樊庄煤层气井专用电潜泵排采系统研究精品PPT课件
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沁水樊庄煤层气田煤层具有埋藏浅（450～700m）、 产水量较少（0.3～55 m3/d）的特点，煤层气井主要介 质为含气、含煤粉、煤屑或压裂砂等固体颗粒的煤层水。
在排采上要求以小沉没度、小排量、防气体和固体 颗粒干扰、长期连续稳定的控制为主。
简述
针对常规抽油机排采系统存在难以实现井 底压力平稳控制、容易受气体干扰和卡泵、不 适合斜井和水平井、成本高、设备可控制性差 等技术问题 在2007年开始研制一套煤层气井专用排采设备
回流控制柜 回流井口
1 系统构成
1.4 配套系统及功能 （2）电压升压稳压装置
为了实现稳定供电，为井 下机组在复杂供电情况下的安 全运行提供保证，研制了一套 电压升压稳压装置。
升压稳压装置由升压变压 器、变频器和滤波器组成，在 电网电压波动或负载冲击时， 均保证稳压输出，无波形失真 。
电压升压稳压装置
已获得国家专利。
1 系统构成
排采系统组成
举升系统：煤层气井专用潜水 离心泵、潜水电机、动力电缆、筛 管、井口等；
井下压力信号采集系统：井下 高精度数字压力计、信号电缆；
地面控制系统：变频器、升压 变压器、滤波器、远程通讯模块、 控制器、液晶触摸屏等。
配套系统
排采系统组成示意图
1 系统构成
1.1 举升系统 专用潜水离心泵和潜水电机作
变频器
正弦 滤波器
电 动 机
上位机
远程通讯 模块
控制器
信号采集 模块
智能控制系统示意图
1 系统构成
1.2 地面智能控制系统
系统功能
功能
备注
使电机平滑启动，启动的过程都不存在冲击转矩，减少启动 软启动
电流对电机绝缘的损害，降低机械冲击扭矩对机组的破坏。
升压 稳压
由于煤层气电潜泵井动力电缆上的压降比较大，同时电网电 压的波动范围较大。根据现场电源电压情况和井深，对升压变压 器选择合适的档位，同时控制变频器输出电压，以达到升压稳压 的目的。
在控制液面下降时，采用定 设定值 时调节的方式，在固定的时间点， 对当前液面和预期液面作比较、 调整，实现对预期液面的定时追 踪。
变频器
电机转速
控制 器
排水量
液面下降速 度
智能控制原理图
1 系统构成
1.2 地面智能控制系统 由升压变压器、变频器、控制器、正弦滤波器、远程通
讯模块等组成
380V 升压 变压器
煤层气井专用电潜泵排采系统技术
Study on special ESP drainage system for Qinshui CBM well
简述
国外煤层气井用常规抽油机管式泵基本满足排采需 求，少量使用油气田螺杆泵和电动潜油离心泵。
受此影响，国内煤层气开发中抽油机管式泵的方式 占到95%以上，螺杆泵和电动潜油泵也有少量试验。
使之满足沁水煤层气田排采规律的要求 提高沁水煤层气开发水平
简述
与抽油机、螺杆泵设备相比，电潜离心泵由于排量变 化范围较大，易于采用变频闭环控制实现排量的连续稳定 调节，突显了电潜离心泵技术在煤层气领域应用的可能性。
但由于煤层气井用的油田电动潜油离心泵工艺复杂且 控制、保护等配套技术不成熟，通常用在沉没度大于200m、 排量较大的井中，或进行间抽，应用效果不理想。
பைடு நூலகம்
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统
井下电子式压力计
数字式压力计采用国外进口高精度传感器，采用特殊的标定方 法，保证了低端高精度测试要求。
数字式压力计低端标定图
数字式压力计配件实物图
1 系统构成
1.4 配套系统及功能 （1）回流装置
煤层气开采后期，液面接近煤层， 液面比较低，产水量很小。
设计回流装置使部分产出流体返 回井下，既满足煤层气井煤粉产出需 求，又解决潜水电机散热问题，还保 证回流液体不返流到煤层，不会导致 煤层压力波动和煤层污染。
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统
温度传 感器
压力传 感器
信号调理
电路
F
多/
路V 单
开转 片
关换 机
信号调理
器
电路
串行通 信接口
电源控 制部分
井下电子式压力计
井下压力温度测试仪原理框图
数字式压力计实物图
在压力计上加装液位开关，在液面低于液位开关时，自动断电停 机；一旦液面高于液位开关，电机可以自动启动。
2 关键技术及创新点
关键技术： （1）以控制井底压力为核心的智能闭环控制技术； （2）井底压力的长期高精度监测技术； （3）井下机组保护及配套技术。
控制
手动控制：可根据现场的实际排采情况，通过手动调节变频 器的输出频率，从而改变电机转速来控制电潜泵的排量。
自动控制：根据排采制度的要求，设定液面的下降速度，控 制器按照下达的指令，自动控制变频器的输出频率，最终使实际 的液面下降速度与设定值一致，达到连续、平稳降液面的目的。
远程控制：通过安装无线数传通讯模块，对电潜泵进行远程
因此，XX油田开展了煤层气井专用电潜泵智能排采技 术研究，以适应煤层气的排采规律及特殊运行环境需求。
简述
经20多井次试验研究，研制成功了具备智能 控制的煤层气专用排采系统。
该系统打破了油田用电潜离心泵只适合于大 排量、大沉没度的传统观念，是立足于煤层气开 发理论和特殊环境下的新产品，为我国煤层气高 效开采提供了一项配套技术。
针对井下压力监测方 面存在的问题，自主研发 了数字式压力计及配套施 工技术。
性能 适用频率
低端精度高 动力与信号电缆两侧分布 PVC电缆改换铠装电缆
低端精度 稳定性
零点漂移 抗干扰性
模拟式压力 计
工频 分段标定难 保证，1%-
5%/年 难保证
较大 一般
数字式压力计 工频、变频
分段标定易保证 0.5%-1%/年 易保证 较小 好
为举升系统的关键设备，它们的结 构和性能对整个排采系统至关重要。
根据煤层气井的排采需求，合 理选择泵型，目前潜水离心泵主要 有QSDB-20/550和20/800 两种型号。
采用进口电机，额定电压380V， 额定电流17.1A，功率7.5KW
1 系统构成
1.2 智能控制原理
根据井底流压变化情况，按 要求控制变频器改变电机转速来 调整排量，使液面按煤层气井的 排采规律要求下降。
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统 井底流压是控制系统的核心参数，电潜泵系统井
底压力监测存在以下难点：长期不间断井下运行导致 漂移、存在强电干扰、测量范围广且低端精度要求高。
先后试用多种国内外知名压力计，存在寿命短、低端精 度差、信号杂乱无法控制等问题。
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统
在排采上要求以小沉没度、小排量、防气体和固体 颗粒干扰、长期连续稳定的控制为主。
简述
针对常规抽油机排采系统存在难以实现井 底压力平稳控制、容易受气体干扰和卡泵、不 适合斜井和水平井、成本高、设备可控制性差 等技术问题 在2007年开始研制一套煤层气井专用排采设备
回流控制柜 回流井口
1 系统构成
1.4 配套系统及功能 （2）电压升压稳压装置
为了实现稳定供电，为井 下机组在复杂供电情况下的安 全运行提供保证，研制了一套 电压升压稳压装置。
升压稳压装置由升压变压 器、变频器和滤波器组成，在 电网电压波动或负载冲击时， 均保证稳压输出，无波形失真 。
电压升压稳压装置
已获得国家专利。
1 系统构成
排采系统组成
举升系统：煤层气井专用潜水 离心泵、潜水电机、动力电缆、筛 管、井口等；
井下压力信号采集系统：井下 高精度数字压力计、信号电缆；
地面控制系统：变频器、升压 变压器、滤波器、远程通讯模块、 控制器、液晶触摸屏等。
配套系统
排采系统组成示意图
1 系统构成
1.1 举升系统 专用潜水离心泵和潜水电机作
变频器
正弦 滤波器
电 动 机
上位机
远程通讯 模块
控制器
信号采集 模块
智能控制系统示意图
1 系统构成
1.2 地面智能控制系统
系统功能
功能
备注
使电机平滑启动，启动的过程都不存在冲击转矩，减少启动 软启动
电流对电机绝缘的损害，降低机械冲击扭矩对机组的破坏。
升压 稳压
由于煤层气电潜泵井动力电缆上的压降比较大，同时电网电 压的波动范围较大。根据现场电源电压情况和井深，对升压变压 器选择合适的档位，同时控制变频器输出电压，以达到升压稳压 的目的。
在控制液面下降时，采用定 设定值 时调节的方式，在固定的时间点， 对当前液面和预期液面作比较、 调整，实现对预期液面的定时追 踪。
变频器
电机转速
控制 器
排水量
液面下降速 度
智能控制原理图
1 系统构成
1.2 地面智能控制系统 由升压变压器、变频器、控制器、正弦滤波器、远程通
讯模块等组成
380V 升压 变压器
煤层气井专用电潜泵排采系统技术
Study on special ESP drainage system for Qinshui CBM well
简述
国外煤层气井用常规抽油机管式泵基本满足排采需 求，少量使用油气田螺杆泵和电动潜油离心泵。
受此影响，国内煤层气开发中抽油机管式泵的方式 占到95%以上，螺杆泵和电动潜油泵也有少量试验。
使之满足沁水煤层气田排采规律的要求 提高沁水煤层气开发水平
简述
与抽油机、螺杆泵设备相比，电潜离心泵由于排量变 化范围较大，易于采用变频闭环控制实现排量的连续稳定 调节，突显了电潜离心泵技术在煤层气领域应用的可能性。
但由于煤层气井用的油田电动潜油离心泵工艺复杂且 控制、保护等配套技术不成熟，通常用在沉没度大于200m、 排量较大的井中，或进行间抽，应用效果不理想。
பைடு நூலகம்
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统
井下电子式压力计
数字式压力计采用国外进口高精度传感器，采用特殊的标定方 法，保证了低端高精度测试要求。
数字式压力计低端标定图
数字式压力计配件实物图
1 系统构成
1.4 配套系统及功能 （1）回流装置
煤层气开采后期，液面接近煤层， 液面比较低，产水量很小。
设计回流装置使部分产出流体返 回井下，既满足煤层气井煤粉产出需 求，又解决潜水电机散热问题，还保 证回流液体不返流到煤层，不会导致 煤层压力波动和煤层污染。
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统
温度传 感器
压力传 感器
信号调理
电路
F
多/
路V 单
开转 片
关换 机
信号调理
器
电路
串行通 信接口
电源控 制部分
井下电子式压力计
井下压力温度测试仪原理框图
数字式压力计实物图
在压力计上加装液位开关，在液面低于液位开关时，自动断电停 机；一旦液面高于液位开关，电机可以自动启动。
2 关键技术及创新点
关键技术： （1）以控制井底压力为核心的智能闭环控制技术； （2）井底压力的长期高精度监测技术； （3）井下机组保护及配套技术。
控制
手动控制：可根据现场的实际排采情况，通过手动调节变频 器的输出频率，从而改变电机转速来控制电潜泵的排量。
自动控制：根据排采制度的要求，设定液面的下降速度，控 制器按照下达的指令，自动控制变频器的输出频率，最终使实际 的液面下降速度与设定值一致，达到连续、平稳降液面的目的。
远程控制：通过安装无线数传通讯模块，对电潜泵进行远程
因此，XX油田开展了煤层气井专用电潜泵智能排采技 术研究，以适应煤层气的排采规律及特殊运行环境需求。
简述
经20多井次试验研究，研制成功了具备智能 控制的煤层气专用排采系统。
该系统打破了油田用电潜离心泵只适合于大 排量、大沉没度的传统观念，是立足于煤层气开 发理论和特殊环境下的新产品，为我国煤层气高 效开采提供了一项配套技术。
针对井下压力监测方 面存在的问题，自主研发 了数字式压力计及配套施 工技术。
性能 适用频率
低端精度高 动力与信号电缆两侧分布 PVC电缆改换铠装电缆
低端精度 稳定性
零点漂移 抗干扰性
模拟式压力 计
工频 分段标定难 保证，1%-
5%/年 难保证
较大 一般
数字式压力计 工频、变频
分段标定易保证 0.5%-1%/年 易保证 较小 好
为举升系统的关键设备，它们的结 构和性能对整个排采系统至关重要。
根据煤层气井的排采需求，合 理选择泵型，目前潜水离心泵主要 有QSDB-20/550和20/800 两种型号。
采用进口电机，额定电压380V， 额定电流17.1A，功率7.5KW
1 系统构成
1.2 智能控制原理
根据井底流压变化情况，按 要求控制变频器改变电机转速来 调整排量，使液面按煤层气井的 排采规律要求下降。
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统 井底流压是控制系统的核心参数，电潜泵系统井
底压力监测存在以下难点：长期不间断井下运行导致 漂移、存在强电干扰、测量范围广且低端精度要求高。
先后试用多种国内外知名压力计，存在寿命短、低端精 度差、信号杂乱无法控制等问题。
1 系统构成
1.3 井下压力信号采集系统