智能技術(shù)在螺桿泵井的應(yīng)用與評價

郭立娜

摘 要：隨著油田開采技術(shù)的發(fā)展，螺桿泵采油技術(shù)在油井舉升中得到了廣泛應(yīng)用，并取得巨大的經(jīng)濟效益。X廠從99年開始應(yīng)用螺桿泵，目前已達(dá)到了運轉(zhuǎn)166口井的規(guī)模。國內(nèi)螺桿泵井機采自動化程度低，是致使一些螺桿泵井設(shè)計、工況不合理，導(dǎo)致故障率偏高的主要原因之一。因此，我們采用一系列智能技術(shù)提高螺桿泵井的技術(shù)管理水平，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：螺桿泵；智能技術(shù)；完善提高

前言

螺桿泵采油系統(tǒng)作為一種重要的機械采油工藝，具有占地少、投資小、能耗低、噪音低、易管理、出液平穩(wěn)等優(yōu)點，在油田生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。隨著油田開采技術(shù)的發(fā)展，螺桿泵采油技術(shù)在油井舉升中得到了廣泛應(yīng)用，并取得巨大的經(jīng)濟效益。錦州采油廠從99年開始應(yīng)用螺桿泵，目前已達(dá)到了運轉(zhuǎn)166口井的規(guī)模。應(yīng)用方面仍存在一些亟待解決的問題，如螺桿泵的設(shè)計，現(xiàn)場測控技術(shù)等致使一些螺桿泵井工況不合理，導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低，管理不及時。因此，提高螺桿泵井的智能技術(shù)水平，實施油井智能控制是實現(xiàn)油井穩(wěn)定高產(chǎn)的主要配套技術(shù)之一。研究螺桿泵智能管理技術(shù)，對于提高螺桿泵采油的技術(shù)管理水平具有重要意義。

1 螺桿泵的工作原理

錦州油廠主要應(yīng)用的是地面驅(qū)動單螺桿泵采油系統(tǒng)（以下簡稱螺桿泵采油系統(tǒng)）。

電控部分：包括電控箱和電纜；地面驅(qū)動部分：包括減速箱和驅(qū)動電機、井口動密封、支撐架、方卡等；井下部分：驅(qū)動桿、螺桿泵定子、轉(zhuǎn)子；配套工具部分：包括專用井口、光桿、桿扶正器、管扶正器、錨定器等。

它的工作原理是電動機通過三角帶將動力傳遞給驅(qū)動裝置，使驅(qū)動桿產(chǎn)生順時針方向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動桿帶動井下的螺桿泵中的轉(zhuǎn)子在定子橡膠襯套中運動，轉(zhuǎn)子運動時，吸入端形成密封腔，沿軸向向排出端移動，油液在吸入端壓差的作用下進入密封腔隨之上移，被從吸入端推擠到排出端，密封腔的不斷形成、上移和消失，將油、砂、水等介質(zhì)一同舉升到地面。

2 螺桿泵智能技術(shù)簡介

2.1螺桿泵智能設(shè)計系統(tǒng)

該軟件模型考慮了桿柱空間三維的影響，利用桿柱動力學(xué)模型建立了三維的抽油桿柱扶正器設(shè)計，可根據(jù)管桿接觸程度計算出扶正器下入深度和個數(shù)，突破一維計算的局限。主要功能包括：產(chǎn)能分析、靜力學(xué)工況分析、動力學(xué)工況分析、優(yōu)化設(shè)計、計算結(jié)果查看及數(shù)據(jù)管理。

表1是通過對抽油桿受力分析，應(yīng)用有限元方法求解抽油桿動力學(xué)方程組，得出位移分布，從而得出的扶正器分布位置。

以上軟件功能，為螺桿泵的優(yōu)化設(shè)計提供了有力的技術(shù)支持。

2.2螺桿泵智能工況診斷技術(shù)

螺桿泵井智能監(jiān)控設(shè)備，是光機電一體化和電子信息及通訊技術(shù)相結(jié)合的高性能螺桿泵采油控制設(shè)備，是集電氣傳動、變頻調(diào)速、電子信息、自動控制、傳感器測量、無線測量、遠(yuǎn)程通訊等技術(shù)于一身的高新技術(shù)產(chǎn)品，全面考慮井、桿、泵的綜合因素，對螺桿泵井實現(xiàn)全天候的實時測量、實時跟蹤、實時控制。該技術(shù)集數(shù)據(jù)采集、跟蹤系統(tǒng)、無線測控和遠(yuǎn)程控制等功能為一體，綜合了以下技術(shù)：變頻調(diào)速；液面監(jiān)測傳感器及套壓傳感器；光桿扭矩與軸向力傳感器；電流電壓傳感器；RTU控制單元；GSM/GPRS遠(yuǎn)程無線監(jiān)控器。

螺桿泵工況診斷技術(shù)在我廠不斷完善發(fā)展，目前已推廣使用，并取得了很好的效果，以下是現(xiàn)場應(yīng)用。

以錦X-21-44c井為例，為錦X-06-185正常生產(chǎn)時的工況測試診斷曲線之一。從該井測試曲線可以看出具有以下特征：一是從載荷看，開井前靜載荷接近抽油桿浮重；二是起動后光桿扭矩曲線和載荷曲線都顯示出周期性波動；三是扭矩、載荷均未出現(xiàn)峰值扭矩和峰值載荷；四是開井后螺桿泵運行時扭矩、載荷與開井前扭矩載荷相差不大[2]。綜合上述分析認(rèn)為該井為抽油桿深部斷脫，實際檢泵過程也證實了這一診斷。

為錦X-22-44側(cè)井故障測試曲線，可以看出：該井啟動后形成的扭矩峰值和載荷峰值均較大（說明桿完好，泵過盈量較大，泵沒有問題）；開井運行穩(wěn)定后扭矩、載荷值較開井前略微有所增加，增加幅度很小。綜合分析認(rèn)為該井為油管泄漏，上作業(yè)診斷后與判斷相符。

智能監(jiān)測及診斷技術(shù)，能為現(xiàn)場螺桿泵工況的判斷提供更可靠和科學(xué)的依據(jù)[3]。

2.3螺桿泵井下智能自動測量系統(tǒng)

在地面驅(qū)動螺桿泵采油技術(shù)中，動液面高度的變化直接影響到抽油桿柱和螺桿泵的運動和受力狀態(tài)，是控制螺桿泵穩(wěn)定工作重要的參數(shù)。由于動液面低于泵掛對螺桿泵井可能帶來燒泵的嚴(yán)重后果，因此對于供液不穩(wěn)定或者高含氣的螺桿泵井，必須隨時監(jiān)測動液面的變化。

目前普遍使用的是地面聲波測試液面，螺桿泵液面專門測試儀器也有利用動液面和扭矩或功率等參數(shù)的函數(shù)關(guān)系而使用的監(jiān)控裝置，但都存在一定的誤差。錦州油田采用的螺桿泵液面自動測試儀器，直接將溫度壓力傳感裝置連接電纜安裝在螺桿泵下方下入井下，直接對泵口位置的油井井下壓力、溫度信號進行采集，根據(jù)采集出來的信號由微處理器得出井下的壓力溫度值，換算出井下液位，準(zhǔn)確顯示出液位恢復(fù)曲線，及采油的歷史過程。該設(shè)備還提供了接口，可以與變頻控制裝備進行連接，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而可以根據(jù)實際情況設(shè)置運行時間，自動控制螺桿泵井啟停。成功后能實現(xiàn)螺桿泵油井自動控制，降低工人勞動強度，進一步提高采油廠生產(chǎn)管理水平。

該設(shè)備主要技術(shù)有：采用獨有的信號提取、剝離技術(shù)，壓力溫度信號同時測量，實時顯示；系統(tǒng)信號以電流方式傳輸抗干擾能力強；系統(tǒng)可自動跟隨校正，測量精度高；采用卡套結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效保護傳輸電纜；系統(tǒng)升級后可與變頻器組成閉環(huán)控制，使泵運行在高效區(qū)內(nèi)，與變頻器聯(lián)動可實現(xiàn)軟啟停。

該項技術(shù)在遼河油田J廠一共運用3井次，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)該測試儀器誤差控制在50m左右，能有效的跟蹤動液面，從而保證螺桿泵井的平穩(wěn)生產(chǎn)，取得了不錯的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅英俊，萬仁溥.采油工程手冊.石油工業(yè)出版社，2005：467～491.

[2] 韓修廷，王秀玲，焦振強。螺桿泵采油原理及應(yīng)用，哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998：169-186.

[3] 張明毅等. 螺桿泵專用抽油桿試驗研究.石油礦場機械，2006，35（1）：76～80.