海上油田智能采油20075249021

3
3
机采井生产中的几个问题
① 潜油电泵泵效低，易损坏
根据潜油电泵的 特性曲线，只有当 扬程和排量在一定 的工作范围内，潜 油电泵才具有较高 的泵效，相对电泵 机组的寿命较长， 但当生产状态发生 变化时，对于特定 的电泵，会经常偏 移其正常的工作范 围，从而降低了泵 效，并影响电机的 使用寿命。
4
4
汇报人：顾根堂
采油技术服务公司 2005年11月
汇 报 内 容
机采井生产中的几个问题 当前国内外现状 智能采油控制系统组成原理 所取得的进展与结果 社会与经济效益分析
2
2
问题的提出
在油井的日常生产中，由于油层压力、产出流体物 性及其他井况参数的改变，油井工作状态会发生相应的 改变，这就要求采用潜油电泵的机采井的运行参数作相 应的调整，以适应油井的变化，使油井生产处于最佳的 工作状态，但实际生产中，却难以做到这一点，主要表 现为以下几个方面。
⑤ 油井信息滞后
虽然卫星网络的开通已经大大提高了平台与陆地的通讯与信息交流， 但平台大量的生产状态数据依然要靠人员在平台定时获取，受人为因素 影响大，油井生产管理部门难以及时准确监测到油井生产状态，平台操 作人员也不能及时得到专业的指导。
正常
气锁欠载
供液不足
8
8
开展研究的目的
开发一种能够根据油井的实际生产能力，自动调整潜油 电泵的运行参数，使油井生产（地层供液和电泵排液）处于 合理的平衡状态的油井生产智能控制系统，从而可实现提高 生产效率和采收率，延长电机使用寿命，减轻平台操作人员 的劳动强度，减小整体的采油成本等目标。应用现代的技术 手段将油井及平台生产状态及时准确传送到陆地，由陆地的 专家对油井生产进行专业的指导，变平台生产的委托式管理 为指导式管理，提高整体机采井的管理水平与效率。



23
23
主要研究内容与进展
要达成以上的目标，我们在以下几方面进行了研究： 根据采油工艺的相关理论，建立理想的油井生产控制数学模型。 建立单井智能采油控制系统。
电机绝缘在线测量技术；
潜油电泵井下测试技术； 数据采集与远程监控系统； 无线通讯与陆地接收及可视化技术； 现场工业总线网络及自动控制技术； 潜油电泵井专用变频器技术。


泵额定扬程 1500
3 9 1 . 4 米 2 0°
上节泵级数 119 上节泵级数 133 试验流体密度(kg/m3) 1000
4 5 1 . 4 米 2 0°
推荐工作范围下限 120m3/d
推荐工作范围上限 180m3/d
6 6 5 . 7 米 4 5° 7 2 5 . 7 米 4 5°
通过近几年的努力，海上油田智能采油控制系统在多个方面 取得到进展，部分技术已经应用于油井生产控制，有些技术仍在 研究与完善之中。
24
24
潜油电泵井下测试部分

已经开发出单参数（压力） 的井下测试仪，此仪器直接 应用潜油电泵动力电缆进行 信号的传送。 多参数井下测试仪原理已经 通过实验（包括压力、井液 温度、绕组温度、振动、漏 电流与绝缘状态、电机工作 电压等数据）。 由于采用动力电缆进行信号 传送，因此大大降低总体的 成本，减小施工难度，提高 安装成功率，并且测试精度 较高，将来可用来进行压力 恢复测试。 由于井下无动作元件，因此 其可预期的使用寿命较长。
产液量（m 3 / d a y ）
130
125
120
115
110
105 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
油嘴（m m ）
5
5
机采井生产中的几个问题
③ 工作液面难以控制
由于潜油电泵采油过程中，产生的游离气需要定期排放，以保证潜油电 泵具有合理的沉没度。实际生产中由于地层压力的改变、液面的变化等因素 的影响，定压放气阀需适时调整，由于缺少必要的技术数据和参考资料，加 上一些人为的因素，不能及时准确调节套管气，使液面过低，导致电泵抽空 而损坏。
22
22
单井智能采油控制系统

井下测试设备主要为地面控制提供实时 的数据监测，以便于判断油井的生产状 态是否正常。 数据采集主要用于对套压、电机的电流 电压等工作数据进行检测。以确定电泵 是否处于正常工作状态。 数据处理操作单元由PLC、触摸屏等可 编程设备组成，在其中设置油井正常运 行状态的数据和相关的保护参数，电泵 运行数据及井下测试值将与设定值进行 比较，并依据相关的理论模型发出相应 的控制指令。 变频调速装置为整个系统的执行装置， 通过调速改变油井的生产状态。以获得 较佳的运行效果。


显示井下压力、沉没度、液面高度、运行频 率、电泵振动、工作温度等。并在线监测电机的 绝缘。可根据要求输入套压、静压等。
28
28
实验井及机组情况
井 口 总 高 :2.45米

电机型号 540-91.5HP 电机功率 68kw 电机额定电压 1330V 额定电流(A) 44 频率(HZ) 50 耐温 120 泵系列 387 泵额定排量 150
6
6
机采井生产中的几个问题
④ 井下数据难以及时准确得到
由于平台生产条件的限制，油井生 产的井下压力、温度、流量、液面高度 等数据不能及时测量，对潜油电泵控制 参数的调整没有充分的依据，难以判断 油井的生产状态是否处于较为理想的状 况，有时会因不合理的生产参数而对油 层和井下设备产生破坏。
7
7
机采井生产中的几个问题
25
25



潜油电泵井下测试技术参数（压力）


测量范围：0-40MPa
适用温度：0-120度 仪器外径：110mm 仪器长度：1500mm 测试精度：0.2% 适用电压：3600VAC 井下供电：24VDC


接线方式：接于电机wenku.baidu.com点
工作电流：4-20mA 地面仪表：触摸屏电脑 定性显示绝缘状态。
6、沉没度偏低
7、泵漏失或吸口堵，抽空 8、资料有误
33
33
油嘴调节对比

泵挂700米,静压8MPA,井口回压1MPA.
油嘴尺寸mm 50.3 40 30 25.4 22 20 18 16 14 12 10 8 7
产液量 129.365 129.352 129.301 129.23 129.113 128.988 128.78 128.417 127.74 126.37 123.32 115.673 108.181



应用卫星通讯实现了陆地与平台的实 时数据交换，能够在陆地实时指导平 台生产。
10
10
实时监控平台生产动态
各数显仪表实 时显示
11
11
流程数据直观监测
12
12
国内外的技术状况
国内平台：
出于成本和空间的考虑，一般多采用工频控制柜，主要依靠调节油嘴来进 行调产。井下监测设备较少，测试数据少，数据种类较单一，影响到机采井的 管理。与陆地的数据交流依靠人员录入的方式，不能进行实时数据传输。
动液面 375 373.8 372.6 371.6 370.4 370 369 367 365 361 352 330 310
距 转 盘 面 :+5米 20"套 管 44米

人工井底：1000米


最大斜度：70度
造斜点：220米 391—451米井斜为20度 665—725米井斜为45度
泥 挂 120米
泵挂700米，垂深647米
13-3/8"套 管 199米 17-1/2"井 眼 200米
造 斜 点 220米
26
26
井下测试数据曲线
将井下测试的数据以曲线形式记录并显示，供用户进行分析。
27
27
单井智能采油控制系统

建立了单井智能采油控制系 统模型，在实验井中进行了 实验。 应用泵工况分析理论，并对 实际现场操作进行了模拟。 由于采用变频与井下测试、 地面油压、套压多种参数的 闭环控制，可以确保潜油电 泵不会产生气锁、抽空、或 破坏地层等现象。 结合电机与泵工作原理，并 根据实际的地层供液情况自 动调节产量，可有效降低人 为的误操作，减少现场人员 的工作量。

实验表明，通过频率的调整，产量增加明显，因此不需要换大泵。
31
31
提高频率的增产效果
32
32
泵工况诊断与控制
根据泵况分析理论，结合电 泵实际运行情况，自动调节电机 的运行频率，使潜油电泵工作在 理想的工况下。达到单井智能采 油的目的。
1、经济高效区 2、合理工作区 3、选泵偏小区 4、供液尚可，但有气，应放套管气 5、憋压，应放油嘴解堵
17
17
系统控制部分
根据油井生 产的实际需求应 用潜油电泵专用 的变频系统进行 调产，以实现油 井生产的自动控 制。
18
18
上位机监控系统
为操作人员提供人 机操作界面，并通过
现场总线网络对系统
进行管理控制，对所 采集的数据进行集中 处理、归档、存储、 并形成各种曲线。
19
19
上位机监控网络原理
频率 50 52 54 56 58 60 62 产液量 108.069 116.044 123.872 131.62 139.237 146.792 154.277 动液面 300 322 345 368 390 412 435 沉没度M 350 328 305 282 260 238 215 功率kw 12.757 14.29 15.936 17.699 19.577 21.565 23.685 电流A 10.19 10.99 11.8 12.62 13.5 14.36 15.26 井底流压 4.912 4.684 4.461 4.239 4.022 3.806 3.592 生产压差 3.088 3.316 3.539 3.761 3.978 4.194 4.408
实际应用情况
国内外油井均目前采用人工调节方式，一般由操作员根据所测得的数据进行 调节。没有专用的智能调节系统。 根据地质和油藏的实际情况，建立油井生产运行模型，将专业的理论应用于 生产实际中去，及时自动调整油井的生产状态,具有明显的创新性。
13
13
系统基本组成原理
14
14
系统组成基本单元
根据所要实现的功能，整个系统可分成几个部分，每个部 分都相对独立又相互联系，形成不同的功能单元。 1、井下数据监测部分 2、地面数据采集部分 3、系统控制部分 4、上位机监控部分 5、数据远程传送与无线通讯部分 6、陆地接收终端与数据处理中心 7、系统操作软件部分 由井下数据监测与系统控制部分组合，可以形成最小的闭 环智能控制系统，实现单井智能采油控制系统。
15
15
井下数据监测
井下数据监测 部分，主要测试 油井的压力、温 度、流量等井况 数据，电泵的振 动、绝缘状态、 机组入口压力与 温度等，此部分 可以为诊断油井 的工作状态及电 泵机组的工况提 供依据。
16
16
地面数据监测
主要监测 机组的工作电 压、电流及井 口压力、生产 流程中的各种 数据，为油井 实时监测提供 实时数据，以 确定平台油井 是否处于正常 工作状态。
9
9
国内外的技术状况
国外平台： • 在建平台之初就采用变频器，一次性
投入较高，便于以后的调产，但整体 上变频器体积大，所占用空间多并且 造价高。 在油井中下入多种监测设备，及时获 得油井生产技术参数，以便操作人员 及时进行调节。每套设备价格较高。 在生产的各个流程中进行实时监测， 能够监控全部的生产过程。
9 4 0 米 7 0° 人 工 井 底 : 1 0 0 0 米 ; 9-5/8"套 管 1015米 12-1/4"井 眼 1020米
29
29
潜油电泵变频调产原理
与油井产能 匹配好，调 产范围大， 延长检泵周 期，减小作 业费用，有 效提高产量 。
30
30
提高频率的增产效果

地层静压为8MPA，最大生产压差4.5MPA
机采井生产中的几个问题
② 调产能力差，局限性大
油嘴调产是通过改变油嘴大小来实现产量的调整，在现场应用较为普 遍，当油嘴改变较大时，就改变了泵的工作点。存在较大的局限，其调产范 围较小，并对泵的寿命有直接的影响。并且随着无人小平台的增加，这种调 产方式难以满足生产需要。
油嘴大小与产液量关系曲线
135
NB35-2
20
20
数据远程传送
远程数据采集与传输系统示意图
•通过数据无线传输，可将平台的情况实时反映到陆地，为相关部门管理油
田提供决策依据。
21
21
陆地接收终端与数据处理中心
陆地数据中心操作界面 短信查看及编辑界面
•处理平台发送的数据，再配发到各用户终端。实现在陆地对油井生产
进行实时监控的功能，并进一步指导实际生产，提高生产效率。