中東油田：數字技術實時監視電潛泵井
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[時間:2009-11-18 《石油與裝備》 關注度:0]
摘要: 中東油田的電潛泵
近年來，中東地區油田的人工舉升系統設備數量急劇增加，特別是電潛泵。3年前，科威特的電潛泵數量不足150臺，之后，其數量增加了2倍多，預計未來幾年，用電泵作為人工舉升采油設備的井數將每年增加50%。通常，世界上...
中東油田的電潛泵
近年來，中東地區油田的人工舉升系統設備數量急劇增加，特別是電潛泵。3年前，科威特的電潛泵數量不足150臺，之后，其數量增加了2倍多，預計未來幾年，用電泵作為人工舉升采油設備的井數將每年增加50%。通常，世界上很多國家的油田作業人員只是在距離衰竭產層較近的井用電潛泵采油，而在中東，不管遠近都使用電潛泵開采。然而，正是這種用法提高了原油產量，改善了采收率。沙特阿拉伯、阿拉伯-美國石油公司(Aramco)的腐蝕性油層已恢復了50%之多，采收率也遠遠高于石油工業的平均水平。
電泵可提高油井產量，但也是最復雜和昂貴的人工舉升設備。延長電潛泵的使用壽命成為當務之急，很多作業和環境參數可影響電泵性能和油井產能，而惡劣的作業環境時常使電潛泵發生故障，造成停井，以至于導致昂貴的檢泵。一臺電潛泵系統可遇到諸多的基本問題包括：泵的正確設計和重新設計；由酸性氣體和微生物導致的環境腐蝕；較高的伴生氣產出；泵送期間產出的固體顆粒和保持正常的電源。
過去十年，電潛泵在工業上有很大的進展和創新，包括材料的更新、測量壓力和溫度的井下多傳感器系統和高級變速驅動器(VSDs)，新設計方法和最近研制的實時監視和優化技術。
數字化油田
隨著電潛泵安裝數量在中東油田的增加，作業公司為其配備的監視和優化技術也越來越多。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字油田的技術方法，以實現實時監視，保證最佳人工舉升性能和預報井下故障。
目前中東的幾個數字油田項目是由V型監控器管理的，是由阿曼石油開發公司(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公司，如阿布扎比陸岸石油作業公司，Zakum石油開發公司(ZADCO)和阿布扎比海上作業公司(ADMA-OPCO)負責開發的。
在智能數字油田初期，普通技術標準為實時捕捉數據和遠距離監視。大多數公司關注的焦點是：實時數據捕捉、分析、報警和用來支持由采油和地質專家做出決定的配置。目前監控系統的遙控功能還很有限，電潛泵監控系統可啟泵關泵，改變頻率。隨著該技術的進一步成熟，監控系統有望增加更多的自動控制功能。
實時監視和優化技術
電潛泵的遙控和優化系統是保證泵的使用壽命和最佳生產狀態的主要裝置。傳統的監視要求人經常到井場，手工采集數據，因此不可能及時發現和預告故障。實時監視系統使泵的數據可即時使用。作業人員可看見實時的監控報告，趨向圖和診斷測量。電潛泵和采油專家們在辦公室和油田就能了解到重要的、即時的電潛泵性能測量和井的舉升性能。他們可實時看到井下傳感器的數據，并快速確定壓力、溫度和電流對泵性能的影響。
該系統提供了幾項臨界參數的原始數據，如入口和出口壓力、電機和出口溫度數據的快速顯示可斷定該系統運行正常。電潛泵專家可進行實際泵數據與理論泵的模型數據對比分析曲線確定出最有效的控制泵方法。
該系統的另一個特點是根據采集的原始和實時數據增設了智能報警程序，即作業人員可被警告有迫近的問題和故障，實現遠程控制電潛泵。
實時監視和優化技術的首次應用
圖1給出的是包括幾個監控器、安裝在薩特阿拉伯、阿布扎比和科威特油田的實時監視和優化系統的體系機構圖。監視系統從電潛泵控制器、井下測量傳感器和井口的地面壓力和溫度測量儀上采集的數據。
連接在通信系統上的遠程終端設備(RTU)采集數據(圖2)。通信系統是無線的。無線通信的選擇很多，如通用分組無線業務（GPRS/3G）、全球移動通信系統電話網絡（GSM）、寬帶無線電系統和高速遠程導航系統。有時，一些井也可用纖維光學網絡。
該系統將數據從井的遠程終端設備實時傳輸到控制室。在有些應用中，監控系統可傳輸超過80臺電潛泵的參數。主控室用監控器的vMESP軟件采集的參數包括：變速驅動器的箱內溫度、頻率信號控制、欠平衡電流（%）、不穩定電壓（%）、不穩定電流的定值、不穩定電壓的定值、欠載關井臨界值、超載關井臨界值、有效功率、總運行時間、鎖定狀況、控制器危險信號狀態、限流狀態和電潛泵的中樞關閉。
電潛泵軟件有幾個模塊。一個模塊是從電潛泵控制器、井下和地面測量和檢測儀表上采集數據的終端設備定時數據查詢機。有些石油公司已拓展了該系統的應用范圍，可同時采集250口井的數據。另一個模塊包括數據庫或原始數據。一旦提取了某井的數據，幾個軟件模塊就會提供一個多種診斷圖表、趨勢圖和智能報警（圖3-6）。電泵曲線分析模塊是一個重要的診斷工具（圖6），可提供電泵優化的主要步驟。
注釋：對于39級P100的電泵而言，在3500rpm（每分鐘轉數）、SG=0.86時，壓頭偏差為0.0%，制動馬力偏差為0.0%。
無線技術
目前各公司所應用的是不同的遙控系統無線技術，有一種是寬帶(以太網)無線電。中東的多數國家應用的是2.4 Ghz（千兆赫）頻率的寬帶無線電。在北美，應用900 Mhz（megahertz兆赫）無線電很普遍，而中東國家不允許用900 Mhz無線電通信，因為頻率太接近他們的便攜式電話大哥大的(全球移動通訊系統)頻率。
中東全球移動通訊系統(GPRS通用分組無線業務, EDGE電子數據采集設備和3G寬頻無線通訊技術)網絡覆蓋面非常廣闊，甚至包括地處非常遙遠的沙漠地區的油田。
在全球移動通訊系統網絡中，通用分組無線業務、電子數據采集設備和寬頻無線通訊技術用數據傳輸替代了聲音傳輸。通用分組無線業務是最老的技術——較低的寬帶(54 kilobits/sec 54千比特(信息量單位)/秒)。很多中東國家大量生產了提供超過2兆赫/秒（megabits /sec）的數據通信寬帶的3G(寬頻無線通訊)網絡。
寬帶無線電可配置超過2兆赫/秒（megabits/sec）的寬帶，要求安裝私人網絡和監視。一旦公司確定了通訊結構（塔式支架和天線），數據傳輸是自由的。應用通用分組無線業務和寬頻無線通訊技術網絡傳輸數據每月充電一次，由通信公司提供服務。
中東很多石油公司趨向于應用新興的Wimax技術建立自己私人的超高速通訊網絡。Wimax是一種高速遠程導航Wi-Fi系統。中東的Wimax頻率范圍是在3至5.8 Ghz 之間。Wimax具有超過100兆赫/秒（megabits/sec）的理論寬帶，可存取高速數據、因特網、聲音和視頻，即使地處最遙遠的油田。
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