螺杆泵智能工况诊断技术在锦州油田的应用

罗艳红

【摘要】螺杆泵智能工况诊断技术能实现自动诊断，自动控制，可实现无人值守；具有远程无线监控功能，能自动录入数据库，实现数字化、网络化管理，实现遥测遥控、防盗报警等功能。主要介绍了螺杆泵智能工况诊断技术的原理、特点、功能、技术指标及在锦州油田的应用效果和应用前景。

【关键词】螺杆泵 智能 工况诊断 锦州油田 应用

锦州油田1999年开始应用螺杆泵[1]采油技术，并逐步地将其做为一种节能型举升设备在稀油油藏开发中大面积应用。这些年来，锦州油田通过完善螺杆泵配套工艺，提高螺杆泵携砂能力等手段，使锦州油田螺杆泵采油技术水平整体处于领先地位，在采油生产领域起到了示范作用。但在实际现场应用方面还存在一定的问题，如调参不合理、不及时导致系统效率低，电流、套压、扭矩偏高导致故障甚至事故的发生等一些问题，这些都是制约螺杆泵采油的因素。因此，实施螺杆泵智能工况[2-3]诊断技术，对锦州油田螺杆泵采油技术领域意义重大。

1 技术原理

该技术原理是：对螺杆泵井的动液面、电流、扭矩、套压、转速等几个重要参数，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。

它包含四个子系统：

（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，给出螺杆泵井的供液量等情况；

（2）跟踪系统，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，通过运行传感器的回馈信号，确定最佳的运行参数，通过变频调速，把螺杆泵井控制在最佳工作点，使螺杆泵井采油的效率始终保持在最佳状态；

（4）远程无线监控系统，实现信息传输和远程控制，能够将井史井参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。

螺杆泵工况常用的诊断方法有电流法诊断、憋压法诊断、扭矩法诊断、液量变化法诊断。考虑到成本、环境条件等因素的影响，锦州油田采用螺杆泵专用变频器内已有的电参数监测装置对泵的过载情况进行监测，该方法的技术思想是通过对螺杆泵驱动电机上的A/B/C三相电流电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等进行实时监测，可以使井场的操作人员和管理者及时掌握螺杆泵驱动电机的工作状况，来分析螺杆泵在井下的工况，判断分析有无故障发生及故障发生的原因，及时地对设备进行有效的维护，保证螺杆泵安全、可靠、有效地工作。将监测结果传送到上位机中，利用软件来诊断判断泵的工作状况。

2 技术特点

2.1 实时监测动液面

通过动液面监测，避免抽空烧泵

2.2 自动控制技术

通过对电流、有功功率、动液面、供液情况等多种参数的跟踪测量和分析，判断是否出现结蜡、杆断、偏磨等现象和趋势，采用变频自动调速或停机，避免螺杆泵井的损坏，把损失降低到最小程度。

2.3 远程无线监控

通过远程无线监控器，可以将螺杆泵井的原始信息及时传回到控制管理中心，实现远程控制、调参与故障报警等功能，并可将油井工作参数、历史记录等信息自动保存在计算机数据库中，方便检索查阅。

3 主要功能

（1）时时监控油井各主要参数，自动诊断工况，对结蜡、杆断、偏磨等现象能及时发现，并做出响应或应急处理；

（2）时时检测动液面；

（3）远距离无线传输数据，参数包括：动液面、套压、螺杆转速、运行方式、运行电流、运行电压、运行频率、有功功率等；

（4）现场和远程都可变频调速，螺杆转速可连续调整，可远程控制停机；

（5）建立采样数据报表及历史数据查询等数据库。

4 主要技术指标

（1）油井动液面：0～3000m 误差：≤1%FS；

（2）套管压力：0～5M P a 误差：≤1%FS；

（3）线电压：0～3 8 0 V 误差：≤±0.5%FS；

（4）工作电流：0～150A 误差：≤±0.5%FS；

（5）有功功率：0～110KW 误差：≤±1%FS；

（6）转速：0～1000R P M 误差：≤±0.5%FS；

（7）变频调速：18～68Hz；（8）无线测控距离：不受限制。

5 现场实施情况

2012年共施工了三口井，分别为锦2-7-007、锦2-7-218C和锦45-05-21；

锦2-7-007井，该井于3月10日作业搬上，3月12日凌晨1点开始下测试仪，通过信号电缆把井下数据传回地面并在仪表盘上显示，信号电缆从油管外壁通过钢带进行捆绑，直至井口，最后通过套管四通返出地面，并进行2次密封，承压可达20MPa，可以避免高压渗漏。该井与3月13日中午下泵完毕，现场测试温度48℃，压力7.8MPa，傍晚下完杆，于3月14日下午开井，50rpm生产，电流18A，量油23m3，测试温度49.1℃，压力7.64MPa，从这一阵的参数跟踪看，开井初期由于受到作业影响，井下温度稍有降低，开井后温度逐步回升到50℃，压力从7.8MPa下降到7.6MPa，且连续30d均保持稳定。

锦2-7-218C井，该井施工前因电流高停，造成油井卡，解卡未成功检泵，该井于2012年6月25日施工，电流一直保持在20A-30A之间，运行平稳，目前日产液128m3，日产油2.6t。

锦45-05-21井，该井施工前检泵周期只有8d，而前一个检泵周期也仅有16d，该井的频繁检泵，既不利于生产，又增加了作业费用。该井于2012年7月2日施工，一直运行稳定，该井泵挂1000m，动液面保持在370m左右，到目前已累计生产241d，日产液16.8m3，日产油0.7t，效果非常好。

6 效益评价

（1）由于可以控制合理的沉没度，因此实施的两口井实现了稳产。

（2）由于通过变频控制了合理的电参数，因此实现了真正的节能。

（3）由于变频实现了软启动，解决了“大马拉小车”的问题，减少了一次性设备选型费。

（4）延长检泵周期，节省了检泵费用。

（5）该技术可以直观的反映螺杆泵井下工作环境，为螺杆泵制定合理的工作参数以及油井发生异常时提供第一手资料。

7 结论

锦州油田应用智能工况诊断技术，取得了很好的效果，给生产管理带来了很大方便，其潜在的经济效益及社会效益也是很明显的，因此该技术前景广阔，有很大的推广应用价值。

参考文献

[1] 王海文，陈镭，等. 螺杆泵井光杆受力法工况诊断技术[J]. 石油钻采工艺，2003，（05）

[2] 吴晓东，王世展，等. 地面驱动螺杆泵采油系统故障诊断方法[J]. 石油钻采工艺，2003，（05）

[3] 聂飞朋，马英，张雪梅，等. 地面驱动螺杆泵井工况诊断新方法[J]. 断块油气田，2007，（06）