logo
专注油气领域
与独立思考者同行

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(六)

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(六)

“不读水浒,不知天下之奇;不看石油圈,不晓人工举升之最全新进展。”小编说,没毛病!

来自 | World oil
编译 | 张德凯

在油气开采中,人工举升技术应用非常广泛且种类繁多,“人工举升”一词应用范畴很广,通常指可以提高产量(一般为原油或是油/水混合物)的工具、设备、控制装置、仪器、电脑硬件/软件以及技术等。人工举升可通过各种类型的泵,以机械的方式将井下液体举升至地面,这种方式的原理非常简单,只是通过外力改变井下液体的流速。另外,还可以通过降低井下液体静压的方式提高液体产量,一般通过注入气体完成。

ESP(电潜泵)技术最新进展

井下ESP(电潜泵)系统通常包括ESP泵、气体分离器/标准吸入口、保护器、电机、动力电缆(连接地面设备与电机)以及负责数据监测和传输的传感器(将数据传输至地面控制系统)。ESP系统的地面设备包括变频控制器(VSD)或配电盘、电机保护系统或/和智能控制系统,其中智能控制系统一般只用于对控制、监测要求比较高的井中。

ESP的实际电气性能测量一般在地面进行,通过调整VSD的电气/机械数据完成。目前很少有开发商选择在数据输出端或是井下电机安装实时监测设备。因此,诸如井下电机效率降低、动力过度消耗、电机频率波动等问题发生时,地面无法直接检测,这在一定程度上影响了开采的进行。

由于缺乏精确的实时测量工具,油田在实际生产操作中受到了非常多的限制。从过往的生产经验来看,精确测量的缺失会导致生产漏失、运行成本增加,甚至会造成人工举升设备的永久损伤。

具有电机诊断功能的ESP检测装置

GE Oil & Gas一直在探索造成人工举升设备故障和产量下降的根本原因,并确定了一系列能够有效提高产量和人工举升设备使用效率的参数。尽管智能方案已经广泛应用于油气行业,尽管现场工作人员已经积累了大量经验,但在实际工作中操作人员还是选用老办法制定决策,也就是进行大量、繁琐的数据计算与分析,无论是智能方案或是人为操作都是如此,效率很低。

GE的Zenith E系列ESP传感器除了具有连续测量、传输井下数据和油藏信息外,还配备有电机诊断功能。实际应用表明,Zenith E在测量电机实时数据方面非常有效,确保了生产决策制定的数据真实、准确,最小化设备故障几率,优化ESP设备生产性能。

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(六)

图11.GE Zenith E系列ESP井下传感器,能够实时监测电机数据。

在新产品的设计中,GE的电机诊断技术开发团队考虑了现有ESP设备的设计标准,确保新型Zenith E的使用不会增加额外成本,不需要特殊辅助设备,实际使用时也不会对现有ESP开采、设备安装方案造成影响。

在常规的ESP应用中,井下泵压力、温度以及电机数据都由电缆传输至地面,所有决策源于实际数据,避免生产操作受经验误导,最小化生产损失的同时最大化设备运行寿命,确保电机在适合的频率、负载下运行,控制动力消耗。

而GE的Zenith E不仅能提供井下实时数据,帮助操作人员优化ESP控制,还能对获得的数据进行实时分析,为操作人员提供专业、智能的解决方案,提高ESP的可控性。Zenith E能够获得完整的泵和电机数据,确保分析结果准确、全面。

由此可见,通过能耗数据、电机效率、ESP系统绝缘等方面进行监测,Zenith E能够消除电气故障、降低能耗。此外,操作人员还能获得扭矩、泵滑移数据,有效防止机械故障的发生。可以说,有了Zenith E,开发商就能获得最优的电机工作性能和能耗表现,达到生产最大化的目的。

Summit 带来全新ESP产品

Summit ESP公司近日推出了一款新型耐用电潜泵—Tiger Shark 2(TS2),主要用于高含气、高磨蚀以及高温情况的非常规油藏开采。为了适应不同井况,TS2还有增强型轴承(上/下)和耐磨型轴承两种备选泵轴辅助方案。

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(六)

图12.Tiger Shark 2井下电潜泵主要用于高含气、高磨蚀、高温井况的非常规油藏开采

TS2的环形轴衬采用高温膨胀材料制成,是导轮与轴衬之间的第二层机械保护措施,对于延长泵在高含气、高温井中的使用寿命非常有效。相比于常规电潜泵,TS2的轴承、轴衬抗磨蚀性能显著提高,同时配合Summit的混合流叶轮XRange和Erosion Buster导轮。实际应用表明,TS2的性能为常规设备的3倍。

在今年的早些时候,Summit还推出了一款ESP控制系统—Adaptive Control System(ACS-15 VSD),图13所示。ACS-15具有出色的前端谐波消除能力,能显著降低动力系统的频率波动。之后,Summit宣布了研发高温电机引出线和高效率电机的计划。

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(六)

图13.ACS-15 VSD能够消除前端谐波干扰

目前,Summit已经完成了ESP监测系统开发,通过实时监测、现场工程师协助,即能提供全天候的监测服务。

新技术延长ESP运行寿命

在一项最新的ESP系统故障研究中,工作人员发现了ESP出现故障的根本原因。研究结果显示,ESP系统的电气故障都可以归咎于高频率的异常接地(L-G),这种问题通常由VSD的变频器引起。在很多案例中,机械故障的发生都由高频率电气异常引起;而更深入的行业分析显示,目前ESP业内没有一款能够避免L-G发生的过滤装置。

根据研究结果,U.S. DOE向开发商提供了优化ESP生产的建议,避免异常L-G发生造成设备故障,但改进措施只能应用于ESP地面系统,无法覆盖井下ESP设备。要彻底解决此类问题,就要移除高频率L-G部件,同时在地面设备中避免使用共模电流。

在VSD控制的ESP系统中,高频噪音会引起电源质量相关问题,包括异常跳闸、电流瞬间过载、零交叉和数据传输波动等,高频电流还会引起集肤效应过热,而高频电压会造成电压反射问题。在ESP电气系统中,最薄弱的一环就是电缆穿越器、电缆对接点、电机引出线(及其引出点)、电机绕组和轴承,以上都是过早失效的多发区。

为了解决上述问题,Magney Grande公司推出了电气保护装置—共模滤波器(CMF),该产品为一个独立的部件,能够避免ESP生产全周期内的高频电流、电压诱发故障发生,图14所示。在常规的VSD变频过程中(2000Hz-2400Hz,)绝缘电流等级为0.03amp,而在低于1amp的绝缘保护下,高频电流通过轴承放电就会导致机械故障。

【本周专题:人工举升】百端待举,如日方升(六)

图14.Guardian CMF能够延长ESP运行寿命

CMF一般用于升压器的中压(MV)输入端或是MV VSD的输出端,能够将高频干扰电流接地,将集肤效应造成的热量平均分布于整个ESP系统,防止设备故障发生。CMF能够有效消除有害电流,减弱电缆过长造成的高频电压反射问题。总之,Guardian CMF是一种非常经济的ESP系统过滤PWM VSDs保护装置。

下期关键词:电潜泵,螺杆泵

英文原文请点击 (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章: