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中東油田的電潛泵

近年來(lái)，中東地區(qū)油田的人工舉升系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量急劇增加，特別是電潛泵。3年前，科威特的電潛泵數(shù)量不足150臺(tái)，之后，其數(shù)量增加了2倍多，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，用電泵作為人工舉升采油設(shè)備的井?dāng)?shù)將每年增加50%。通常，世界上很多國(guó)家的油田作業(yè)人員只是在距離衰竭產(chǎn)層較近的井用電潛泵采油，而在中東，不管遠(yuǎn)近都使用電潛泵開(kāi)采。然而，正是這種用法提高了原油產(chǎn)量，改善了采收率。沙特阿拉伯、阿拉伯-美國(guó)石油公司(Aramco)的腐蝕性油層已恢復(fù)了50%之多，采收率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石油工業(yè)的平均水平。

電泵可提高油井產(chǎn)量，但也是最復(fù)雜和昂貴的人工舉升設(shè)備。延長(zhǎng)電潛泵的使用壽命成為當(dāng)務(wù)之急，很多作業(yè)和環(huán)境參數(shù)可影響電泵性能和油井產(chǎn)能，而惡劣的作業(yè)環(huán)境時(shí)常使電潛泵發(fā)生故障，造成停井，以至于導(dǎo)致昂貴的檢泵。一臺(tái)電潛泵系統(tǒng)可遇到諸多的基本問(wèn)題包括：泵的正確設(shè)計(jì)和重新設(shè)計(jì)；由酸性氣體和微生物導(dǎo)致的環(huán)境腐蝕；較高的伴生氣產(chǎn)出；泵送期間產(chǎn)出的固體顆粒和保持正常的電源。

過(guò)去十年，電潛泵在工業(yè)上有很大的進(jìn)展和創(chuàng)新，包括材料的更新、測(cè)量壓力和溫度的井下多傳感器系統(tǒng)和高級(jí)變速驅(qū)動(dòng)器(VSDs)，新設(shè)計(jì)方法和最近研制的實(shí)時(shí)監(jiān)視和優(yōu)化技術(shù)。

數(shù)字化油田

隨著電潛泵安裝數(shù)量在中東油田的增加，作業(yè)公司為其配備的監(jiān)視和優(yōu)化技術(shù)也越來(lái)越多。為改善電泵性能，中東幾家石油公司已擁有全面的配置智能數(shù)字油田的技術(shù)方法，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，保證最佳人工舉升性能和預(yù)報(bào)井下故障。

目前中東的幾個(gè)數(shù)字油田項(xiàng)目是由V型監(jiān)控器管理的，是由阿曼石油開(kāi)發(fā)公司(PDO)、沙特阿拉伯、科威特石油有限公司(KOC)、卡塔爾石油公司和阿布扎比的幾個(gè)公司，如阿布扎比陸岸石油作業(yè)公司，Zakum石油開(kāi)發(fā)公司(ZADCO)和阿布扎比海上作業(yè)公司(ADMA-OPCO)負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)的。

在智能數(shù)字油田初期，普通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)時(shí)捕捉數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)距離監(jiān)視。大多數(shù)公司關(guān)注的焦點(diǎn)是：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)捕捉、分析、報(bào)警和用來(lái)支持由采油和地質(zhì)專(zhuān)家做出決定的配置。目前監(jiān)控系統(tǒng)的遙控功能還很有限，電潛泵監(jiān)控系統(tǒng)可啟泵關(guān)泵，改變頻率。隨著該技術(shù)的進(jìn)一步成熟，監(jiān)控系統(tǒng)有望增加更多的自動(dòng)控制功能。

實(shí)時(shí)監(jiān)視和優(yōu)化技術(shù)

電潛泵的遙控和優(yōu)化系統(tǒng)是保證泵的使用壽命和最佳生產(chǎn)狀態(tài)的主要裝置。傳統(tǒng)的監(jiān)視要求人經(jīng)常到井場(chǎng)，手工采集數(shù)據(jù)，因此不可能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)告故障。實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)使泵的數(shù)據(jù)可即時(shí)使用。作業(yè)人員可看見(jiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)控報(bào)告，趨向圖和診斷測(cè)量。電潛泵和采油專(zhuān)家們?cè)谵k公室和油田就能了解到重要的、即時(shí)的電潛泵性能測(cè)量和井的舉升性能。他們可實(shí)時(shí)看到井下傳感器的數(shù)據(jù)，并快速確定壓力、溫度和電流對(duì)泵性能的影響。

該系統(tǒng)提供了幾項(xiàng)臨界參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，如入口和出口壓力、電機(jī)和出口溫度數(shù)據(jù)的快速顯示可斷定該系統(tǒng)運(yùn)行正常。電潛泵專(zhuān)家可進(jìn)行實(shí)際泵數(shù)據(jù)與理論泵的模型數(shù)據(jù)對(duì)比分析曲線(xiàn)確定出最有效的控制泵方法。

該系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)采集的原始和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)增設(shè)了智能報(bào)警程序，即作業(yè)人員可被警告有迫近的問(wèn)題和故障，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電潛泵。

實(shí)時(shí)監(jiān)視和優(yōu)化 技術(shù)的首次應(yīng)用

圖1給出的是包括幾個(gè)監(jiān)控器、安裝在薩特阿拉伯、阿布扎比和科威特油田的實(shí)時(shí)監(jiān)視和優(yōu)化系統(tǒng)的體系機(jī)構(gòu)圖。監(jiān)視系統(tǒng)從電潛泵控制器、井下測(cè)量傳感器和井口的地面壓力和溫度測(cè)量?jī)x上采集的數(shù)據(jù)。

連接在通信系統(tǒng)上的遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)采集數(shù)據(jù)(圖2)。通信系統(tǒng)是無(wú)線(xiàn)的。無(wú)線(xiàn)通信的選擇很多，如通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（GPRS/3G）、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)（GSM）、寬帶無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)和高速遠(yuǎn)程導(dǎo)航系統(tǒng)。有時(shí)，一些井也可用纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)。

該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從井的遠(yuǎn)程終端設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂剖?。在有些?yīng)用中，監(jiān)控系統(tǒng)可傳輸超過(guò)80臺(tái)電潛泵的參數(shù)。主控室用監(jiān)控器的vMESP軟件采集的參數(shù)包括：變速驅(qū)動(dòng)器的箱內(nèi)溫度、頻率信號(hào)控制、欠平衡電流（%）、不穩(wěn)定電壓（%）、不穩(wěn)定電流的定值、不穩(wěn)定電壓的定值、欠載關(guān)井臨界值、超載關(guān)井臨界值、有效功率、總運(yùn)行時(shí)間、鎖定狀況、控制器危險(xiǎn)信號(hào)狀態(tài)、限流狀態(tài)和電潛泵的中樞關(guān)閉。

電潛泵軟件有幾個(gè)模塊。一個(gè)模塊是從電潛泵控制器、井下和地面測(cè)量和檢測(cè)儀表上采集數(shù)據(jù)的終端設(shè)備定時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)機(jī)。有些石油公司已拓展了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可同時(shí)采集250口井的數(shù)據(jù)。另一個(gè)模塊包括數(shù)據(jù)庫(kù)或原始數(shù)據(jù)。一旦提取了某井的數(shù)據(jù)，幾個(gè)軟件模塊就會(huì)提供一個(gè)多種診斷圖表、趨勢(shì)圖和智能報(bào)警（圖3-6）。電泵曲線(xiàn)分析模塊是一個(gè)重要的診斷工具（圖6），可提供電泵優(yōu)化的主要步驟。

注釋?zhuān)簩?duì)于39級(jí)P100的電泵而言，在3500rpm（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）、SG=0.86時(shí)，壓頭偏差為0.0%，制動(dòng)馬力偏差為0.0%。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)

目前各公司所應(yīng)用的是不同的遙控系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，有一種是寬帶(以太網(wǎng))無(wú)線(xiàn)電。中東的多數(shù)國(guó)家應(yīng)用的是2.4 Ghz（千兆赫）頻率的寬帶無(wú)線(xiàn)電。在北美，應(yīng)用900 Mhz（megahertz兆赫）無(wú)線(xiàn)電很普遍，而中東國(guó)家不允許用900 Mhz無(wú)線(xiàn)電通信，因?yàn)轭l率太接近他們的便攜式電話(huà)大哥大的(全球移動(dòng)通訊系統(tǒng))頻率。

中東全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(GPRS通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù), EDGE電子數(shù)據(jù)采集設(shè)備和3G寬頻無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù))網(wǎng)絡(luò)覆蓋面非常廣闊，甚至包括地處非常遙遠(yuǎn)的沙漠地區(qū)的油田。

在全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)、電子數(shù)據(jù)采集設(shè)備和寬頻無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)用數(shù)據(jù)傳輸替代了聲音傳輸。通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)是最老的技術(shù)——較低的寬帶(54 kilobits/sec 54千比特(信息量單位)/秒)。很多中東國(guó)家大量生產(chǎn)了提供超過(guò)2兆赫/秒（megabits /sec）的數(shù)據(jù)通信寬帶的3G(寬頻無(wú)線(xiàn)通訊)網(wǎng)絡(luò)。

寬帶無(wú)線(xiàn)電可配置超過(guò)2兆赫/秒（megabits/sec）的寬帶，要求安裝私人網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)視。一旦公司確定了通訊結(jié)構(gòu)（塔式支架和天線(xiàn)），數(shù)據(jù)傳輸是自由的。應(yīng)用通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)和寬頻無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)每月充電一次，由通信公司提供服務(wù)。

中東很多石油公司趨向于應(yīng)用新興的Wimax技術(shù)建立自己私人的超高速通訊網(wǎng)絡(luò)。Wimax是一種高速遠(yuǎn)程導(dǎo)航Wi-Fi系統(tǒng)。中東的Wimax頻率范圍是在3至5.8 Ghz 之間。Wimax具有超過(guò)100兆赫/秒（megabits/sec）的理論寬帶，可存取高速數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)、聲音和視頻，即使地處最遙遠(yuǎn)的油田。