潜油电泵井下多参数传感器在大庆油田的应用

崔 博，张庆军

大庆油田力神泵业有限公司研发中心（黑龙江大庆163000）

潜油电泵井下多参数传感器在大庆油田的应用

崔 博，张庆军

大庆油田力神泵业有限公司研发中心（黑龙江大庆163000）

潜油电泵井下多参数检测系统可以随时反映油井的生产情况，对油井井下设备的运行参数进行统计和分析，以避免由于设备损坏而影响生产。自主开发的潜油电泵井下多参数传感器可以检测包括温度、压力、振动等多个参数，并且已投入应用。详细阐述了潜油电泵多参数传感器系统原理及现场应用情况，并分析了在大庆油田单井的应用数据，对后续推广应用该设备具有一定的指导意义。

潜油电泵；多参数传感器；大庆油田

潜油电泵井下多参数传感器是潜油电泵采油过程中配套的井下测量仪器，该产品可以实时监测潜油电泵井下环境温度、电机温度、泵入口压力、泵出口压力、机组振动、泄漏电流等状态参数[1]。一方面可以有效地监控电泵机组的安全运行，提高电泵机组的运行寿命；另一方面可以实时掌握各种生产数据和井下工况参数，调节工艺参数，优化油井生产。另外可以综合利用井下传感器、变频驱动器、通信等相关技术，建立潜油电泵运行状态的监控系统，从而实现油田的数字化建设和网络化管理，高度关注潜油电泵运行与油藏变化之间的关系，从而实现油田高效、低成本开发[2]。

从目前市场应用情况，国外斯伦贝谢、贝克休斯、伍德石油装备等公司已形成了潜油电泵井下运行工况监测系统的系列化和多元化开发，并基本垄断井下运行工况综合测量这一系列产品。自主开发的潜油电泵井下多参数传感器从测量参数数量、数值范围、测量精度方面已达到了国外相似产品的水平，实现替代进口的目标。

1 系统原理

与用于地质勘探或工程测井的测量仪器不同，用于生产油井的井下参数测量仪器具有长期工作、对测量实时性要求高、使用量大等特点。潜油电泵机组采油系统整体结构如图1所示，其主要由井下采油设备和多参数监测系统构成，多参数监测系统由井下参数测量单元和地面二次仪表两部分组成[3-4]。

图1 多参数传感器与变频电泵机组连接示意图

井下参数测量单元安装于整个潜油电泵机组的最底部，在井下与机组共同长期工作。井下参数测量单元由井下滤波电抗、电缆穿越插针、压力接头和各参数的测量传感器及调理电路组成，并通过抗震结构安装在密封钢桶内，与外部环境隔离，避免其受到高压力、强腐蚀的复杂井下环境侵扰。井下单元通过地面二次仪表和星型三相电抗实现远程供电及周期性控制，并将检测参数传输给地面二次仪表进行数据处理，经过处理后的数据通过串口送至触摸屏进行终端处理，实现实时监测、在线调控及报警保护等功能[5]。

表1 现场试验数据

2 现场应用

2.1 现场试验数据

该系统应用于大庆油田某采油厂北3丁4井，由于此处实例中套变导致连接未使用引压管，致使不能测量泵出口压力值。

从表1数据可知，在现场长电缆传输环境下，井下多参数传感器可以稳定工作，压力测量数据与测试大队测量结果一致，能够真实反映出油井井下工况和潜油电泵机组的运行状态。

该井供液能力较差、结蜡严重，原机组额定排量为150m3/d，实际产液量100m3/d，经常欠载停机，基本处于采油半年、停井半年的状态。该井新作业后配套潜油电泵井下多参数传感器，由于该井套变，故没有安装泵出口压力毛细管，传感器测量的泵出口压力值实际为泵入口压力值。通过传感器的实时测量数据，可以看出该井液面下降很缓慢，且潜油电机温度持续升高，最终超过电机的耐温等级，井下环境温度也不断升高，严重影响油井产量和潜油电泵机组运行寿命。通过在计量间量油，发现初期有少许产液，投产1天后，产液为0，故判断该井存在蜡堵现象，导致电机散热效果达不到要求，电机温度持续升高，并将泵挂区域的井液持续加热，导致环境温度也不断升高，如图2所示。

图2 北3丁4井投产当天井下温度变化曲线

采油厂通过采取清蜡措施后，该井恢复正常生产，产液量为70 m3/d，泵入口压力逐渐降低。

2.2 现场措施

通过对温度、压力变化曲线分析（图3），得出如下结论。该井恢复生产后，从泵入口压力曲线可以看出，该井液面降低，此时电机表面流速高、散热好，电机温度逐渐降低至70℃以下，井液温度也随之降低。随着液面降低至泵挂以下，油套环空泵挂处压力降低至0，该井空抽欠载停机，停机后，由于油套环空压力很低，故液面恢复较快，当液面压力升高到3.5MPa后，机组启动。后续又出现停机现象，在机组欠载停机后，观察泵入口压力曲线，判断液面恢复情况。在液面压力低于5MPa时，液面恢复速度较快，表面油层供给压力大于油套环空压力；当液面压力高于5MPa时，液面恢复速度缓慢，表明此时油套环空压力接近油层供给压力。通过上述分析，表明该井供液能力较差，配套选择100 m3/d的潜油电泵机组过大，应降低泵排量，或者采用间抽等采油方式。

为了分析该井状况，提取地面仪表数据，并对泵入口压力曲线和电机温度曲线进行对比分析，从2个曲线图中可以看出：①当机组正常运转、泵入口压力降低时，电机温度也逐渐降低，最终趋于一个稳定值；②当机组运转，泵入口压力降低至0MPa左右时，机组接近空抽状态，电机表面无散热，电机温度逐渐升高；③当机组停机时，电机温度缓慢降低，此时电机处于自然冷却状态。

根据上述分析，建议采油厂相关人员对机组进行停机操作，以避免由于井下设备损坏而造成不必要的损失。

图3 北3丁4井运行5天的温度、压力变化曲线

3 结论

从目前高温潜油电泵井下多参数传感器现场应用情况分析，可以得出如下结论：

1）高温潜油电泵井下多参数传感器能够实时测量并显示电泵井下的环境温度、电机温度、泵入口压力、泵出口压力、机组振动、泄漏电流等8个物理参数，并且达到了设计所要求的技术指标。

2）通过现场应用情况可知，高温潜油电泵井下多参数传感器的应用，对于帮助用户分析油井生产运行状态、优化油井生产、监控潜油电泵机组安全运行具有重要作用；另一方面该产品也是潜油电泵智能采油系统的重要组成部分，为实现油井的智能化开采和网络化管理提供有利的技术支撑。

[1]高言涛.电潜泵井井下机组工况监测及诊断技术[J].现代经济信息，2014(6):370-371.

[2]唐小军.超稠油井提高泵效的研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量,2014(5):60.

[3]袁丽丽.潜油电泵井下参数高精度监测及高效运行研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011:18-29.

[4]尚健.数据传输系统在潜油电泵井的应用[J].石化论坛，2006,10(2):55-56.

[5]舒辉.低压电力线载波通信技术综述[J].湘电培训与教学，2006(3):32-34.

Downhole multi-parameter measurement system of electric submersible pump can reflect the production situation of oil well at any time,and the statistic analysis of the operation parameters of downhole equipment is carried out in order to avoid the equipment damage influencing the production of oil well.The downhole multi-parameter sensor can measure the parameters of temperature,pres⁃sure,vibration and so on,and has been put into use.The principle and field application of the multi-parameter sensor system for electric submersible pump are described,and the application data of single well in Daqing Oilfield is analyzed in detail,which has certain guid⁃ing significance to the follow-up application of the equipment.

electric submersible pump;multi-parameter sensor;Daqing Oilfield

左学敏

2016-01-12

崔博（1987-），男，工程师，现主要从事潜油电泵电气产品研发及推广应用工作。