六參數實時監控裝置的研制及應用

王桂全

中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院 （黑龍江 大慶 163453）

利用六參數實時監控裝置監測井下泵體X、Y、Z 3個方向的振動情況[1-4]，泵出口壓力及沉沒壓力、井下溫度等參數，為了解抽油泵在井下的工況提供準確度測試數據。

1　裝置的主要功能

六參數實時監控裝置的主要功能如下：

1）實現對柱塞抽油泵、單螺桿抽油泵等在X、Y、Z 3個方向振動實時監測。

2）實現對沉沒壓力和泵出口壓力實時監測。

3）實現對井下溫度實時監測。

4）參數設置、曲線顯示及數據記錄。

2　裝置的組成

六參數實時監控裝置主要由井上控制部分、井下采集部分和一套基于Windows的計算機控制軟件組成。井上控制部分和井下采集部分通過鋼管電纜連接，井上控制部分通過串口與計算機連接。井下實時監控系統通過計算機控制軟件完成數據采集、傳輸、處理等功能，實現對井下工況的實時監控。具體組成如圖1所示。

圖1　六參數實時監控裝置組成實物圖

考慮到井下的溫度較高，六參數實時監控裝置采用低功耗、溫度等級較高的電子元器件、單片機，使用高效溫度補償算法作井下傳感器的溫度補償，使輸出的測量值在整個工作溫度范圍內都有很高的精度[5-6]。

井下采集部分將6種傳感器檢測的信號進行濾波、調理和數據采集，并根據井上部分的控制命令，實現不同頻率下的數據采集、編碼、上傳。井上控制部分根據測試需求，實現與井下采集部分通信，完成控制命令的下發、數據解碼，并將解碼后的數據上傳計算機。計算機控制軟件完成數據采集的時間、頻率、循環次數等參數的設置；控制數據接收校驗；壓力、溫度的數值顯示，X軸振動、Y軸振動、Z軸振動加速度的曲線顯示；數據的保存和歷史數據查詢等功能[7-8]。

3　現場試驗

利用六參數實時監控裝置分別對柱塞抽油泵和單螺桿抽油泵在油井中進行了連續測試。對井下柱塞抽油泵和單螺桿抽油泵在X、Y、Z 3個方向振動加速度進行測量，對井下套管壓力和泵出口壓力及對井下溫度進行了測試。

AI-2在細菌對數生長早期及中晚期升高均未超過0.8，無調節細菌形成生物膜作用，AI-2變化趨勢與細菌生長曲線無直接相關性，見圖4。

3.1　柱塞抽油泵測試

工作參數：沖程3 m，沖次3次/min、6次/min，桿徑25 mm，泵徑70 mm，泵深1 000 m，液面300 m、600 m、800 m。

1）同液面不同沖次的測試（液面300 m），測試數據曲線如圖2所示。

圖2　柱塞抽油泵井同液面不同沖次試驗曲線

振動數據分析：監控裝置井下采集部分安裝在抽油泵出口處，深度為990 m。由試驗數據可知：泵工作時，X、Y、Z 3個方向均有加速度的變化，這是抽油泵在抽油過程中，抽油桿上下交變載荷引起的振動。X、Z 2個方向加速度基本相同，且不同沖次對其影響很小，Y方向加速度（振動）較大。由于泵工作時，抽油桿和油管縱向（Y）伸縮的影響，且不同沖次對其影響很大，沖次為6次/min時振動是3次/min的2倍左右，分析見表1。

表1　抽油泵不同沖次振動測試數據分析表

2）不同液面的壓力測試試驗（液面300 m和500 m），測試數據曲線如圖3所示。

圖3　六參數實時監控裝置井下壓力測試曲線

數據分析：通過液面測試儀分別測量了動液面300 m和500 m時隨時間變化的參數值。由圖3可知，液面300 m時，沉沒（套管）壓力6.8MPa左右；液面500 m時，沉沒（套管）壓力5MPa左右，可以看出監控裝置井下采集部分測試顯示的數據與液面測試儀測得的數據相符。

3.2　單螺桿抽油泵試驗

工作參數為：桿徑25 mm，泵型300，泵深880 m，支撐卡瓦910 m，液面300 m、600 m、800 m，轉速60 r/min、90 r/min、120 r/min。

1）同液面不同轉速試驗（液面600 m，轉速60 r/min、90 r/min、120 r/min），測試數據曲線如圖4所示。

圖4　單螺桿抽油泵井同液面不同轉速試驗曲線

數據分析：監控裝置井下采集部分安裝在螺桿泵出口處，深度為880 m。由圖4的試驗數據曲線可知，泵在相同液面深度不同轉速工作時，X、Y、Z方向均有加速度的變化，其中X、Z方向加速度變化明顯，隨轉速的升高而增大，且變化基本相同，而Y方向加速度變化很小。由于泵工作時，隨轉速的升高，泵出口井液離心力增加，使泵在橫向振動明顯增大。轉速為120 r/min時的振動是60 r/min時的7倍左右，數據分析見表2。

圖5　單螺桿抽油泵井同轉速不同液面試驗曲線

由圖5試驗數據曲線可知，泵在相同轉速不同液面工作時，同樣，X、Y、Z方向均有加速度的變化，但變化不是很明顯，其中X、Z方向加速度隨轉速的升高而增大，且變化基本相同，而Y方向加速度變化很小。由于泵工作時，隨動液面的加深，使泵的舉升液體的壓力上升，在橫向振動增大。液面為800 m時的振動是300 m時的3倍左右，數據分析見表3。

3）安裝油管扶正器試驗（支撐卡瓦890 m,轉速80 r/min，液面600 m）：在泵出口處安裝油管扶正器并將支撐卡瓦上提至泵吸入口890 m,進行試驗。測試數據曲線如圖6所示。

圖6　單螺桿抽油泵井安裝油管扶正器試驗曲線

數據分析：該條件與未安裝扶正器和支撐卡瓦在910 m的試驗數據相比可知：在相同的轉速和液面條件下，安裝油管扶正器并將支撐卡瓦上提至泵吸入口890 m時的振動情況明顯降低，其中X、Z 2個方向加速度降低一半左右，Y方向基本無變化。數據分析如表4所示。

表3　單螺桿抽油泵井不同液面振動測試數據分析

表4　單螺桿抽油泵井安裝扶正器前后振動測試數據分析

4　結論

通過以上現場試驗說明：六參數實時監控裝置可監測井筒沉沒壓力、泵出口壓力、井筒溫度、泵體在X、Y、Z 3個方向振動情況。通過此六參數監測，現場使用時具有如下作用：

1）對于柱塞抽油泵和潛油柱塞泵，通過監測Y軸方向振動情況，可明確啟機和運轉過程中，實際沖擊力，為柔性控制程序設定，提供依據。

2）對于單螺桿抽油泵和潛油螺桿泵，通過監測泵體在X、Z方向振動情況，可明確泵體在工作中實際偏離中心情況，為配套油管扶正器、錨定工具及錨定方式提供參考，同時可考察錨定工具的效果。

3）通過沉沒壓力監測，為地面柔性控制柜實現閉環控制，使泵工作在合理沉沒度下，達到供采平衡。通過監測泵出口壓力，根據P=F/S可計算出無桿舉升過程中，泵體實際舉升力的大小。由公式△P=P泵出口-P油壓可以計算實際工作壓力及井筒壓力損失，為后續調整工況參數提供依據。

參考文獻：

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