一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统技术方案

本发明专利技术涉及一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统，其特征在于：系统由智能控制器、变频器及专用抽油泵构成。其中智能控制器内安装有电参数测试采集装置，并写有嵌入式软件，实时测试抽油机有功功率，根据有功功率及抽油机的结构参数计算油井动液面深度，并以此为依据，在动液面到达一定范围时，自行启动智能程序，在每一次抽油机到达上死点后，不立即进入下冲程，而是控制曲柄在较小的角度范围内摆动，为专用抽油泵的充满提供时间，直到曲柄摆动到达设定时间后，启动采油程序，如此往复循环，保证高泵效的同时，保持了抽油泵始终在最佳沉没度条件下工作；同时增大抽油泵泵径，在同等产液量的条件下，大幅度减少抽油机的采油冲次数，降低系统能耗。

A non-stop pumping system with swabbing parameters matching

The invention relates to a pumping system with matching swabbing parameters, which is characterized in that the system is composed of an intelligent controller, a frequency converter and a special pumping pump. The intelligent controller is equipped with an electric parameter testing and acquisition device, and embedded software is written to test the active power of the pumping unit in real time. Based on the active power and the structural parameters of the pumping unit, the dynamic liquid level depth of the oil well is calculated. On this basis, when the dynamic liquid level reaches a certain range, the intelligent program is started by itself, and after each time the pumping unit reaches the upper dead point, it does not enter the downrush immediately. Rather, the crank is controlled to swing in a small angle range to provide time for the filling of the special pumps until the swing of the crank reaches the set time, and then the oil recovery program is started, so that the reciprocating cycle can ensure high pump efficiency while keeping the pumps working at the optimum submergence level all the time; at the same time, the diameter of the pumps is increased and greatly reduced under the condition of the same fluid production. Reduce the number of pumping unit production flushes, reduce energy consumption of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统
本专利技术涉及一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统。
技术介绍
随着采油技术的发展，油田需要对生产区块的数据进行全面的掌握，对采油设备的生产状态进行实时的感知和监控，从而实现油田的数字化管理。抽油泵下泵深度与油套环空动液面深度的差值叫做沉没度，沉没度过低，增大油管与抽油杆的磨损，同时原油脱气，黏度增大，造成杆管结蜡；沉没度过高，油井的流压就增大，当超过了合理界限时，会抑制低渗透率油层不出液，使该井的产液层层间矛盾突出；因此，有必要保证抽油机在合理的沉没度下工作。随着采油过程的进行，低产井越来越多，产量低、能耗高，普遍存在供液不足的现象，供排不协调，导致系统效率低，针对此情况，油田应用间抽采油方案，并取得了一定的节能效果。但这种长时间停机的间抽方案仍然存在一定的不适应性：①动液面变化范围大，不能保证合理的沉没度，泵供液不足，柱塞与泵筒磨损加快，同时抽汲时产生液击现象，并导致额外的冲击载荷，损伤采油系统；②停机与启抽都需要人工操作，油田油井分布较为分散，增大了油井管理的难度；③东北冬季气温低，停机时失去了抽油杆的扰动作用，增加了冻井口和结蜡的可能性，导致生产不稳定；④环空动液面变化范围大，抽油机平衡状况受影响，能耗增加。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统，能够有效降低采油成本，提高采油效率。本专利技术的技术方案：抽汲参数匹配不停机间抽采油系统主要包含地上和地下两个部分，地上部分由智能控制器和变频器组成，地下部分为专用抽油泵。智能控制器设计有电参数测试采集装置，并写有嵌入式软件，实时测试并采集电机运行时的有功功率，软件通过有功功率计算抽油机曲柄轴扭矩，结合抽油机的几何结构参数及曲柄平衡块的安装位置计算抽油机的地面示功图，再根据地面示功图计算油井动液面深度，最终确定抽油泵沉没度，智能控制器通过移动GPRS网络，实现计算数据的远程传输及抽油机的远程控制；当沉没度达到油田管理的范围时，抽油机每一次到达上死点后，不立即进入下冲程，智能控制器通过变频器控制电机低速正反转，从而使曲柄在一个较小的角度范围内摆动，摆动过程中，抽油杆随之弹性伸长或缩短，通过严格控制抽油机曲柄的摆动角度，保证摆动过程中抽油泵柱塞在泵筒最上端位置静止，配合专用的抽油泵，为抽油泵提供一个排气的时间，保证抽油泵内气体空间能够被井液充满，摆动时间根据油井的产量、有效冲程及专用抽油泵的泵径确定，摆动时间达到设定值后，进入正常采油程序，直到下一个冲程的上死点位置继续摆动，如此往复循环，保证高泵效的同时，保持了抽油泵始终在最佳沉没度条件下工作；同时增大抽油泵泵径，在同等产液量的条件下，大幅度减少抽油机的采油冲次数，降低系统能耗。由有功功率计算动液面深度的过程如下：(1)抽油机曲柄轴由电机通过皮带驱动，可通过电机有功功率计算曲柄轴净扭矩：式中：M-曲柄轴净扭矩(瞬时扭矩)，kN·m；P电机-电机瞬时输入功率，kW；μc-电机轴到曲柄轴的传动效率；μd-电机效率；ω-曲柄旋转角速度，rad/s。(2)如图2所示，曲线1为净扭矩，曲线2为油井负荷扭矩，曲线3为曲柄平衡扭矩，净扭矩由油井负荷扭矩与曲柄平衡扭矩构成，可根据净扭矩及曲柄平衡扭矩计算油井负荷扭矩Mw：式中：Mc-曲柄平衡扭矩，kN·m；G-抽油机平衡块总重量，kN；L-抽油机平衡块安装位置，m。(3)如图3所示，可由抽油机几何结构计算出油井负荷扭矩Mw计算公式：式中：a-游梁前臂长，m；b-游梁后臂长，m；r-曲柄回旋半径，m；α-连杆与曲柄夹角；β-游梁与连杆夹角；W-悬点载荷，kN。(4)计算抽油机悬点载荷W：由公式②和③可得悬点载荷W的计算公式：(5)计算动液面深度Lf式中：Lf-油井动液面深度，m；ΔW-泵功图上下载荷差，kN；ρL-油管内流体密度，kg/L；AP-柱塞面积，m2；Pt-油管压力，MPa；Pc-套管压力，MPa。专用抽油泵设计需满足排气及防砂两个功能，只有具备了可靠地排气功能，才能保证抽油泵的高泵效，可靠地防砂功能则保证了系统运行时不会因井内杂质的沉积而卡泵。排气功能设计：(1)如图4所示，泵筒(5)通过分段公差的方式珩磨而成，排气阀(6)以上部分为上段泵筒，长度较短，与柱塞(4)长度基本一致，且配合间隙较小，保证了漏失量很小，因此曲柄摆动期间，泵内的气体空间是由环空液体充满，而不是柱塞(4)上端油管中漏失的液体，排气阀(6)以下部分为下段泵筒，长度较长，为柱塞(4)正常工作段，泵筒(5)与柱塞(4)的配合间隙比上段稍大，保证抽油泵运行的可靠性；(2)在上下两段泵筒(5)的分界处，有水平设计的单向排气阀(6)；抽油泵柱塞(4)在向上运行并越过排气阀(6)时，由于泵内压力减小，排气阀(6)受环空井液的压力作用而打开，抽油机在上死点摆动时，柱塞(4)位于上段泵筒内，保持静止状态，井液经固定阀(7)进入泵筒(5)，随着泵内空间的减小，泵内的气体可从排气阀(6)排到环空，以保证抽油泵的充满，此时排气阀(6)内外压差很小，不会因为泵内排气过程而导致排气阀(6)关闭，直到采油过程开始，柱塞(4)下行越过排气阀(6)后，排气阀(6)受油管液柱压力作用而关闭。防砂功能设计：(1)在柱塞(4)外壁加工防砂槽；(2)如图5所示，柱塞(4)上端采用内倒角结构，取消传统柱塞缩径段，消除井液中泥砂的淤积空间；(3)如图5所示，在柱塞(4)上端约150mm处侧向钻直径5mm的通孔，通孔的存在保证孔的上端几乎没有漏失，没有因井液漏失的携带作用，弱化了泥砂进入泵筒(5)与柱塞(4)间隙的条件，进一步增强其防砂的功能。系统在投产后，运行状态可分为两个阶段：第一阶段为常规采油阶段，系统投产需一定的作业准备时间，此时井下动液面有所恢复，此时，井下供液能力较强，泵内充满度较高，该阶段不需启动摆动程序，正常采油。第二阶段为智能采油阶段，因随着采油过程的进行，环空动液面下降，监控动液面深度，在抽油泵沉没度达到预设值时，系统自行启动智能采油程序，同时测试抽油机在该沉没度下的能耗，确立沉没度与能耗的关系，之后根据能耗情况自动判断沉没度，并根据沉没度自动调整采油制度，实现自动智能控制。本专利技术具有的有益效果：1、应用物联网技术，实现对油田采油大数据的实时掌控，为油田优化采油方案提供准确的依据，使实现数字化油田成为可能。2、精确控制每一冲次，在抽油机上死点位置做低能耗的摆动，完善的防气、防砂措施，提高泵效及泵运行的可靠性；3、与传统长时间停机间抽方案相比，该方案主要有如下几点优势：(1)避免因长时间停机，泥砂淤积在柱塞上端而引起的卡泵事故；(2)抽油泵设计了独特的单向阀，有效的排出泵内的气体，提高泵的充满程度，保证高泵效；(3)对于结垢的抽油井，不会因停机时间过长，导致井液中的垢等物质在泵筒上的附着，避免垢卡；(4)摆动的过程中，可对井口的井液形成有效的扰动，避免冬季冻井口；(5)与传统间抽方案相比，保持合理且稳定的沉没度，避免产液层层间矛盾或原油脱气结蜡等问题。附图说明图1是本专利技术抽汲参数匹配不停机间抽采油系统的系统构架示意图；图2是本专利技术抽油机扭矩曲线示意图；图3是本专利技术抽油机几何尺寸及曲柄销受力示意图；图4是本专利技术专用抽油泵结构示意图；图5是本专利技术防砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统，其特征在于：当油井沉没度达到油田管理的范围时，抽油机在每一次到达上死点后，不立即进入下冲程，智能控制器通过变频器控制电机低速正反转，从而使曲柄在一个较小的角度范围内摆动，摆动过程中，抽油泵柱塞在泵筒最上端位置静止，为抽油泵提供一个排气的时间，保证抽油泵内气体空间能够被井液充满，摆动时间根据油井的产量、有效冲程及专用抽油泵的泵径确定，摆动时间达到设定值后，进入正常采油程序，直到下一个冲程的上死点位置继续摆动，如此往复循环，保证高泵效的同时，保持了抽油泵始终在最佳沉没度条件下工作；同时增大抽油泵泵径，在同等产液量的条件下，大幅度较少抽油机的采油冲次数，降低系统能耗。

【技术特征摘要】
1.一种抽汲参数匹配不停机间抽采油系统，其特征在于：当油井沉没度达到油田管理的范围时，抽油机在每一次到达上死点后，不立即进入下冲程，智能控制器通过变频器控制电机低速正反转，从而使曲柄在一个较小的角度范围内摆动，摆动过程中，抽油泵柱塞在泵筒最上端位置静止，为抽油泵提供一个排气的时间，保证抽油泵内气体空间能够被井液充满，摆动时间根据油井的产量、有效冲程及专用抽油泵的泵径确定，摆动时间达到设定值后，进入正常采油程序，直到下一个冲程的上死点位置继续摆动，如此往复循环，保证高泵效的同时，保持了抽油泵始终在最佳沉没度条件下工作；同时增大抽油泵泵径，在同等产液量的条件下，大幅度较少抽油机的采油冲次数，降低系统能耗。2.根据权利要求1所述的抽汲参数匹配不停机间抽采油系统，其特征在于：其系统由智能控制器、变频器及专用抽油泵构成，智能控制器设计有电参数测试采集装置，实时测试并采集电机运行时的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立飞，顾顺，
申请(专利权)人：大庆森恩浦机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23