一种电潜泵智能生产控制系统

摘要

在石油开采领域，电潜泵是一种被用来从井内举升原油的采油设备。它处于采油管串的底部并且被放置于井内，通过连接到井下的电缆提供电能使其运转，将井筒内的原油从井底举升到地面，从而实现采油生产。由于油藏内的原油往井内聚集需要一定的时间，特别是当油田被开采了一段时间，原油聚集能力变弱，或者油田开采到了后期，都会使得井筒内原油量减少，井筒内动液面下降，井下压力降低，从而导致电潜泵采油量减少，采油效率降低，甚至“空转”而耗费不必要的电能。本发明采用一种“传感器”+“可编程控制器（简称“PLC”）”的方式来组成电潜泵的智能生产控制系统。通过测定井下的有关信息来决定电潜泵是否运转或者停转，即智能化的控制电潜泵的生产。

说明书

技术领域

本发明的技术领域属于“石油与天然气工程”，其发明内容主要用于“石油开采”工程技术范围。用于智能化的控制电潜泵的采油生产。

背景技术

在石油开采领域，电潜泵是一种被用来从井内举升原油的采油设备。它处于采油管串的底部并且被放置于井内，通过连接到井下的电缆提供电能使其运转，将井筒内的原油从井底举升到地面，从而实现采油生产。由于油藏内的原油往井内聚集需要一定的时间，特别是当油田被开采了一段时间，原油聚集能力变弱，或者油田开采到了后期，都会使得井筒内原油量减少，井筒内动液面下降，井下压力降低，从而导致电潜泵采油量减少，采油效率降低，甚至“空转”而耗费不必要的电能。如果有一种方法，使电潜泵能按照井筒内一定的原油储量，井筒内一定的动液面深度，一定的井下压力来进行采油生产，使电潜泵真正实现按“需要”运转。这就可以保证电潜泵举升原油的稳定流量，保证电潜泵稳定的采油效率，同时节约大量的电能，减少电潜泵无谓的运转磨损，即实现智能化的“间抽”。因此，采用一种智能化的控制系统来实现这样的采油生产方法就具有十分重要的工程意义。

为了实现这样的智能采油生产方法，本发明采用一种“传感器”+“可编程控制器（简称“PLC”）”的方式来组成这样的智能生产控制系统。通过测定井下的有关信息来决定电潜泵是否运转或者停转，即智能化的实现开始生产或者停止生产。

发明内容

本发明的电潜泵智能生产控制系统主要用于智能化的控制电潜泵的运转或停止，适用于那些井筒内原油聚集时间较长，动液面不稳定，井下压力变化较大的使用电潜泵采油的油井，也适用于油田开发到后期的井筒内油量不稳定的老井。

（1）控制系统组成

整个控制系统分为3个部分，即：①井下压力传感器；②PLC(包括CPU、电源、数模转换模块，以及下载到PLC内的控制软件)；③执行器；

①井下压力传感器

井下压力传感器被固定到电潜泵的潜油电机上，检测井底的压力，检测的信号通过电缆以模拟量的方式传送回位于地面的PLC内，并由PLC内的数模转换模块转换成需要的开关量信号；

②PLC(包括CPU、电源、数模转换模块，以及下载到PLC内的控制软件)

PLC位于地面的电控箱内，通过预先编制于其内的控制软件对传感器传送的信号进行识别，并根据工艺的要求进行判别，以确定是否使执行器动作，从而接通或断开电潜泵的电源，实现智能生产控制；

③执行器

执行器是一个特殊的（无开关火花）继电器，它根据PLC发出的指令接通或断开电潜泵的动力电源，使电潜泵按照井下的状况和需要来生产。

此外，上述三部分需要使用合适的电缆及电线连接起来。

（2）控制原理

井内液面的高低会造成井底压力的不同。如说明书附图图3（1）所示，当井内充满液体时，其液位深度为h，根据帕斯卡定律，此时井底的压力为：

P_b=0.0098*p*h（1）

当井内液面下降，其液位深度为h₁时，（如说明书附图图3（2）所示），井底的压力为：

P_b1=0.0098*p*h₁（2）

式中：

P_b：当井内充满液体时井底的压力，MPa；

P_b1：当井内液面下降时井底的压力，MPa；

h：当井内充满液体时液位深度，M；

h₁：当井内液面下降时液位深度，M；

p：井内液体的密度，g/cm^3。

由于液面的深度不一样，致使井底的压力不一样，因此，只要检测到井底压力的不同，就能知晓液面的深度。于是，根据井底压力的大小就能控制电潜泵是否应该启动进行生产。这就相当于按需要生产，从而实现智能控制。

附图说明

本发明各部分设计图如说明书附图所示。

图1电潜泵智能生产控制系统原理图；

图2电潜泵智能生产控制系统组成图；

图3(1)电潜泵智能生产控制原理图（井内液面在高位）；

图3(2)电潜泵智能生产控制原理图（井内液面在低位）。

具体实施方式

本发明的装置采用井下压力传感器、PLC、执行器三部分成品加电缆连接组合而成。

（1）安装

1）井下压力传感器

井下压力传感器安装在井下电潜泵总成上，通过电缆连接其供电和信号通信；

2）PLC(包括CPU、电源、数模转换模块，以及下载到PLC内的控制软件)

PLC(包括CPU、电源、数模转换模块，以及下载到PLC内的控制软件)安装在地面上的控制柜里，用电缆连接井下压力传感器的供电和信号通信；

3）执行器

执行器（无开关火花执行器）安装在地面上的控制柜里。PLC的输出信号通过电缆连接到执行器的输入端，而执行器的输出端连接井下电潜泵的电源线；

该装置的连接示意图如说明书附图图1所示；其控制系统组成示意图如说明书附图图2所示；根据需要智能启动和停止的控制原理如说明书附图图3（1）、（2）所示。

（2）使用注意事项

1）首先根据当地油田的生产数据确定井底压力的上下限值；

2）将确定出的井底压力的上下限数值编辑进PLC的运行软件，并下载到PLC中；

3）井下压力传感器与地面PLC之间连接的电缆，其长度取决于PLC的特性，不同的PLC其参数可能不同，可通过增加中继放大装置来提高传输信号强度，进而增加电缆长度，以适应不同井深；

4）PLC与执行器可置于一个专门的防爆箱内，以提高防爆级别和安全性；

5）建议整套控制系统专线供电。