具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統研究

王艾平， 苗 杰， 石平太， 李占彪

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司， 天津 300452）

0 引言

目前在我國海上油田機采井約為3 300 口，占總生產井的93%，機采井的產能貢獻占總井的99%以上，所以機組的健康度直接影響到油井產量。利用泵工況實時監測機組運行狀態，并采取相應的措施讓機組運行在合理區，是提高機組壽命的常規辦法。

1 技術背景

泵工況的覆蓋率在逐年上升，目前渤海油田泵工況覆蓋率已達到61%，泵工況監測系統能夠實現對井下工況數據的實時監測，具備自定義報警功能，同時可以將數據通過現場總線傳輸至其他監控系統。電泵工況監測系統可以實時監測井下泵吸入口壓力，出口壓力，吸入口溫度，電機溫度，電機振動以及電機的傾斜度。相關數據可以通過現場總線遠傳，同時可以通過地面操作控制箱的移動存儲設備U 盤進行數據導出。

隨著非標機組應用越來越廣泛、定制化井下工具相關技術的不斷發展，常規雙壓力測試通路泵工況，僅僅能檢測井下機組的進口壓力與出口壓力，已經不能滿足產業日益發展的需求。一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統中，帶扶正管的泵工況儀數模見圖1。

圖1 帶扶正器泵工況三維數模

投撈機組作業時，需要用水力錨對工具串進行錨定，水力錨周圍表面均布的錨爪能夠在井下工具憋壓階段，在工具串內部壓力的作用下突起，錨爪表面的錨牙嵌入套管壁，用于油（氣）井水力壓裂、水井增注改造、水力噴砂、切割（或噴砂射孔）等井下作業管柱的錨定，避免井下工具產生軸向位移，其三維數模見圖2。

圖2 水力錨三維數模

在投撈機組作業過程中，地面打壓系統對水力錨進行打壓的過程中，難以直觀地觀察、測量水力錨內部的壓力水平，且在錨定后，是否出現泄壓也難以判斷，在設備狀態發生變化時，存在落井的風險。項目組對常規泵工況監測功能進行了改進優化，提出了一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統。

2 技術方案

為了解決現有技術中存在的問題，本設計提供一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統，克服投撈機組作業時水力錨壓力水平難以直觀測量、泄壓情況難以判斷的問題，檢測機組進口壓力和出口壓力的同時，能夠對水力錨內部的壓力水平進行監測，并起到扶正的作用，設計計劃如下：

確認油田水力錨系統能夠通過泵工況監測的數據類別和運行異常、故障案例，確定泵工況產品的性能優化目標。對現有泵工況產品的功能、結構進行優化及改進：樣機試制及性能測試驗證；泵工況產品生產工藝標準化研究；泵工況產品現場施工工藝規范研究。

本設計的技術方案是一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統，是由水力錨、傳感器短節、壓力管線A、壓力管線B、地面打壓系統、扶正管組成，其特征在于水力錨下方安置傳感器短節，水力錨壓力腔通過壓力管線A 與地面打壓系統連接，水力錨壓力腔通過壓力管線B 同傳感器短節上的水力錨測壓孔連接，在水力錨打壓錨定時，用傳感器短節上的水力錨測壓孔測試水力錨的內部壓力；傳感器短節上方有3 枚測壓孔，分別為水力錨測壓孔、機組進口壓力測試孔、機組出口壓力測試孔，3 枚測壓孔分別與傳感器短節內部3 個壓力傳感器連通，傳感器短節內部安置有電路板和信號傳輸組塊，測試機組進口壓力、機組出口壓力，并傳到地面設備上；傳感器短節外部焊接有扶正管，扶正管的外徑同套筒相匹配，起到工具串扶正的作用。

本設計可以幫助人們投撈機組作業時，直接測量水力錨壓力水平，檢測是否出現泄壓，檢測機組進口壓力和出口壓力，并起到扶正的作用。圖3 為本設計一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統的示意圖。

圖3 一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨- 泵工況儀系統

3 預期效果

一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨-泵工況儀系統主要功能有以下三個方面[1]，一是水力錨壓力檢測，通過水力錨下方安置傳感器短節，水力錨壓力腔通過壓力管線A 與地面打壓系統連接，水力錨壓力腔通過壓力管線B 同傳感器短節上的水力錨測壓孔連接，在水力錨打壓錨定時，用傳感器短節上的水力錨測壓孔測試水力錨的內部壓力；二是檢測機組進口壓力和機組出口壓力，通過傳感器短節上方有3 枚測壓孔，分別為水力錨測壓孔、機組進口壓力測試孔、機組出口壓力測試孔，3 枚測壓孔分別與傳感器短節內部3 個壓力傳感器連通，傳感器短節內部安置有電路板和信號傳輸組塊，測試機組進口壓力、機組出口壓力，并傳到地面設備上；三是工具串扶正，通過傳感器短節外部焊接有扶正管，扶正管的外徑同套筒相匹配，起到工具串扶正的作用，無須在常規泵工況下方配置額外的扶正器[2]。

一種具有壓力監測及底端扶正作用的水力錨-泵工況儀系統監測參數見表1。

表1 監測參數

該測試系統提供兩個RS485 通信端口，分別位于地面操作箱觸摸屏的Port0 和Port1 這兩個通信端口。作為從站，其地址、波特率、奇偶校驗、停止位都可以自定義設置[3-5]。

串口1（連接主電路板）：通信協議Modbus RTU；從站地址0～247；波特率9 600～57 600 bit/s。主電路板通信端口，見表2。

表2 主電路板通信端口

串口2（連接觸摸屏）：通信協議Modbus RTU；從站地址0～247；波特率9 600～57 600 bit/s。觸摸屏通信端口，見表3。

表3 觸摸屏通信端口

4 結論

1）泵工況監測系統能夠實現對井下工況數據進行實時的監測，具備自定義報警功能，同時可以將數據通過現場總線傳輸至其他監控系統。

2）通過傳感器短節外部焊接有扶正管，扶正管的外徑同套筒相匹配，起到工具串扶正的作用。對其余非標油田作業工況下，井下設備壓力的監測方案，起到借鑒作用。