潜油电泵井下状态在线监测与传输系统研究

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1、潜油电泵井下状态在线监测与传输系统研究第一章绪论1.1引言在非洲、中东等国家，石油是喷出来的，有人曾形象的比喻：只要刨个坑就会喷油，所以其几乎不会用到人工举升采油法，这种情况一是由于其油藏丰富，二与其地质特征有关；在北美、俄罗斯、我国等国家，由于地质环境复杂，油藏相对较少，且随着易采原油的日益枯竭，原采用的自喷采油法将开始慢慢退出历史舞台，人工举升采油法[1]渐渐占据了整个油田开发产业。常见的人工举升采油法有螺杆泵、有杆泵、气举、水力泵、潜油电泵等5种方法[2-3]。人工举升采油法分布如图1-1

2、所示。决定采用何种人工举升方式采油是一个复杂的过程，需要仔细考虑储层的特性，如温度、压力、流体的产量和性能的优化，并结合油井的具体情况进行考虑，包括深度、井斜、井身完井结构、地面设施以及利用何种能量进行人工举升等。潜油电泵以其扬程高，排量大，效率高，上产量快，甚至对于一些水淹气井和斜井也可发挥作用的优点得到广泛应用。与其它一些采油方法相比，潜油电泵较为经济，有较宽的工作深度，及较广泛的容积范围[4]，可提高潜油电泵系统的运转率，延长井下工作时间减少提升次数，使其处于优化状态，有着巨大的经济效益和

3、节能作用，并可做到保护油井，科学开采，充分利用资源。这些对油田的开发都具有现实和长远意义。因此，潜油电泵采油必将成为油田非常有生命力的人工举升方法。根据我国油田近年来开发的趋势，潜油电泵将越来越多地应用于各种产能的生产井，包括高产井和低产井，其采油的工艺技术得到不断完善和发展。在使用潜油电泵时，应配备一整套潜油电泵的相关设施，来帮助作业者及时有效的鉴别机组故障、评估电泵工况。通过潜油电泵的实时监测，随时掌握油井的生产动态，能够帮助作业人员采取适当的措施和合理的调控实现油田开发的最佳效果[5]。.

4、1.2潜油电泵系统组成及功能概述潜油电泵完成人工举升，除了潜油电泵本身，还需有配套的控制设备及专用电缆等，其组成就是一个相当复杂的技术系统。而油井特性又是它的工作对象和环境条件。如何发挥其举升作用，应将其看成一个整体，作为一个系统来考虑。潜油电泵系统如图1-2所示。基本的潜油电泵系统[8]包括井下监测装置，电动机，保护器，油气分离器，多级离心泵，泵吸入口，单流阀，泄流阀，动力电缆，电机控制器（如变频器），接线盒，变压器，法兰接头等部分。其工作过程如图1-2中所示，电网电压经过变压器转变为所需的潜

5、油电泵操作电压，然后送入控制柜中（控制柜中安装有变频器、井下状态监测仪表等装置），控制柜中的三相电输出端经过接线盒连接潜油电缆为井下潜油泵、潜油电机提供电力。产出液经过井下监测装置、潜油电机、电机保护器等装置的外壳，通过油气分离器将井液倒流或者离心运动把部分自由气体从泵吸入口之前分离到环空中后进入泵中。再经过泵内每级离心泵（有旋转叶轮和固定的导壳组成）通过轴向和径向流动，形成一个螺旋型的上升运动进入高一级的泵级中。通过这种一级一级传送的人工举升，将产出液输入油管中，再经过单流阀和泄流阀流出井口。

6、与此同时，井下监测装置将信号通过潜油电缆传递到地面的控制单元中，并对井下温度、压力等参数进行连续测量采样。第二章潜油电泵井下监测与传输系统总体方案潜油电泵井下状态在线监测系统是一套适用于潜油电泵机组的配套监测系统，俗称潜油电泵伴侣。它随着潜油电泵一起长期在井下工作，可监测潜油电泵工作时的温度和压力等。整个系统分为井下监测系统和地面系统两个组成部分。系统利用潜油电泵机组的三相动力电缆和电缆铠皮作为传输通道，通过星点等势法为井下监测系统供电，并利用铠皮作为地线传输监测信号，由地面系统实时显示和无线传

7、输当前温度值和压力值，从而实现对潜油电泵井下工作状态的在线监测。本章详细阐述了现用供电方式和信号传输方案的分析与选择，为总体方案的确定奠定了充实的理论基础。2.1系统的工作原理潜油电泵井下状态在线监测系统主要分为井下监测系统和地面系统两部分。井下监测系统主要包括温度变送器、压力变速器、稳压电路、通道选择电路和井下滤波器等。地面系统主要包括三相电抗器、地面滤波电路、地面供电模块、SD卡存储模块、GPRS无线传输模块、显示模块和MCU控制单元等。系统结构框图如图2-1所示。.2.2供电与信号传输通道

8、研制潜油电泵机组一般工作在几千米的深井中，机组工作所需的动力电是由地面控制柜通过几千米长的潜油电缆来传输，而潜油电泵井下监测系统必须安装在机组的尾部，因此，为井下监测装置供电和将测得的信号准确地传输到地面是本文首先要解决的两大问题。井下监测装置的供电方式主要有四种，分别为：电缆供电、电池供电、电机输入端取电和星点直流供电。在这四种供电方式中，采用电缆供电方式需要投放专门的供电电缆，其成本较高，而且受井下作业空间的限制，其应用较少；采用电池供电方式由于其续航能力有限，定期更换电池需要生产井停产，起