基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，包括位于地面的用以接收和运算井下参数的数据采集及控制装置11，所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统在油井下设置有井下多参数测试仪20，所述井下多参数测试仪20设有一外壳35以及一马龙头21，一动力及信号电缆16的一端密封穿设所述的马龙头21而伸入井下多参数测试仪20内部，而所述动力及信号电缆16的另一端沿油管6外壁向上延伸出井口外，并通过套管管汇8连接于所述的数据采集及控制装置11。解决了现有技术中的电潜泵井无法实时、准确的监测油井动液面而导致的电机空载、过载、过热、卡泵等诸多问题，减少了低效甚至无效的抽取。
【专利说明】基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型关于石油测井【技术领域】，特别是关于油田开采领域的作业工具，具体的讲是一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统。
【背景技术】
[0002]电潜泵又称潜油电泵，其采油过程是将潜油电机和多级离心泵一起下入油井液面以下，通过地面的变压器、控制柜及动力电缆将电能输送给井下电机并带动离心泵旋转，从而把井下液体举升到地面。目前，电潜泵采油系统由于具有排量大、泵效高、占地少及管理方便等特点，已作为一种重要的采油方式广泛应用于油田生产中，但电潜泵采油系统自身的一些缺点也限制了该技术的大规模推广应用，由于电潜泵的使用维护与抽油机也有很大不同，电潜泵必须保证合理沉没度(合理的动液面)，如果动液面过低，供液不足将会导致电机空载过热、泵效降低，造成了严重的能源浪费，严重时会烧毁电机；另外，当电潜泵应用于稠油生产时，由于原油粘度大、含水波动大，还常出现过载、卡泵等现象。
[0003]以电潜泵采油方式为主的油井，在开发生产过程中，井下的温度、压力、含水率、动液面、套压、电机振动及光杆悬点载荷等参数是重要的生产管理资料，及时准确的油井运行状态监测数据为电潜泵采油系统设计、智能控制、故障诊断及生产方案调整提供了重要依据。目前油井含水率的测试主要采用的是井口人工取样化验的方法，其测试结果不能及时、连续的反映油井整个生产过程的含水变化情况，同时增加了工人的劳动强度，当采用在线仪表进行测试时，受含气、间出(非满管流)等影响，误差较大。另外采用回声法进行油井动液面测试时，难以实现在线测试，而且受环空内“泡沫段”及井壁结蜡等因素的影响，测试误差较大(几十米到几百米不等)，影响了对油井生产的正确评价。
实用新型内容
[0004]为了克服现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，解决了现有技术中的电潜泵井无法实时、准确的监测油井动液面而导致的电机空载、过载、过热、卡泵等诸多问题，减少了低效甚至无效的抽取，从而达到高效节能，降低机器损耗，减少维护成本，节能的同时增加电潜泵的使用寿命，为数字化油田建设奠定了基础。
[0005]本实用新型的目的是，提供一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，包括位于地面的用以接收和运算井下参数的数据采集及控制装置11，所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统在油井下设置有井下多参数测试仪20，所述井下多参数测试仪20设有一外壳35以及一马龙头21，一动力及信号电缆16的一端密封穿设所述的马龙头21而伸入井下多参数测试仪20内部，而所述动力及信号电缆16的另一端沿油管6外壁向上延伸出井口外，并通过套管管汇8连接于所述的数据采集及控制装置11。
[0006]优选的，所述的井下多参数测试仪20上还设置有悬挂部件22，通过所述的悬挂部件22将所述的井下多参数测试仪20悬挂在托筒19上，所述动力及信号电缆16穿过一扶正装置18。
[0007]优选的，所述托筒19通过一接箍连接在一电潜泵电机I下，所述电潜泵电机I与电机保护器2、气液分离器3、多级离心泵4依次连接。
[0008]优选的，所述基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统还包括一电缆保护器17，所述的电缆保护器17通过螺纹连接在油管6上，所述动力及信号电缆通过套管管汇
8、套管闸门15，并经由动力及信号电缆密封器14连接到所述数据采集装置。
[0009]优选的，所述套管管汇上设置有测试套压的压力传感器9，测试套压的信号通过信号线10传送至所述的数据采集及控制装置。
[0010]优选的，所述的井下多参数测试仪的上端部设有起到扶正作用的金属片扶正器29。
[0011]优选的，所述井下多参数测试仪的外壳为不锈钢材质，且外壳外壁涂有防腐涂层。
[0012]优选的，所述基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统还包括一无铠测井电缆34，所述的无铠测井电缆34与一电路板25插接，一传感器组布置在所述井下多参数测试仪的电路板25的同侧。
[0013]优选的，所述井下多参数测试仪的传感器组设有一温度传感器28、一含水率传感器32以及一压力传感器33，所述井下多参数测试仪的外壳在传感器组的位置设置有可通过液流的进液口 31和出液口 27。
[0014]优选的，所述的铠测井电缆34的引出线处采用双锥形密封圈23的密封方式，所述的电路板25与所述的传感器组通过金属密封圈26分隔。
[0015]本实用新型的有益效果在于，提供了一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，解决了现有技术中的电潜泵井无法实时、准确的监测油井动液面而导致的电机空载、过载、过热、卡泵等诸多问题，实现了井下温度、压力、含水率及动液面等多个参数的实时、在线监测，并根据油井的工作状态研制智能型采油及控制系统，通过监测、闭环控制等手段，自动调节井下电机转速，使电机始终在最佳功率状态下运行，减少了低效甚至无效的抽取，从而达到高效节能，降低机器损耗，减少维护成本，节能的同时增加电潜泵的使用寿命，为数字化油田建设奠定了基础，同时为稳油控水、挖潜增效提供数据支持，对重点区块油井产能建设及措施调整具有重要意义。
[0016]为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本实用新型提供的一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统的结构不意图；
[0019]图2为本实用新型提供的一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统中井下多参数测试仪的结构图。[0020]附图标号:
[0021]I——电潜泵电机
[0022]2—电机保护器
[0023]3—气液分离器
[0024]4——多级离心泵
[0025]5——动液面
[0026]6-油管
[0027]7-套管
[0028]8——套管管汇
[0029]9——压力传感器
[0030]10——信号线
[0031 ]11—数据采集及控制装置
[0032]12——变压器
[0033]13-地面油管管汇
[0034]14—动力及信号电缆密封器
[0035]15——套管闸门
[0036]16——动力及信号电缆
[0037]17—接箍型电缆保护器
[0038]18——扶正装置
[0039]19-托筒
[0040]20——井下多参数测试仪
[0041]21——马龙头
[0042]22——仪器悬挂部件
[0043]23——锥形密封圈
[0044]24——电路保护外壳
[0045]25——电路板
[0046]26-金属密封圈
[0047]27——出液口
[0048]28——温度传感器
[0049]29——扶正器
[0050]30-导锥
[0051]31-进液口
[0052]32——含水率传感器
[0053]33——压力传感器
[0054]34——无铠电缆
[0055]35——仪器保护外壳。
【具体实施方式】
[0056]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0057]为了解决现有技术中的电潜泵井无法实时、准确的监测油井动液面而导致的电机空载、过载、过热、卡泵等诸多问题，本实用新型提供的一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，解决其技术问题所采用的技术路线是:研制井下温度、压力和含水率多参数直读测试仪器，采用油管外捆绑电缆的方式为电机及仪器供电并提供数据传输通道，在地面对采集的数据进行处理、分析，结合井口套压数据，进而实现井下温度、压力、含水率及动液面等多个参数的实时、在线监测。依据监测的数据，对电潜泵采油系统运行工况进行分析，将PID控制技术有机的结合起来，研制闭环采油控制系统，使其在现场应用阶段可以自动调节抽油机工作参数，始终在最佳功率状态下运行。
[0058]如图1所示，基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统包括位于地面的用以接收和运算井下参数的数据采集及控制装置11，所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统在油井下设置有井下多参数测试仪20。
[0059]图2为本实用新型提供的一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统中井下多参数测试仪的结构图，由图2可知，所述井下多参数测试仪设有一外壳35以及一马龙头21，一动力及信号电缆16的一端密封穿设所述的马龙头而伸入井下多参数测试仪内部，而所述动力及信号电缆的另一端沿油管外壁向上延伸出井口外，并通过套管管汇连接于所述的数据采集及控制装置11。
[0060]所述的井下多参数测试仪20上还设置有悬挂部件22，通过所述的悬挂部件将所述的井下多参数测试仪悬挂在托筒19上，所述动力及信号电缆穿过一扶正装置18。所述托筒19通过一接箍连接在一电潜泵电机I下，所述电潜泵电机与电机保护器2、气液分离器
3、多级离心泵4依次连接。一电缆保护器17通过螺纹连接在油管6上，随着油管的下入，电缆保护器17上有用于穿接捆绑电缆的专用通道，所述动力及信号电缆通过套管管汇8、套管闸门15，并经由动力及信号电缆密封器14连接到所述数据采集装置。
[0061]所述套管管汇8上设置有测试套压的压力传感器9，测试套压的信号通过信号线10传送至所述的数据采集及控制装置，并结合井下多参数测试仪20测得的信号进行处理、计算及分析，得到套压、泵下温度、压力、含水率及动液面5等数据并可在数据采集装置11中实时显示并进行存储，数据采集及控制装置11中安装PLC数据采集控制模块，利用得到温度、含水率及动液面参数，并通过特定的控制程序来调整电潜泵电机I运行参数，实现闭环控制，从而达到高效节能的目的。
[0062]所述的井下多参数测试仪的上端部设有起到扶正作用的金属片扶正器29。井下多参数测试仪20的上端部为专门用于连接电缆保护器17的马龙头21与托筒19连接的悬挂部件22以及用来起到仪器扶正作用的金属片扶正器29。所述井下多参数测试仪的外壳为不锈钢材质，且外壳外壁涂有防腐涂层。一无铠测井电缆34与一电路板25插接，一传感器组布置在所述井下多参数测试仪的电路板25的同侧。所述井下多参数测试仪的传感器组设有一温度传感器28、一含水率传感器32以及一压力传感器33，所述井下多参数测试仪的外壳在传感器组的位置设置有可通过液流的进液口 31和出液口 27。所述的铠测井电缆34的引出线处采用双锥形密封圈23的密封方式，所述的电路板25与所述的传感器组通过金属密封圈26分隔。
[0063]由以上技术方案所组成的本实用新型，其工作原理如下:
[0064]如图1中所示，下井时，将动力及信号电缆16中的电缆分支通过井下多参数测试仪的马龙头21与井下多参数测试仪20进行连接，通过仪器上的悬挂部件22将井下多参数测试仪20悬挂固定在托筒19上。托筒19通过接箍连接在电潜泵电机I下，电潜泵电机I上依次连接电机保护器2、气液分离器3、多级离心泵4后与多参数测试仪一并下入井中，并通过扶正装置18将电潜泵机组扶正固定，气液分离器3主要作用是分离井下的气体，提高泵效，电缆保护器17可通过螺纹连接在油管6上，随着油管的下入，电缆保护器17上有用于穿接捆绑电缆的专用通道，起到固定和保护电缆的作用，防止仪器在下井及采油过程中油管旋转或摆动时被套管7磨损。动力及信号电缆16通过套管管汇8，套管闸门15并经由动力及信号电缆密封器14连接到地面的数据采集及控制装置11中。井口装置的地面套管管汇8上有专门用来测试套压的压力传感器9，套压测试的信号通过信号线10传送到地面的数据采集及控制装置11中并结合井下多参数测试仪20测得的信号进行处理、计算及分析，得到套压、泵下温度、压力、含水率及动液面5数据，并可在数据采集及控制装置11中实时显示并进行存储，产出液通过地面油管管汇13进行外输。
[0065]数据采集及控制装置11中安装PLC数据采集控制模块，利用得到温度、含水率、电机扭矩及动液面5参数，并通过特定的控制程序来调整井下电机I的转速及变压器12所提供的电压，进而达到控制电潜泵电机I运行参数，实现闭环控制，从而达到高效节能的目的。
[0066]电潜泵 机组运行状态实时监测参数还可利用数据采集及控制装置11中的无线通讯装置传送到远端控制室的计算机中，进而实现远程动态监测。油井的含水率测试可采用射线法、短波吸收法或同轴线相位法等常规的含水率测试方法并利用测得的温度对其结果进行修正，动液面的计算遵循下面的方法:
[0067]P2=P1+ P vghv+ P lghi(I)
[0068]P1=PwCJPqCq(2)
[0069]h^h-h!(3)
[0070]式中:P2——泵下实测压力，MPa ；
[0071]P1-地面实测套压，MPa;
[0072]Pv-油套环空内天然气的密度，kg/m3 ;
[0073]hv-油套环空内天然气气柱高度，可看作动液面高度，m ；
[0074]P !——油套环空内油水混合液的密度，kg/m3 ；
[0075]hx——泵上油水混合液的液柱高度，m;
[0076]P w——水的密度，kg/m3 ；
[0077]Cw——含水率，％ ;
[0078]P。——原油的密度，kg/m3 ；
[0079]C0——原油在混合液中所占的百分比含量，kg/m3 ；
[0080]h——已知泵的悬挂深度，m ；
[0081]g-重力加速度 kg.m/s2 ο
[0082]如图2中所示，井下多参数测试仪20上端部为专门用于连接信号电缆的马龙头21和与托筒19连接的悬挂部件22以及用来起到仪器扶正作用的金属片扶正器29，测试仪器外壳35为不锈钢外壳并涂有防腐涂层，无铠测井电缆34直接与电路板25插接，无铠测井电缆34的引出线处采用双锥形密封圈23的密封方式，电路板25与传感器组为金属密封圈26分隔，外为电路保护外壳24，可耐压15MPa，温度传感器28、含水率传感器32和压力传感器33组成传感器组布置在仪器电路板25同侧，测试仪器外壳35加工成为液流提供通道的出液口 29和进液口 33，井下多参数测试仪20的端部为导锥30，防止井下多参数测试仪20在下井过程中遇阻，井下多参数测试仪20还可根据要求测试的参数布置其它功能的传感器和电路。
[0083]综上所述，本实用新型的有益成果是:提供了一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，用于油田电潜泵井中，可对套压、泵下温度、压力、含水率及动液面等多个参数的实时、在线监测(动液面测试误差小于IOm)并根据监测结果对电潜泵运行状态实现闭环控制，减少电潜泵的低效甚至无效抽取，现场试验中节能可达到20%以上，有效的杜绝了泵的空载、过载、卡泵，增加电潜泵的使用寿命的目的。该成果可为数字化油田建设奠定了基础，同时为稳油控水、挖潜增效提供数据支持，对重点区块油井产能建设及措施调整具有重要意义。
[0084]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory, RAM)等。
[0085]本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。
[0086]本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【权利要求】
1.一种基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，包括位于地面的用以接收和运算井下参数的数据采集及控制装置(11)，其特征在于: 所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统在油井下设置有井下多参数测试仪(20)，所述井下多参数测试仪(20)设有一外壳(35)以及一马龙头(21)，一动力及信号电缆(16)的一端密封穿设所述的马龙头(21)而伸入井下多参数测试仪(20)内部，而所述动力及信号电缆(16)的另一端沿油管(6)外壁向上延伸出井口外，并通过套管管汇(8)连接于所述的数据采集及控制装置(11)。
2.根据权利要求1所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述的井下多参数测试仪(20)上还设置有悬挂部件(22)，通过所述的悬挂部件(22)将所述的井下多参数测试仪(20)悬挂在托筒(19)上，所述动力及信号电缆(16)穿过一扶正装置(18)。
3.根据权利要求2所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述托筒(19 )通过一接箍连接在一电潜泵电机(I)下，所述电潜泵电机(I)与电机保护器(2)、气液分离器(3)、多级离心泵(4)依次连接。
4.根据权利要求3所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统还包括一电缆保护器(17)，所述的电缆保护器(17)通过螺纹连接在油管(6)上，所述动力及信号电缆(16)通过套管管汇(8)、套管闸门(15)，并经由动力及信号电缆密封器(14)连接到所述数据采集装置(11)。
5.根据权利要求4所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述套管管汇(8)上设置有测试套压的压力传感器(9)，测试套压的信号通过信号线(10)传送至所述的数据采集及控制装置(11 )。
6.根据权利要求5所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述的井下多参数测试仪(20)的上端部设有起到扶正作用的金属片扶正器(29)。
7.根据权利要求6所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述井下多参数测试仪(20)的外壳为不锈钢材质，且外壳外壁涂有防腐涂层。
8.根据权利要求7所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统还包括一无铠测井电缆(34)，所述的无铠测井电缆(34)与一电路板(25)插接，一传感器组布置在所述井下多参数测试仪(20)的电路板(25)的同侧。
9.根据权利要求8所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述井下多参数测试仪(20 )的传感器组设有一温度传感器(28 )、一含水率传感器(32 )以及一压力传感器(33)，所述井下多参数测试仪(20)的外壳在传感器组的位置设置有可通过液流的进液口(31)和出液口(27)。
10.根据权利要求9所述的基于井下多参数实时监测的电潜泵采油控制系统，其特征在于，所述的铠测井电缆(34)的引出线处采用双锥形密封圈(23)的密封方式，所述的电路板(25)与所述的传感器组通过金属密封圈(26)分隔。
【文档编号】E21B43/00GK203594415SQ201320630420
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】杨显志, 杨文军, 梁涛, 孙兰佳, 闫文华, 高月, 刘晶晶, 王颖 申请人:中国石油天然气股份有限公司