螺杆泵井综合测试及生产优化系统的制作方法

螺杆泵井综合测试及生产优化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种螺杆泵井综合测试及生产优化系统，所述螺杆泵井综合测试及生产优化系统包括：螺杆泵偏心测试系统、与所述螺杆泵偏心测试系统连接的地面控制及数据采集系统、与所述地面控制及数据采集系统连接的无线传输系统、以及后台分析评价系统，所述后台分析评价系统与无线传输系统以及所述地面控制及数据采集系统连接。本实用新型能够利用监控平台优化螺杆泵的工作参数，并将优化后的工作参数远传到螺杆泵井口的控制单元，实时调节螺杆泵转速，能真正延长螺杆泵的检泵周期，提高经济效益。
【专利说明】螺杆泵井综合测试及生产优化系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及采油领域，具体涉及一种螺杆泵井综合测试及生产优化系统。
【背景技术】
[0002]螺杆泵作为一种新型的人工采油举升方式，具有投资少、设备结构简单、操作方便、节能效果显著、适应性强、占地面积少等优点。经过多年的发展与应用，仅大庆油田在运行螺杆泵井数已经超过8000 口，平均检泵周期已经达到600天，成为继抽油机之后的最主要人工举升方式。
[0003]螺杆泵在现场运行当中仍存在一些问题，与抽油机相比检泵周期要短100多天。主要原是由于采油螺杆泵定子所采用的材料主要为丁腈橡胶，且螺杆泵的工作条件十分复杂，如高温、高压、工作时间长，有腐蚀性介质、受周期性挤压力等，不同采出液性质及使用条件对定子橡胶的要求存在着差异，并逐渐老化、泵效降低，与室内水力特性检测结果有较大的区别。不能获得准确监测螺杆泵及螺杆泵井的信息，导致无法对螺杆泵的工作参数进行优化，进而无法采取有效措施延长其检泵周期。
[0004]目前螺杆泵举升技术所采用的地面驱动头和采油管柱的结构是同心驱动头和同心采油管柱。也就是说，驱动头光杆的中心线与井筒中心重合，举升通道即油管的中心和井筒中心也重合。这种结构造成油套环空空间很小，很难下入测试设备，造成了螺杆泵井综合测试难度大，不能对油井产层的压力、流量等参数进行实时监测，对螺杆泵井和螺杆泵的信息掌握不全面，使螺杆泵的工作性能、工作寿命和油井产能等均受到很大影响。
[0005]另一方面是由于常规人工周期性上井测试手段不能全面获取生产运行参数，不能及时发现井况异常变化情况，使得措施不及时、效果变差。尽管数据信息的近距离和远传技术已经用于抽油机等举升方式的监测，以获得示功图等动态信息，但这种监测技术对于螺杆泵井的生产监测还不成熟。如前述，由于螺杆泵综合测试技术的制约，螺杆泵井的数据实时远传一般仅限于其地面光杆扭矩、转速等数据，通过这些有限数据很难正确分析并判断油井状态和螺杆泵工况，进而提出相应的生产优化措施，这些工作离成熟技术还有较大距离。

【发明内容】

[0006]本实用新型旨在降低螺杆泵井的测试难度，实现油井状态和螺杆泵工况的综合监测，优化螺杆泵井生产参数，进而对螺杆泵进行实时控制。
[0007]为此，本实用新型提出一种螺杆泵井综合测试及生产优化系统，所述螺杆泵井综合测试及生产优化系统包括:螺杆泵偏心测试系统、与所述螺杆泵偏心测试系统连接的地面控制及数据采集系统、与所述地面控制及数据采集系统连接的无线传输系统、以及后台分析评价系统，所述后台分析评价系统与无线传输系统以及所述地面控制及数据采集系统连接；其中，
[0008]螺杆泵偏心测试系统包括:设置在井筒之上的偏心地面驱动装置以及设置在井筒内并与所述偏心地面驱动装置连接的偏心举升管柱，所述偏心举升管柱至少包括:从上至下依次连接的偏心旋转井口、油管、螺杆泵，以及设置在所述螺杆泵外的测试电缆；
[0009]所述地面控制及数据采集系统包括:与所述螺杆泵连接的电控箱、以及设置在井筒内的数据采集用传感器，所述数据采集用传感器与所述偏心举升管柱连接；
[0010]无线传输系统，设置在地面上，所述无线传输系统包括:无线发射装置以及与所述无线发射装置连接的无线接收装置；
[0011]所述后台分析评价系统设置在地面上，所述后台分析评价系统包括:电脑。
[0012]进一步地，所述偏心地面驱动装置包括:驱动头光杆，所述驱动头光杆中心线相对井筒中心线偏心；测试旁通引管，所述测试旁通引管的下端与偏心旋转井口连接。
[0013]进一步地，所述测试旁通引管的上端与测试防喷管连接。
[0014]进一步地，所述偏心举升管柱还包括:依次连接在所述油管与所述螺杆泵之间的油管旋转器和油管扶偏器。
[0015]进一步地，所述数据采集用传感器包括:连接在驱动头光杆上的光杆载荷传感器、设置在油管内的油压传感器、设置在井筒上部并连接在测试电缆上的套压液面传感器、以及设置在井筒底部并连接在测试电缆上的井下温度压力传感器。
[0016]进一步地，所述地面控制及数据采集系统还包括:与所述电控箱连接的数据采集及控制装置。
[0017]进一步地，所述油管旋转器包括:内套、分别连接在所述内套两端的油管上接头和油管下接头、以及设置所述油管上接头和所述内套之间的钢球。
[0018]进一步地，所述油管旋转器还包括:设置所述油管上接头和所述内套之间的密封圈，所述密封圈位于所述钢球的两侧。
[0019]进一步地，所述油管旋转器还包括:设置所述油管上接头和所述内套之间的锁环，所述锁环位于所述油管上接头的下端。
[0020]本实用新型的螺杆泵偏心测试系统I包括偏心地面驱动装置5和偏心举升管柱两部分，主要功能是给螺杆泵井下测试提供通道；通过地面控制及数据采集系统2将生产运行参数利用无线传输系统3返回到后台分析评价系统4 ;后台分析评价系统4通过计算模型对生产状况进行实时分析评价，判断螺杆泵生产系统工况是否正常，并及时给出对应调整措施及预警，通过无线传输系统3将控制指令发送到地面控制及数据采集系统2，调整螺杆泵举升系统的运行参数；同时，后台分析评价系统4还可以给出运行日报、月报等系列报表，对油井生产状况进行动态分析评价。
[0021]专门的螺杆泵偏心测试系统，能够允许测试电缆和传感器下入到螺杆泵井的油套环空，测量油井的动态参数，如压力、流量、温度等数据；通过螺杆泵偏心测试系统、地面控制及数据采集系统、无线传输系统、后台分析评价系统等4个部分的配合，可以实现在用螺杆泵及螺杆泵井的生产优化，甚至是闭环优化控制；通过该发明的应用，可以极大提高螺杆泵井的管理水平，延长螺杆泵井的检泵周期，提前发现螺杆泵的故障，提高油井采收率。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1为本实用新型实施例的螺杆泵井综合测试及生产优化系统的整体结构示意图；[0023]图2为本实用新型实施例的油管旋转器的结构示意图。
[0024]附图标号说明:
[0025]I 一螺杆泵偏心测试系统、2—地面控制及数据采集系统、3—无线传输系统、4 一后台分析评价系统、5一偏心地面驱动装置、6一偏心旋转井口、7一油管、8一油管旋转器、9一油管扶偏器、10—螺杆泵、11一电控箱、12—光杆载荷传感器、13—油压传感器、14一套压液面传感器、15—井下温度压力传感器、16-油管下接头、17-内套、18-锁环、19-油管上接头、20—密封圈、21-钢球、22—密封圈30-测试电缆40-井筒
【具体实施方式】
[0026]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】

【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】。
[0027]如图1所示，螺杆泵井综合测试及生产优化系统包括:螺杆泵偏心测试系统1、与所述螺杆泵偏心测试系统连接的地面控制及数据采集系统2、与所述地面控制及数据采集系统连接的无线传输系统3、以及后台分析评价系统4，所述后台分析评价系统与无线传输系统以及所述地面控制及数据采集系统连接；其中，
[0028]螺杆泵偏心测试系统I包括:设置在井筒40之上的偏心地面驱动装置5以及设置在井筒内并与所述偏心地面驱动装置连接的偏心举升管柱，所述偏心举升管柱至少包括:从上至下依次连接的偏心旋转井口 6、油管7、螺杆泵8，以及设置在所述螺杆泵外的测试电缆30，测试电缆30伸入到井筒40中，用于测试相关参数；偏心地面驱动装置5的结构与同心地面驱动装置在驱动方面的功能和结构相类似，二者的区别有两点:(1)驱动头光杆中心线相对井筒中心线偏心，容许油管柱贴在偏心一侧的井筒壁上；(2)驱动头上设置测试芳通引管；
[0029]所述地面控制及数据采集系统2包括:与所述螺杆泵连接的电控箱11、以及设置在井筒内的数据采集用传感器，所述数据采集用传感器与所述偏心举升管柱连接，地面控制及数据采集系统2的主要功能是:(I)控制螺杆泵的运行；(2)获取并采集电参、工作载荷、驱动头振动、产液量、动液面、油套压等地面参数，而井下传感器主要用于获取射孔位置流体温度、压力、产液剖面等地层流体参数；(3)将采集数据传递给无线传输系统3 ；
[0030]无线传输系统3，设置在地面上，用于将地面控制及数据采集系统2采集的数据无线传递到后台分析评价系统4，以进行远程控制；所述无线传输系统包括:无线发射装置以及与所述无线发射装置连接的无线接收装置，无线发射装置将采集的数据无线传出，无线接收装置接收无线发射装置传出的数据；为了进一步优化传输效果，无线传输系统3又可以分为2个功能模块:(1)近距离无线传输模块；(2)远距离传输模块。为了降低技术实施的成本，可以将多个临近井口的近距离无线传输模块的数据集中传递到一个远距离传输模块，并由远距离传输模块将数据通过民用通信技术传递至后台分析评价系统4 ；
[0031]所述后台分析评价系统4设置在地面上，所述后台分析评价系统4包括:电脑。后台分析评价系统4的功能是:(I)通过民用网络接收采集数据；(2)根据所采集数据，通过后台评价系统判断螺杆泵机、杆、泵的状态；(3)根据油藏和油井产液模型、螺杆泵水力特性模型，以产液量、沉没度等作为约束，对在用螺杆泵转速等工作参数进行优化，对待用螺杆泵、抽油杆进行选型，使得系统效率最高或产液量最大化；(4)将优化后的螺杆泵工作参数(转速)通过民用网络传递给无线传输系统3，无线传输系统3进而将工作参数传递给地面控制及数据采集系统2，地面控制及数据采集系统2通过电控箱对螺杆泵转速进行变频控制，或者对螺杆泵进行开关操作；(5)根据采集数据给出运行日报、月报，对油井生产状况进行动态分析。
[0032]本实用新型为螺杆泵测试设计了专门的螺杆泵偏心测试系统，能够允许测试电缆和传感器下入到螺杆泵井的油套环空，测量油井的动态参数，如压力、流量、温度等数据；通过螺杆泵偏心测试系统、地面控制及数据采集系统、无线传输系统、后台分析评价系统等4个部分的配合，可以实现在用螺杆泵及螺杆泵井的生产优化，甚至是闭环优化控制；通过该发明的应用，可以极大提高螺杆泵井的管理水平，延长螺杆泵井的检泵周期，提前发现螺杆泵的故障，提高油井采收率。
[0033]进一步地，所述偏心地面驱动装置5包括:驱动头光杆，所述驱动头光杆中心线相对井筒中心线偏心，容许油管柱贴在偏心一侧的井筒壁上；驱动头上设置测试旁通引管，测试旁通引管，可以导引测试设备顺利进入并通过偏心旋转专用井口的偏心通道，继而下入油、套环空测试通道。所述测试旁通引管的下端与偏心旋转井口连接。所述测试旁通引管的上端与测试防喷管连接。通过密封阀门能够起到测试前后的井口密封作用。
[0034]进一步地，所述偏心举升管柱还包括:依次连接在所述油管与所述螺杆泵之间的油管旋转器8和油管扶偏器9。
[0035]图1中，在螺杆泵偏心测试系统I中，偏心举升管柱由井口到井下依次由:偏心旋转井口 6、油管7、油管旋转器8、油管扶偏器9、螺杆泵10等部件组成，与常规螺杆泵举升管柱差别的主要部件是偏心旋转井口 6、油管旋转器8、油管扶偏器9。偏心旋转井口 6内部的生产通道与油管(柱)7通过螺纹进行连接，其上法兰体起到常规专用井口油管挂的作用，并可实现旋转，以保证测试仪器进入测试通道；扶偏器9的作用是使油管柱7偏向一侧，从而扩大另一侧油套环空，形成测试通道，既保证了测试仪器的自由起下，又实现了泵在运行过程中的扶持减震；油管旋转器8安装在泵上第一根油管的上端，通过旋转地面偏心旋转井口 6带动油管旋转器8以上的油管管柱旋转。在进行井下测试时，若测试电缆不能顺利进入测试通道或测试仪器牵引绳缠绕油管7，可通过旋转油管柱7来保证其顺利下入。
[0036]进一步地，如图2，所述油管旋转器8包括:内套17、分别连接在所述内套两端的油管上接头19和油管下接头16、以及设置所述油管上接头和所述内套之间的钢球21。这样，转动油管旋转器8上部的油管管柱时，油管上接头19与管柱同时旋转，内套17与油管上接头19之间装有钢球21，钢球21随着油管上接头19转动，内套17通过油管下接头16与下部管柱相连，从而实现了旋转器上接头19以上油管和偏心井口 6同时旋转的目的。
[0037]进一步地，如图2，所述油管旋转器还包括:设置所述油管上接头和所述内套之间的密封圈20和密封圈22，所述密封圈20和密封圈22位于所述钢球21的两侧，以实现密封。
[0038]进一步地，如图2，所述油管旋转器还包括:设置所述油管上接头19和所述内套之间的锁环18，所述锁环18位于所述油管上接头的下端，用于锁紧或对油管上接头19定位。
[0039]进一步地，如图1，所述数据采集用传感器包括:连接在驱动头光杆上的光杆载荷传感器12、设置在油管内的油压传感器13、设置在井筒上部并连接在测试电缆上的套压液面传感器14、以及设置在井筒底部并连接在测试电缆上的井下温度压力传感器15。这些传感器可以通过电缆临时下入，也可以在下泵时下入作为永置式传感器。
[0040]进一步地，所述地面控制及数据采集系统还包括:与所述电控箱连接的数据采集及控制装置，数据采集及控制装置例如为集成电路模块或控制器等，集成在电控箱11上，能够控制系统时钟和采样方式(如数据采集的频率等)，对采集数据进行转换，将数据传递给无线传输系统3，同时还可以对电控箱进行变频控制。
[0041]本实用新型能够利用监控平台优化螺杆泵的工作参数，并将优化后的工作参数远传到螺杆泵井口的控制单元，实时调节螺杆泵转速，能真正延长螺杆泵的检泵周期，提高经济效益。
[0042]以上所述仅为本实用新型示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述螺杆泵井综合测试及生产优化系统包括:螺杆泵偏心测试系统、与所述螺杆泵偏心测试系统连接的地面控制及数据采集系统、与所述地面控制及数据采集系统连接的无线传输系统、以及后台分析评价系统，所述后台分析评价系统与无线传输系统以及所述地面控制及数据采集系统连接；其中， 螺杆泵偏心测试系统包括:设置在井筒之上的偏心地面驱动装置以及设置在井筒内并与所述偏心地面驱动装置连接的偏心举升管柱，所述偏心举升管柱至少包括:从上至下依次连接的偏心旋转井口、油管、螺杆泵，以及设置在所述螺杆泵外的测试电缆； 所述地面控制及数据采集系统包括:与所述螺杆泵连接的电控箱、以及设置在井筒内的数据采集用传感器，所述数据采集用传感器与所述偏心举升管柱连接； 无线传输系统，设置在地面上，所述无线传输系统包括:无线发射装置以及与所述无线发射装置连接的无线接收装置； 所述后台分析评价系统设置在地面上，所述后台分析评价系统包括:电脑。
2.如权利要求1所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述偏心地面驱动装置包括:驱动头光杆，所述驱动头光杆中心线相对井筒中心线偏心；测试旁通引管，所述测试旁通引管的下端与偏心旋转井口连接。
3.如权利要求2所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述测试旁通引管的上端与测试防喷管连接。
4.如权利要求1所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述偏心举升管柱还包括:依次连接在所述油管与所述螺杆泵之间的油管旋转器和油管扶偏器。
5.如权利要求1所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述数据采集用传感器包括:连接在驱动头光杆上的光杆载荷传感器、设置在油管内的油压传感器、设置在井筒上部并连接在测试电缆上的套压液面传感器、以及设置在井筒底部并连接在测试电缆上的井下温度压力传感器。
6.如权利要求1所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述地面控制及数据采集系统还包括:与所述电控箱连接的数据采集及控制装置。
7.如权利要求4所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述油管旋转器包括:内套、分别连接在所述内套两端的油管上接头和油管下接头、以及设置所述油管上接头和所述内套之间的钢球。
8.如权利要求7所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述油管旋转器还包括:设置所述油管上接头和所述内套之间的密封圈，所述密封圈位于所述钢球的两侧。
9.如权利要求7所述的螺杆泵井综合测试及生产优化系统，其特征在于，所述油管旋转器还包括:设置所述油管上接头和所述内套之间的锁环，所述锁环位于所述油管上接头的下端。
【文档编号】E21B47/009GK203441472SQ201320477395
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】刘合, 裴晓含, 张立新 申请人:中国石油天然气股份有限公司