智能敷缆连续复合管在油田水源井上的应用.pdf
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1、第 43卷第 2期(2024-02)油气田地面工程 https:/电信自控智能敷缆连续复合管在油田水源井上的应用解宇航张继红杨二龙王舒婷东北石油大学石油工程学院摘要:某油田地表水资源贫乏,生产生活用水主要来自水源井。但因水源井受季节和地下水资源富集程度等影响,地层产水量不平稳,无法实时监测水位,深井泵易烧毁。该油田开展数字化油田和智慧油田建设以后,水源井相关参数无法读取和接入,且水源井起下管柱和动力电缆极其不便。因此研制并应用了集成动力电缆、信号电缆的敷缆复合连续管和水源井智能控制系统,能实时读取井下动液面、出口压力、井口流量、监测深井泵运行状态等数据,实现智能监控、远程控制、实时调参、缓起缓
2、停、变频运行、干抽保护、深井泵状态调控等多项功能,同时实现了水源井智能控制,达到了节能减排的目的。关键词:油田;水源井;智能控制系统;敷缆复合连续管Application of Intelligent Cable-laying Composite Coiled Tubing in Oilfield Water Supply WellsXIE Yuhang,ZHANG Jihong,YANG Erlong,WANG ShutingSchool of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum UniversityAbstract:The surface w
3、ater resources of an oilfield are poor,and the production and domestic watermainly come from water source wells.However,due to the influence of season and groundwater re-source enrichment,the water production of the formation is not stable,the water level cannot bemonitored in real time,and deep wel
4、l pumps are prone to burnout.After the implementation of digitaland smart oilfield construction in the oilfield,parameters related to water supply wells cannot be readand accessed,in addition,it is inconvenient to lift and lower the pipe string and power cable in watersupply wells.In view of these,t
5、he cable-laying composite coiled tubing integrated with power cableand signal cable,and the intelligent control system of the water supply well are developed and applied.It can read the data of downhole dynamic liquid level,outlet pressure,wellhead flow,and monitorthe operation status of the deep we
6、ll pump in real time,and realize intelligent monitoring,remotecontrol,real-time parameter adjustment,slow start and slow stop,frequency conversion operation,dry pumping protection,deep well pump status control and other functions.The intelligent control ofthe water supply well is realized,and the pu
7、rpose of energy saving and emission reduction is achieved.Keywords:oilfield;water supply well;intelligent control system;cable-laying composite coiled tubing某油田地处陕北黄土高原,区域沟壑纵横,属于暖温带和温带半干旱大陆性季风气候,四季分明,降雨不均,易于干旱,地表水资源贫乏,油田用水主要来自水源井。但水源井产水量不平稳1、相关参数无法读取、起下管柱和动力电缆不便等原因,研制并应用了水源井智能敷缆连续复合管控制系统,实现了水源井智能控制。
8、复合连续管技术近年发展较快,宿振国、梅连朋等2-6进行了比较全面的研究、论证,主要应用在电潜泵采油7-10、分层注水11-13等领域,效果显著;但由于水源井井下管柱组合的特殊性,主要由扬水管柱、动力电缆和信号电缆组成,普通复合连续管无法满足需要,在水源井的应用也无先例,特研制集成了动力电缆和信号电缆的智能敷缆连续复合管,在水源井的试验和应用效果显著,具有较强的推广和借鉴意义。DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2024.02.00845电信自控解宇航等:智能敷缆连续复合管在油田水源井上的应用油气田地面工程 https:/1技术简介水源井敷缆连续复合管智能控制系统是基于智能
9、复合连续敷缆管的技术,利用敷缆管柱内置信号缆及供电电缆,连接井下载波传感器、深井泵、地面变频控制系统及远程检测系统,实现水源井动态液位、出口压力、流量、深井泵运行状态的检测,远程传输给终端用户,系统接收上位控制指令,可根据用户用水量大小远程启停或调参深井泵。智能敷缆连续复合管内置信号电缆连接井下载波压力温度传感器,实现井下液面、深井泵环境温度、地面出口压力的动态检测,防止抽干及深井泵的烧毁。敷缆复合连续管内置供电电缆给井下深井泵供电,一方面可避免外置电缆作业磕碰损坏,另一方面将深井泵运行各项参数传输至地面变频控制系统,并远程传输给客户端,同时地面控制系统远程检测流量,用户可根据用水量远程调参,
10、实现水源井智能控制,提高了运行效率,节约了水源井的运行维护成本。2关键工具和配套装置2.1智能敷缆连续复合管智能敷缆连续复合管(图 1)由内衬层、增强层 和 外 保 护 层 组 成(表 1),内 径 50 mm,外 径80 mm。内衬层和外保护层的材料为高密度聚乙烯(HDPE),增强层为芳纶长丝(Aramid filament)。内置三相动力电缆和两根信号电缆。连接金具用于连接连续复合管体及其他金属组件。通过金具的接头转换功能使得智能敷缆连续复合管能直接与现有井口及深井泵相连,接头带有密封、抗拉、电缆穿越三大功能,同时接头上可安装井下传感器,用于监测井下压力及温度。表 1智能敷缆连续复合管主要
11、参数Tab.1 Main parameters of intelligent cable-layingcomposite coiled tubing参数最大工作压力/MPa工作温度/通径/mm外径/mm质量/(kgm-1)最小弯曲半径/m轴向抗拉力/kN电源输送功率/kW电压/V取值106050803.813003301 5002.2执行机构水源井智能敷缆连续复合管系统执行机构通常由深井泵、沉砂装置、安全接头等组成。该部分机构主要对井下液体进行压力补偿,将液体通过智能敷缆连续复合管举升至地面,并能有效防止停泵时管柱内的砂石堆积在泵口造成砂卡,同时为极端砂埋遇卡情况专门设计了安全逃生接头组件,使
12、井下部分安全可靠。2.3数据采集水源井智能敷缆连续复合管系统数据机构由井下双参数传感器、井口流量计等组成。系统配备触摸屏,能实时读取、监测及显示深井泵排量、井口流量及井下动液面等数据,全面精确地采集井下及井口各个方面的数据。并且预留了多个数据采集端口,可根据实际需求加装更全面的数据采集传感器。采用高精度的井下双参数传感器,压力精度可达 0.1%FS,温度精度可达 1%FS,超高的精度为未图 1水源井智能敷缆连续复合管系统简图Fig.1 Schematic diagram of intelligent cable-laying composite coiled tubing system for
13、 water supply wells46第 43卷第 2期(2024-02)油气田地面工程 https:/电信自控来的精细化管理、精准开采以及智能化开采提供了无限的可能。该传感器抗干扰能力极强,不会受到动力电缆带来的电磁影响,可长期稳定的在井下工作。传感器可安装于智能敷缆管井下接头,传感器外壳采用 316L材质,保证了长期使用的可靠性。井下传感器主要用于监测井下液位和温度,并通过敷缆管内置的信号线将温度和液位信息传输至控制柜集中显示,并能通过远传传到业主数字化中心界面。2.4数据分析与远程控制系统水源井智能敷缆连续复合管系统本地控制部分采用 ABB ACS510 系列深井泵专用变频器,并配以
14、西门子 S7-1200 系列 PLC 以及 RS485 等通讯模块,能够无缝接入油田现有数字化信息采集及控制系统,通过水源井现场收集的数据进行综合分析并进行调整。根据水源井的水位、水温、压力、流量、泵运行状态、耗电量等信息综合分析水源井状态。该系统还可以依据每个井口的特质定制智能控制计划与节能计划,通过智能自主数字化控制实现智能监控、缓起缓停、变频运行、干抽保护、实时调参等功能。结合大数据思路,综合多水源井数据进一步提高供水数据分析系统的综合能力。通过 PLC控制模块与变频控制器对深井泵的运转进行智能控制,智能调节深井泵的启动、停止时间,避免了深井泵承载过大电流的风险。同时根据深井泵不同阶段的
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