的楞缺，这个微小的楞缺导致动力电缆与潜油电机头的联接处不能够严密地密封，会使井液渗入潜油电机内，造成电机的烧毁，至使整套潜油电泵机组的损坏，设计人员及时发现了问题并修改完善了设计，避免了这个可能造成的几百万元损失的设计缺陷。

在18X系列新产品开发过程中，设计人员充分发挥三维设计方式提高创新能力和协同开发设计（CPC）能力，使得原本8个月潜油电泵机组的开发周期在5个月内就完成了，较大缩短了产品研制周期，加快了新产品投入市场的速度，使得新产品尽早地推向市场，并赢得了国际市场的合同。

1.3 虚拟潜油电泵机组数字化样机

三维设计出潜油电泵机组的所有部件，采用自底而上和自顶而下两种装配模式，进行电泵机组的仿真装配，虚拟装配出潜油电泵机组数字化样机。

（1）对潜油电泵机组数字化样机进行物性干涉检查，尽早发现出设计阶段存在的干涉或设计不合理等错误，避免了以往各部件要等到实际生产出来了才发现错误而造成的可避免的损失。（2）潜油电泵机组在车间实际装配之前，预先在计算机中模拟装配过程中，通过分析部件间装配关系，定义和建立零部件的特征信息和参数信息，使零件的结构设计更加合理，保证了实际生产的加工工艺性和装配的工艺性。（3）使用数字化样机作产品机构的仿真分析。通过计算机模拟电泵机组实际运动状态，数值化地掌握有没有动态干涉，可科学分析、解决机组机构的几何关系和运动关系，使得产品开发设计更精确、更合理。（4）设计数字化虚拟样机，可以减少甚至避免产品样机的实际生产，较大降低了产品研制的成本。（5）三维模型的高清晰逼真的产品渲染照片，装配过程的动画视频，易于产品的外观、结构等生产信息的表达、交流和传递。

2 三维集成应用

建立起多个系列潜油电泵机组的三维模型数据库，基于统一的数据库平台，把CAD、CAE、CAM软件有机地结合起来，统一组织各种数据信息的提取、交换、共享和处理，形成我企业简捷的集成化应用。

2.1 产品设计中CAD/CAE集成应用

由于潜油电泵机组要放到几百甚至几千米深的地下油井中使用，受到油井套管内径尺寸的严格限制，至使潜油电泵机组的结构是又细又长的。潜油电泵的关键部件—泵轴也是细长的，泵轴直径的设计是否合理，不仅决定了潜油泵功率输出能力的大小，而且也关系到潜油泵中叶导轮过流空间的大小，因此潜油泵轴的合理设计是潜油电泵机组设计的关键。

潜油电泵轴主要功能是传递动力功率，工作过程中主要受到的是扭矩的作用。使用CAE计算机辅助计算软件ANSYS对潜油泵轴进行有限元受力、强度的计算，根据等参数单元概念，位移函数和几何坐标的变换式取相同形函数建立起有限元力学模型。

单元应力的计算：[σ]=[σx σy σz τxy τyz τzx]T=[D][B][δ]e=[D][B1 B2 … B10][δ]e

式中：[D]为弹性矩阵；[B]为单元几何矩阵，[δ]e为单元位移列阵。

边界面上各节点的等效节点载荷为：

通过计算、分析，验证应力最大点主要集中在泵轴的花键齿与花键收尾相交的根部，是潜油泵轴发生断裂的最危险的位置。

针对计算分析得到的结果，对泵轴进行多次优化设计，最后恰当地确定花键收尾圆弧半径技术参数，有效降低了该部位应力集中的问题，不仅大大降低了潜油泵发生断轴的风险，还使得泵轴最大功率输出能力比原来的设计提高了29%，提高了潜油电泵机组功率等级，增强了潜油电泵机组的安全可靠性。

2.2 机械加工中CAD/CAM集成应用

CAM是CAX系统应用中最能明显发挥效益的环节。我们使用的计算机制造CAM系统是Edge CAM（for Inventor），Edge CAM系统直接读取三维模型数据，无需任何转换接口，智能化自动识别模型的几何体结构相关的各种加工特征信息，不造成任何丢失。软件自动优化刀具路径，仿真模拟与现场相同的加工过程，对加工工艺进行模拟，检验产品设计的合理性，减少了加工过程中可能出现的加工缺陷。通过软件自动形成基于我公司FANUC系统的数控设备模版的DNC代码，通过网络联接，一对多地把数据传送给加工车间10余台数控机床和加工中心，使得一台计算机可以同时控制多台数控加工设备，很大程度上提高了加工自動化，提高了加工精度和加工质量，缩短了生产周期。

3 结束语

通过计算机（CAX）辅助技术使得信息技术、制造技术、自动化等技术的集成应用，形成我企业简单的集成制造系统（CIMS），最大限度地实现了企业信息共享，实现产品设计、制造数字化、一体化，建立新的企业运行方式，深化了我企业信息化，通过提高设计能力、缩短新产品研制周期、提高产品加工质量与效率，以及产品结构调整和制造工艺装备改造与升级，扩展了企业在产品关键领域的应用能力，降低了企业成本，以信息化带动工业化，真正增强了企业的核心竞争能力，增强了企业生存和发展的主要力量，促进企业经济增长，使企业走上一条持续、快速、健康的发展之路。

参考文献：

[1]陈伯雄.三维设计是CAD技术应用的必然趋势.计算机辅助设计与制造，2000（08）：11.

[2]李健.实施制造业信息化工程提高中国制造业竞争力.中国信息导报，2003（10）：17.

作者简介：栾沈军（1970.09-），1990年毕业于黑龙江省电子工业学校，1997年毕业于哈尔滨工程大学，计算机工程师，从事软件开发、企业信息化建设工作。

潜油电泵井效率计算与分析 篇5

1 潜油电泵的工作原理及系统效率

潜油电泵以电能为动力源, 电网电压首先经过降压变压器改变电压后, 输入到变频器中, 经过变频器变换至所需的电源频率后, 输入到升压变压器, 将电压提升到电动机所需电压, 通过潜油电缆将电能传输给潜油电动机, 潜油电动机将电能转换为机械能, 带动潜油泵高速旋转;潜油泵中的每级叶轮、导壳使井液压力逐步提高, 在潜油泵出口处达到潜油泵要求的举升扬程, 井液通过油管被举升至地面, 再通过地面管线传输至地面集输系统。

应用潜油电泵采油的目的是将电能从地面传递给井下液体, 从而将液体举升到井口。整个采油系统工作时, 就是一个能量不断传递和转化的过程。能量的每一次传递和转化, 都将有一定的损失。从地面输入系统的能量扣除系统的各种损失, 就是系统所给液体的有效能量, 该有效能量与系统输入能量之比称为机械采油系统的系统效率。对潜油电泵井系统效率进行详细的计算和分析, 以便进一步提高其系统效率[2,3]。

2 系统效率计算与测试

2.1 测试参数与计算公式[4,5,6]

潜油电泵的输出功率 (有效功率) P9等于潜油电泵的输入功率P1与各部分功率损耗ΔPi之差, 即

变压器功率损耗ΔP1:用标准电度表测取变压器输入功率P1, 用功率表测取输出功率P2便可得到变压器的功率损耗ΔP1。

用电度表测量时, 其输入功率为

式中:n为电度表所转圈数;Kc为电流互感器变比;Kv为电压互感器变比;C为电度表常数;t为转n圈所用时间。

用功率表测量输出功率为

式中:n1为功率表1的显示格数;n2为功率表2的显示格数;f为单位格数的功率, k W。

变压器的功率损耗为

变压器的效率为

控制柜功率损耗ΔP2:变压器的输出功率为控制柜的输入功率, 用功率表测出其输出功率P3, 则控制柜的功率损耗为

其效率为

电缆功率损耗ΔP3:电缆功率损耗可用间接方法测试, 用万用表测量电阻, 由下式求得:

式中:I为电缆工作电流, A;R为电缆电阻, Ω。

控制柜输出功率P4为电缆输入功率减去电缆功率损耗, 即

则效率为

电动机和保护器功率损耗ΔP4+5:电缆输出功率为电动机输入功率, 由于结构原因只能将电动机和保护器一起测量, 其功率损耗可由下式求得:

式中:ΔP6为分离器功率损耗;ΔP7为潜油泵功率损耗;P9为系统有效功率。ΔP6、ΔP7和P9的单位均为k W。

其效率为

分离器和潜油泵功率损耗ΔP6+7:用水泵效率测试仪器测取潜油泵的效率η6+7, 则分离器和潜油泵的功率损耗为

其中P9可由下式求得:

式中:Q为油井产液量, m3s;H为油井总动压头, m;ρ为液体密度, kg/m3;g为重力加速度, g=9.8 m s2。

潜油电泵井系统总效率:

2.2 系统效率测试

潜油电泵系统效率测试分室内分解测试和生产井系统效率测试两部分。这样做基于两点考虑:现有条件下生产井只能测得输入功率、动液面深度、日产液量、油压及套压, 有些部件无法进行分解测试;室内分解测试又异于生产井实际工况条件, 分解测试试验介质为水, 不存在气体和黏度的影响, 且下泵深度较浅;因而需要对试验井和生产井分别测试并综合考虑。

根据潜油电泵系统的结构特点, 测试中将系统分解为5个部分, 测试不同工况下各个部分的能量损耗, 测试部位的仪器仪表连接如图1所示[7]。潜油电泵系统效率测试选用的仪器仪表见表1。

1—变压器;2—控制柜;3—接线盒;4—出油管线;5—井口;6—电缆;7—单流阀;8—泄油阀;9—潜油泵;10—分离器;11—保护器;12—潜油电动机。

3 系统效率分析

影响潜油电泵采油系统效率的因素较多, 它不仅受潜油电泵设备各部件损耗和运行参数的影响, 而且受管理水平和井况的影响。

3.1 各部件损耗对系统效率的影响[8,9,10]

根据潜油电泵系统的组成情况, 可以把潜油电泵系统的功率损失分为7个部分, 即变压器损失ΔP1、控制柜损失ΔP2、电缆损失ΔP3、电动机损失ΔP4、保护器损失ΔP5、分离器损失ΔP6和潜油泵损失ΔP7。

3.1.1 变压器损失ΔP1

变压器损失分为铁损和铜损, 这两项损失又都包含基本损失和附加损失。一般情况下, 变压器损失占系统总损失的比例较小。中小型变压器的效率一般应在95%~98%之间。

3.1.2 控制柜损失ΔP2

控制柜损失主要是部分电气元件的发热损失、控制变压器的铁损和铜损, 以及中心控制器的损耗等。控制柜损耗很小, 一般不超过1 k W, 效率在99%左右。

3.1.3 电缆损失ΔP3

当电流和电压一定时, 电缆损失与电缆的截面积和长度有关。

3.1.4 电动机损失ΔP4

电动机是电能与机械能转换的主要设备, 在能量转换过程中必然会有损失。其损失包括定子铜损、转子铜损、主磁通在定子铁芯中产生的铁损、轴承摩擦损失和通风损失等。

一般来讲, 电动机的最大效率在额定功率的70%~100%范围内。额定负载时, 潜油电动机的效率在75%~94%之间, 容量越大, 效率越高。

要使潜油电动机的效率与功率都在额定负荷附近达到最大值, 关键在于潜油电泵设备选择的准确性及合理性。

3.1.5 保护器损失ΔP5

保护器的能量损失主要是机械摩擦损失, 一定型号规格的保护器, 其损耗基本为一定值。

3.1.6 分离器损失ΔP6

分离器损失由水力损失、容积损失和机械摩擦损失等组成。这部分功率损失占总损失的比例较小, 效率一般为95%。

3.1.7 潜油泵损失ΔP7

离心泵损失由机械损失、水力损失和容积损失三部分组成。

机械损失包括两部分:泵内轴套与轴承、叶轮径向扶正部位与导壳的机械摩擦损失, 这部分损失与泵的机械设计有关;叶轮在泵内液体中高速旋转时, 叶轮表面与液体的摩擦阻力损失, 这部分损失与叶轮的直径及表面粗糙度有关。

水力损失也包括两部分:流道部分的沿程阻力损失和局部损失, 主要与流道部分的结构和流体黏度有关;液体进入叶导轮时的冲击损失, 主要是由液体的水力角和结构不一致所造成的。

容积损失主要由高压液体通过叶轮与导壳间的间隙形成的环流所造成。这部分损失将降低泵的理论排量。

3.2 技术管理对系统效率的影响

油井供液能力与潜油电泵的排量、扬程匹配不合理, 将导致潜油电泵长期在泵最佳排量范围外工作, 这种现象将会使潜油电泵在低效率工况下运行。即使在优化设计的基础上, 潜油电泵工作一段时间后, 由于各种因素的影响, 如油井的地层压力、产液量、含水率等均会有所变化, 也会造成潜油电泵井的工作状况与原设计不符。同时, 潜油电泵井的人为控制因素较少, 泵的特性参数如排量、扬程等都难以人为改变;潜油电泵的工况点随地层压力、产液量等因素的变化而变化, 也难以人为调节, 由此造成了潜油电泵低效率工作状态, 其能量损失较大。

要改变潜油电泵井的这种低效率工作状况, 应加强技术管理[11,12]:

1) 对于检泵井及新转抽井, 应根据实际情况重新进行优化设计, 包括泵的额定排量、扬程、泵挂深度及液面深度、油压等参数的优化设计。

2) 对于正在运行的潜油电泵井, 应优化潜油电泵的运行参数, 以保证潜油电泵机组始终处于高效区工作。

3.3 运行参数对系统效率的影响[13]

潜油电泵系统效率的测试结果和理论研究都表明, 潜油电泵井的系统效率与油井的油压、套压、产液量、动液面和油气比等诸多因素有关, 所以, 潜油电泵井的系统效率是一个多元函数, 即

式中:η为潜油电泵井的系统效率;Hd为油井动液面;Q为潜油泵排量;po为油压;pc为套压。

并且各个影响因素之间也相互影响, 相互制约。这些因素的变化都将影响潜油电泵井系统的工作状况及其系统效率。

在潜油电泵井结构和管路系统一定的情况下, 潜油电泵井的系统效率随泵排量的变化规律与潜油泵效率随泵排量的变化规律而有所不同。根据表2的测试结果可以看出, 潜油电泵的最高系统效率点偏离泵的最高效率点, 并处于额定排量右侧。该井潜油电泵的额定排量 (最高效率点) 为320 m3d, 额定扬程为1000 m, 下泵深度为1 064.1 m。

理论上讲, 潜油电泵的最高效率点应在320 m3/d附近, 而实测结果表明, 该井潜油电泵系统的最高效率点在376.7 m3/d、有效扬程为763.0 m的工况点上, 此工况点的系统效率为39.04%, 其他各点均低于此值。从测试结果也可以看出, 在泵最高效率点以右的高效工作区内, 随泵排量的增大, 系统效率增大, 当产量增加超过高效区以后, 随着产量的增加, 系统效率降低。

如表2所示, 当油压在1.8 MPa时, 系统效率达到最高点;当油压低于或高于此值时, 随着油压的下降或上升, 系统效率都呈下降趋势。由此可见, 在一定范围内, 可以通过改变油压 (调节油嘴的大小) 使系统效率达到最高。

4 提高系统效率的措施

提高潜油电泵井系统效率的措施主要包括使用高效泵和节能元器件, 加强科学管理和优化设计运行参数等[14,15]。

4.1 潜油电泵产品系列化

潜油电泵产品系列化主要包括不同外径、不同排量、不同扬程, 以及适用不同地质条件和不同井温的潜油电泵设备。使潜油电泵在油田的应用具有较强的针对性, 根据油井的实际情况, 泵级数可任意组合, 泵规格齐全, 使潜油电泵设备和油井的实际生产情况相匹配。

4.2 潜油电泵井优化设计及参数优选

首先, 采用科学的潜油电泵选择方法, 根据油井生产数据, 进行潜油电泵设备的选择配套。其次, 在潜油电泵井生产过程中, 应根据油井的实际生产情况和地下情况的变化, 对潜油电泵井的运行参数, 如运行频率、油嘴尺寸等进行调整, 使潜油电泵的运行和油井的生产在最佳状况下进行。在控制方面, 采用变频器控制, 可适当增大泵高效区的幅宽。对于产能变化比较大的油井, 采用变频调参对节能降耗是非常有利的。

当然, 整套机组系统效率的高低, 不仅取决于某一个参数, 而是机组电压、电流、排量、扬程、井液黏度、井底压力、温度、含砂量、含气量、泵挂深度、沉没度、各部件机械效率等诸多因素共同作用的结果。在选井选泵时应综合分析, 合理配置各项参数, 才能使系统效率达到最大。

4.3 提升潜油电泵的性能

随着科学技术的不断进步, 新技术、新工艺和新材料的应用, 潜油电泵设备的性能指标将不断提高。例如, 叶导轮的单级扬程和效率进一步提高, 各种损耗逐步下降;高性能潜油电动机的研制成功, 将会大大提高功率因数和效率。由于提高了潜油电泵设备的整体性能, 必然会较大幅度地降低整个系统的能耗, 从而提高潜油电泵井的系统效率。

4.4 加强科学管理

潜油电泵机组的结构与工作原理 篇6

关键词：潜油电泵,结构,原理,功能

1潜油电泵机组结构及组成

潜油电泵有七个部分组成:潜油电机、保护器、分离器、潜油泵、潜油电缆、控制柜和变压器。与其配套使用的还有小扁电缆护罩、电缆卡子、单流阀、泄油阀等。潜油电泵机工作管柱组成见图1。

2机组的部分结构

2.1潜油电机功能。潜油电泵机组中使用的电机为二极三相鼠笼式异步电动机。该电机在50Hz频率工作时, 转速为2850r/mim;在60Hz频率工作时, 转速为3420r/min。潜/工作原理:当三相交流电通过电缆输送到电机定子绕组时, 流入电机的电流在气隙内产生一同步旋转磁场, 该磁场与转子切割时, 转子绕组中有感应电流产生, 由于通电导体在磁场内受磁力的作用, 转子就会跟着磁场旋转, 如果电机轴端带有机械负载, 电机就输出机械功率, 从而将电能转变为机械能。潜油电机工作电压一般为400~2500V, 电流一般为30~120A。电机功率与电机长度成正比, 但节电机长度最长不大于10m, 电机可以串联使用。2.2保护器功能。保护器主要是保护潜油电机的, 最终目的是阻止井液进入潜油电机, 避免烧毁潜油电机。保护器在潜油电泵机组中主要有以下四个作用:a.密封潜油电机轴的动力输出端, 防止井液进入潜油电机。b.保护器的充油腔体与油井相连通, 从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差。当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时, 润滑油可通过保护器溢出;当潜油电机因停机温度下降时, 保护器可向潜油电机补充润滑油。c.内设一个推力轴承, 承担作用在泵轴、分离器轴和保护器轴向下的轴向力。d.联接潜油电机轴与泵轴 (或分离器轴) , 连接潜油电机壳体与潜油泵壳体 (或分离器壳体) 。从保护器工作原理上区分, 主要有:沉淀式保护器、连通式保护器和胶囊式保护器三种。目前普遍应用的是胶囊式结构的保护器, 这种保护器通过胶囊的弹性变形和单向阀来满足润滑油的体积变化, 并且利用胶囊将井液与润滑油隔离开, 使两者不会直接相接触, 从而保证润滑油不会被污染。胶囊式保护器结构有单胶囊式和双胶囊式两种, 大庆油田应用的多数是单胶囊式FSB400型保护器, 这种保护器上部为胶囊、下部为沉淀式结构。它有以下特点:a.用胶囊来隔离井液与电机油的, 是采用直接隔离的方法, 只要胶囊不破损, 井液就不能进入电机。b.具有沉淀式保护器的优点, 三级机械密封分散安装, 改善了机械密封的散热条件。c.依靠胶囊实现电机油的热膨胀呼吸作用, 可以减少电机油的漏失。保护器的工作原理:当机组下入井底后, 由于温度升高使电机油膨胀, 有部分电机油进入收缩的胶囊, 电机启动后温度升高, 又有部分电机油进入收缩的胶囊, 达到温度最高值时电机油不再膨胀, 保护器胶囊的容积完全容纳了由常温到井底温度再到电机工作温度时膨胀的电机油, 胶囊不承受压力。当机组停机后, 温度降至井底温度, 电机油体积变小, 胶囊收缩, 井液从上接头的连通孔进入胶囊与保护器壳体之间的环型空间。胶囊式保护器的三级机械式密封的两面压力是平衡的, 泄露的主向是离心方向。首级机械密封泄露到一定体积, 胶囊无法再收缩时, 泄露主向发生改变, 使从首级机械密封进入胶囊内井液量增大, 从首级机械密封进入的井液进入下边第一级沉淀腔, 按沉淀式保护器原理进行工作, 直至第二级沉淀腔失效, 整个保护器就失效了, 目前这种保护器在大庆油田应用效果较好。2.3分离器功能。对于含气电泵井而言, 井液在进入潜油泵之前, 要先通过油气分离器进行气、液分离, 以减少气体对潜油泵工作性能的影响。目前, 分离器的基本结构形式有两种, 一种是旋转式分离器, 另一种是沉降式分离器。旋转式分离器工作原理:气、液混合物由下接头的吸入口进入分离器后, 由抗气蚀性能良好的诱导轮引入到叶轮, 由叶轮来提高其扬程和旋转速度, 然后由导流轮再进一步提高其旋转速度, 使气、液混合物在高速旋转的条件下进入分离腔。在相同

潜油电泵闭环管理模式设计与实践 篇7

1 存在问题分析

潜油电泵管理是个系统工程, 影响检泵周期的因素是多种多样的, 既有地下因素, 也有地面因素;既有技术因素, 也有管理因素。各种因素相互影响、相互作用, 任何一个环节出了问题都势必造成检泵作业[3]。

分析南海西部油田近年来的检泵作业, 检泵原因可归纳为以下几点, 如图1所示:

1.1 井况因素影响检泵周期

随着涠洲XX油田、文昌XX油田的逐渐老化, 油井井况 (诸如:出砂、腐蚀、结垢) 逐渐复杂。截至2012年底, 南海西部油田, 电泵井中出砂、结垢比例达17.3%;腐蚀比例达20%;高含气比例达7.5%, 这些井的平均检泵周期为504天, 低于正常电泵井的检泵周期。

1.2 设备质量影响检泵周期

近年电泵井检泵原因中, 电机烧毁占49%, 电缆故障占41%, 保护器损坏、泵吸入口损坏、泵损坏及其他原因占10%。井下电气设备故障是电泵井检泵的主要原因。

1.3 油田地理因素影响检泵周期

南海西部油田远离中国主要的电泵生产厂家, 给电泵设备库存管理带来很大挑战。若库存过量, 易至设备积压老化;若库存不足, 易出现无合适机组入井, 影响作业。

1.4 施工和日常管理因素影响检泵周期

如技术服务人员在现场施工, 未严格按程序操作, 造成机组寿命短;因管理不善随意停机, 频繁启动, 故障停机后原因未明的情况下盲目启动, 都易造成机组损坏, 从而影响潜油电泵检泵周期。

2 闭环管理模式设计

针对上文分析, 提出如下措施:

(1) 加强潜油电泵设备库存管理, 保证安全合理库存;

(2) 加强电泵井举升系统设计, 提高作业质量;

(3) 加强电泵井日常管理, 电泵井动态分析和故障诊断;

(4) 加强损坏机组分析, 加强电泵相关信息的统计与挖掘, 指导改善电泵管理工作。

针对南海西部油田的实际情况, 具体工作如下:

(1) 建立潜油电泵闭环管理组织架构;

(2) 理顺闭环管理各个环节的工作重点。

2.1 组织架构

由生产管理部门分管井下作业的经理, 协调油藏管理人员、井下作业人员、机采人员以及现场管理人员, 整体落实潜油电泵闭环管理模式。

2.2 管理流程

如图3所示, 潜油电泵闭环管理分为五个环节:设备库存管理、举升系统设计、井下作业、电泵井生产管理、返修设备拆检分析。由于南海西部油田及海上油田的特殊性, 各个工作环节又与陆地油田呈现出不同的特质。

2.2.1 设备库存管理

与陆地油田相比, 南海西部油田的电泵设备库存管理难度较大。油田所在位置周边无潜油电泵及电缆制造厂家, 电泵与电缆采办周期长, 修井作业只能从库房中选择电泵机组及动力电缆。

若电泵、电缆库房不齐全, 则影响作业时电泵设备的选择;反之, 若库存积压太多, 则易致设备积压老化。这两种情况均会影响电泵运行及检泵周期。

提出如下解决方案。将电泵设备库存管理分为两部分, 一是检泵备料;二是增产措施备料。

检泵备料:根据各平台在运行的电泵电缆规格型号, 以及各平台的修井概率, 统计出下一季度检泵修井预计用到的电泵电缆的规格及数量, 进行备料。

增产措施备料:在上一年度年底, 根据明年的增产措施计划, 对措施井进行举升系统设计, 根据设计进行备料。

2.2.2 电泵井举升系统设计

海上油田作业条件受限, 作业成本高, 油井产量高, 提高检泵 (换大泵) 周期对油田的增产、降本有非常重要的作用, 电泵优化设计是提高油井检泵 (换大泵) 周期的重要前提和关键环节, 因此电泵设计需要综合考虑, 达到最优化设计。设计时遵循以下原则, 其优先级别如下:

(1) 结合油井地面设施、油井产层变化趋势, 尽量满足油井三年内的配产需要。

(2) 使电泵井系统各环节相互匹配, 以延长检泵周期、降低电泵井运行能耗。

电泵设计方法前人已进行了详尽的研究, 并形成了相应的行业标准, 本文不再赘述[4]。

2.2.3 井下作业管理

电泵机组安装人员的水平、责人心直接关系到电泵的施工质量;在同等情况下, 技术服务人员的素质和责任心是影响电泵井检泵周期的要因。

提出如下针对性方案:

(1) 加强技术人员业务水平的培训;

(2) 通过相关制度约束和激励, 提高服务人员的工作积极性、责人心和使命感;

(3) 严格执行企业标准Q/HS-2005-2011《电潜泵井生产管理要求》, 落实好电泵井的施工作业[5]。

2.2.4 电泵井生产管理

电泵井生产管理分三个部分:日常管理、异常井管理、故障井管理。明确建立电泵井生产管理二级处理模式:油田负责电泵井的日常管理;当电泵井出现生产异常或故障时, 由专业的机采人员牵头进行电泵井动态分析与故障诊断。

这种模式既明确了油田生产人员的责任, 又有利于发挥机采人员的技术优势。

2.2.5 返修设备拆检分析

电泵井故障躺井后, 需对旧电缆、旧机组进行拆检分析, 由机采人员牵头落实故障是否为机组质量问题、是否为修井质量问题、是否为举升系统设计问题, 以便进一步整改和追究相关方责任。

通过上述管理流程的设计, 在管理上实现了电泵及电缆从购买到弃置的全过程控制;在信息上, 实现了闭环反馈, 有利于及时发现存在的问题, 及时提出整改措施;真正做到了“事前充分准备、事中严格控制、事后总结改进”。

3 管理实践

南海西部油田自2009年实施潜油电泵闭环管理以来, 在油田老化、井况愈渐复杂, 高含气井逐渐增多, 低渗、低品位油田逐渐增多的大背景下, 电泵井检泵周期仍然保持了较高的水平;据统计, 2009年至2013年的南海西部油田年平均检泵周期均保持在800天以上, 闭环管理模式取得了明显的应用效果, 创造了可观的经济效益。

摘要：通过分析南海西部油田近年的检泵作业, 找出影响检泵周期的主要原因;针对存在的问题及南海西部油田的特殊性, 制定了潜油电泵闭环管理模式。南海西部油田自2009年实施该管理模式以来, 显著的提高了年平均检泵周期, 取得了明显的应用效果, 创造了可观的经济效益。

关键词：潜油电泵,闭环管理,检泵周期

参考文献

[1]张琪主编.采油工程原理与设计[M].山东:石油大学出版社, 2005

[2]梅思杰, 邵永实.潜油电泵技术 (下册) [M].北京:石油工业出版社, 2004:176-190, 209-218

[3]姚亦华.海上油田潜油电泵生产系统优化设计与工况诊断.西南石油大学博士研究生学位论文, 2002

[4]SY/T 5904-2004潜油电泵选井原则及选泵设计方法

某潜油电泵井测试堵塞器解卡实践 篇8

海上油田多采用水平井或大位移井同时开采多个油层, 为提高油藏的采收率, 保障各油层合理的开采速度, 需要定期对油藏中特定的油井、油层进行产能测试[1]。在南海西部海域涠洲6-12油田进行WZ6-12-A6井产能测试钢丝作业过程中, 当测试结束上提测试工具串至测试堵塞器位置时, 发现测试堵塞器被卡在工作筒中无法取出, 导致测试仪器工具串被卡在堵塞器以下位置无法回收, 油井无法正常生产。现场通过采用油套环空灌液循环冷却、启动潜油电泵震动[2]、增加堵塞器压力平衡时间、提高钢丝上提速度等方法[3], 使遇卡的测试堵塞器成功解卡。

1 测试堵塞器解卡措施

1.1 堵塞器遇卡后采取的措施

发现堵塞器遇卡后, 上下活动钢丝尝试利用测试仪器工具串对测试堵塞器的瞬间冲力实施堵塞器解卡, 为防止测试仪器被撞击损坏或测试钢丝断裂造成测试仪器落井, 钢丝活动速度一直保持在60 m/min内, 反复冲击60次, 未成功, 然后导通生产流程, 启动潜油电泵, 边启停潜油电泵边上下活动钢丝, 借助启停电泵瞬间管柱对堵塞器的振动力和井下工具串对堵塞器的冲击力解卡, 反复尝试20次, 仍未成功。测井仪器属于价格昂贵的精密设备, 为避免测井仪器落井造成严重经济损失, 计划下放测井仪器到井底后投剪切棒, 剪断钢丝后重新下入堵塞器打捞工具串打捞测试堵塞器, 然后打捞测井仪器工具串, 但是, 投剪切棒后, 钢丝剪切不成功, 实施分步打捞的计划无法进行。

1.2 成功解卡采用的措施

(1) 打开堵塞器平衡孔平衡堵塞器上下部压力。经过对该井井下管柱和堵塞器遇卡情况进行分析, 认为启停电泵的振动作用对测试堵塞器解卡的帮助不大, 启动潜油电泵后, 泵出口压力高于进口压力, 导致堵塞器上部压力明显高于下部压力, 反而不利于测试堵塞器的解卡, 于是回收钢丝工具串至测试堵塞器底部, 带900Lbs拉力, 保持测试堵塞器平衡孔处于开启状态, 持续1小时, 使测试堵塞器上下部压力平衡。

(2) 减小井口背压。由于生产井产出井液输往下游中心处理平台, 油压1.7 MPa, 这个压力施加到测试堵塞器上部, 不利于对测试堵塞器的冲击解卡, 于是关闭采油树油管翼阀, 连接油管四通至涠洲6-12平台闭排罐的管线, 通过油管四通将油管压力泄放至平台闭排罐, 油压由1.7 MPa降至0 MPa。

(3) 向油套环空灌液。通过高压软管连接平台海水系统和WZ6-12-A6井油套环空, 向WZ6-12-A6井油套环空注入冷海水, 液体返出流程接入油田闭排系统, 以30 m3/h的排量注入6小时后, 潜油电泵进口处的电子压力计显示电泵进口压力由9.26 MPa逐渐增长至10.25MPa, 井下温度由90.5℃降低至74.3℃。

(4) 活动工具串冲击解卡。油管有返出后, 开始活动工具串, 活动速度由60 m/min逐渐增大至160 m/min, 向上冲顶测试堵塞器, 最大拉力900 Lbs, 累计活动67次, 拉力拉到900 Lbs时, 钢丝悬重瞬间降至580 Lbs, 缓慢上提工具串, 悬重正常, 判断测试堵塞器成功解卡。

(5) 回收测井仪器工具串。回收工具串至剪切棒剪切钢丝位置时, 发现钢丝有轻微磨损变形 (如图1) , 工具串起至井口, 关阀泄压, 拆钢丝工具, 检查出井钢丝工具, 测试堵塞器O圈落井, 打捞头有多处明显撞痕 (如图2) , 检查测井仪器, 外观正常, 测井工程师检查仪器性能正常。

2 测试堵塞器遇卡及解卡原因分析

2.1 测试堵塞器遇卡原因分析

根据对取出的测试堵塞器外观及堵塞器解卡过程进行分析, 认为造成堵塞器被卡在工作筒内的原因主要有两个:

(1) 测试堵塞器O圈技术指标不合格, 在油井温度下发生膨胀[4], 造成测试堵塞器与工作筒贴合过于紧密, 回收测试仪器工具串时测试堵塞器遇卡。

(2) 回收测试仪器工具串至测试堵塞器时, 未平衡测试堵塞器上部与下部的压力, 尤其在启动潜油电泵之后, 测试堵塞器上部液柱压力明显大于堵塞器下部压力, 增加了测试堵塞器解卡的难度。

2.2 测试堵塞器成功解卡原因分析

测试堵塞器最终解卡成功, 主要是因为借助了以下两项措施:

(1) 油套环空灌液建立循环。向油套环空中注入海水, 一方面消除了堵塞器上下压差的影响, 使堵塞器下部压力高于上部压力, 为测试堵塞器的解卡提供了一个附加力, 另一方面海水循环可以将测试堵塞器上部冲洗干净, 防止砂卡现象, 同时, 冷海水也会使堵塞器O圈在低温下收缩。

(2) 加快钢丝工具串上提冲击速度。由于测井工具串没有震击器, 测试堵塞器解卡只能依靠钢丝上行时测试仪器工具串给测试堵塞器的瞬时冲击力实现, 前期活动钢丝的最大速度控制在60 m/min, 后期逐步增大工具串上行速度至160 m/min, 增大了测试仪器工具串施加给测试堵塞器的瞬时冲击力。

2.3 钢丝剪切不成功原因分析

从测试堵塞器打捞头上端面的撞痕分析, 钢丝没有剪切成功的原因是:测试堵塞器打捞头上端面较平, 剪切棒与上端面接触瞬间损失了较多的速度能, 并且剪切棒下端面无法与测试堵塞器上端面顶部接触错位 (如图3) , 而绳帽端面的锥度就能很好的解决这个问题 (如图4) , 另外, 油管内径较小 (63mm) , 剪切棒没有足够的错位空间剪切钢丝。

3 结论及建议

(1) 通过油套环空罐液和提高钢丝工具串冲击速度的方法对解决测试堵塞器遇卡问题是有效的, 但是, 为了防止测试仪器工具串落井或损坏, 应合理控制工具串冲击速度。

(2) 起工具至测试堵塞器时, 应延长平衡孔打开时间, 根据井下压力计在平衡孔打开前后的压力变化情况, 来确定堵塞器上下液柱压力是否平衡。

(3) 测试堵塞器应选择合适的O圈尺寸。WZ6-12-A6井作业所用O圈外径为59.5 mm, 2.31″X型工作筒内径58.64 mm, O圈直径比工作筒内径大0.86 mm, 可打磨O圈外径至59 mm, 根据模拟通井时的试压情况, 调整生产测井时O圈的打磨程度。

(4) 建议采用高温高压密封盘根的测试堵塞器, 以消除O圈膨胀给作业带来的影响。

(5) 建议选用的测试堵塞器打捞头按照绳帽端面锥度进行加工, 以便异常情况下使用剪切棒可以顺利切断钢丝。

摘要：通过钢丝作业方式对潜油电泵井进行生产测试时, 需要使用测试堵塞器堵塞潜油电泵Y型生产管柱的工作筒, 测试堵塞器与工作筒密封不严会影响测试效果, 堵塞器过盈量过大影响堵塞器的坐入和起出。通过对某潜油电泵井测试堵塞器遇卡与解卡过程的分析, 提出了测试堵塞器遇卡的原因及解决方法, 总结了测试堵塞器使用过程中应该注意的事项, 有利于指导钢丝作业过程中测试堵塞器的使用, 也为处理类似堵塞器遇卡问题提供了借鉴。

关键词：钢丝作业,测试堵塞器,生产管柱,工作筒

参考文献

[1]钟小宏, 李玉清, 南江峰.Y221型封隔器管柱解卡遇阻分析及管柱可靠性探索[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 07:115+119.

[2]宋雪杰.注水井井下落物事故分析与处理[J].中国石油和化工标准与质量, 2013, 09:140.

[3]宣士奇, 刘海龙, 华刚.钢丝投堵式油管堵塞器[J].石油机械, 2011, 增刊:65~66.

潜油电泵系统 篇9

关键词：潜油电泵井,检泵原因,延长,生产周期,新技术

潜油电泵在油田举升方式中占有较大比重, 常为油田重点生产井的首选举升方式, 由于潜油电泵生产井在油田所处的重要位置, 所以延长潜油电泵井生产周期就显的十分有意义。

1、潜油电泵井故障原因统计

油田在潜油电泵井检泵作业发现, 由于油田生产需要非机组故障主动仅占10%, 机组故障占检电泵作业90%, 通过其中主要问题有以下几点:

(1) 电机进水

(2) 动力电缆烧

(3) 联接包烧

(4) 机械故障

2、潜油电泵井故障原因分析

2.1 电机进水

由于与电机连接部位密封不严, 井内液体渗入电机导致电机启动或运转时被烧毁。图中标出了电机通常进水的四个部位:电机注油阀、保护器注油阀、保护器与电机连接处、小扁与电机连接处。与电机连接部位的密封在部件生产工艺上不存在问题, 只要提高承包商现场操作人员的技术水平, 就可以避免此类问题的发生。

2.2 动力电缆烧

动力电缆烧主要原因是在电缆入井过程中, 由于外部因素造成电缆磕碰受损, 在电泵正常运转后, 加上井内温度高, 电缆绝缘下降, 造成电缆击穿烧毁。

2.3 引接电缆

引接电缆与动力电缆烧毁情况类似

2.4 联接包烧

联接包击穿烧毁是由于承包商现场操作人员现场手工操作, 受到人员技术水平、及现场自然因素 (雾、雨、气温) 影响, 在联接时密封不严, 造成液体渗入联接处造成电缆击穿烧毁。

2.5 机组过载

机组过载多与井内出砂和井液结垢有关, 出砂和井液结垢造成离心泵运转阻力增大, 电机电流增大, 超过过载设定值造成过载停机, 从而实施检泵作业, 。

3、延长潜油电泵井生产周期的

技术简介

3.1 改进潜油电泵零件制造工艺

3.1.1 在潜油电泵内零件中采用高耐磨材

料设计滑动磨擦副, 增加抗磨支撑, 减少泵磨损后的抗振性能, 有效延长潜油电泵离心泵生产寿命。

3.1.2 在潜油电泵内零件中使用太氟隆树

脂化合物涂在金属表面作为金属涂层使金属表面不宜沾附水垢, 有效防止电泵因结垢导致电机过载。

3.2 潜油电泵生产管柱增加配套设备

3.2.1 在潜油电泵生产管柱上配套化学注

入阀, 化学注入系统快成精确控制注入的药剂, 可以防止井下的腐蚀结蜡问题。

3.2.2 在电泵机组内部和外部安装强磁装

置, 分别安装在泵吸入口和电机下端, 在强磁环境下井液中的成垢离子相互碰撞, 形成中性分子微粒, 从而避免吸附, 明显减少机组结垢, 有效延长易结垢井的机组寿命。

3.3 采用动力电缆一体化技术

采用压接和对焊联相结合的工艺, 实施动力电缆与电泵引接电缆连接一体化技术, 避免技术人员现场操作和现场自然环境及天气等因素影响导致联接包渗水同时提高接头强度, 确保接触良好, 确保接头过流面积, 确保电流导通性。

3.4 提高潜油电泵井作业技术水平

3.4.1 掌握作业井井身结构, 了解井斜数据及造斜位置, 为下入潜油电泵生产管柱提供数据支持。

3.4.2 设定专人旋转电缆滚筒, 速度与下放潜油电泵生产管柱速度同步, 预防动力电缆的拉伸受损。

3.4.3 修井动力设备操作手平稳操作, 在提放生产管柱时防止操作过猛, 在井口附近碰伤动力电缆。

3.4.4 严格控制生产管柱入井速度, 速度

控制在5分钟一根油管, 防止在入井过程中, 与井斜点摩擦产生刮蹭, 碰伤动力电缆。

3.4.5 做好动力电缆电阻测量、录取工作, 实时掌握动力电缆完好性。

3.4.6 避免在大风、雪、雾、雨天及能见度查的情况下, 实施下潜油电泵生产管柱作业。

4、延长潜油电泵生产周期技术

发展展望

4.1 赫茨变频器在潜油电泵井上的应用

主要是通过变频器来有效控制电泵电机的转速, 使潜油电泵的排量与油井供液相匹配, 在油井供液不足时, 潜油电泵的转速自动下降。这样达到潜油电泵连续运转, 避免频繁启、停对电泵机组、电缆的损害, 实现节能和延长电泵井检泵周期的目的。为低能量电泵井的正常生产提供了一条新途径。潜油电泵专用变频器针对潜油电泵不能自由调节产量这一弊端, 有效地解决了这一科技难题, 保证了潜油电泵能够安全可靠地运行, 起到了节能增效的效果。但变频调速技术在潜油电泵井上的推广应用仍处于起步阶段。

4.2 进一步采用高效离心泵技术

高效离心泵技术的是采用一种优化了水力学设计计算, 优化了流道宽度与角度, 改变了材质, 提高了叶导轮的效率和单级扬程的叶导轮。这种叶导轮技术含量高, 制造工艺复杂, 价格昂贵, 主要用于国外机组配套。

4.3 使用节能型潜油电机, 延长潜油电机运转周期

采用节能型潜油电机技术, 能有效降低采油成本。节能潜油电机配合高效离心泵, 降低约1/3的电机功率。通过电泵叶轮加工技术改进, 单片叶轮的扬程由原来的4m提高到6m-7m, 在满足扬程要求的前提下, 泵的级数大大减少, 配套电机功率相应降低, 70方电泵可最低配套37.5KW小功率电机。同时合理选择与泵相匹配的小功率电机, 可以使电机的效率、功率因数、转差率达到最佳值, 提高电机的性能, 从而达到节能降耗, 延长潜油电机和电缆运转周期的目的。

参考文献

[1].李杰, 潜油电泵在出砂井中的破坏形式及防砂技术, Equipment Maniufactring Technology[J], 2009 (11) 1.李杰, 潜油电泵在出砂井中的破坏形式及防砂技术, Equipment Maniufactring Technology[J], 2009 (11)

[2].王俊奇, 曹强, 李钢, 王小兵, 延长油井检泵周期的新技术及其应用, 钻采工艺[J], 2008 (03) 2.王俊奇, 曹强, 李钢, 王小兵, 延长油井检泵周期的新技术及其应用, 钻采工艺[J], 2008 (03)

[4].程和平, 孙桂红, 于涛, 李哲, 梁文娟, 潜油电泵高效运行及优化设计, 重庆科技学院学报 (自然科学版) , 2007 (05) 4.程和平, 孙桂红, 于涛, 李哲, 梁文娟, 潜油电泵高效运行及优化设计, 重庆科技学院学报 (自然科学版) , 2007 (05)

[5].李兵, 崔晓霖, 杨英平, 潜油电泵井腐蚀机理研究及保护, 内江科技[J], 2010 (02) 5.李兵, 崔晓霖, 杨英平, 潜油电泵井腐蚀机理研究及保护, 内江科技[J], 2010 (02)