一种PLC控制的深井抽汲机研制及应用.pdf

2O ]3年 第 6期 第 4 2 卷 第 7 2页 油 矿 o l I FI ELD 场 机械 E QUI PMENI 文 章 编 号 1 0 01 3 1 8 2 2 01 3 06 00 7 2 0 4 一 种 P L C控制的深井抽汲机研制及应用 宗美巧 ， 周 力帅 ， 唐长 书 ， 罗红兵 ， 殷 秀君 ， 宋官友 1 ． 盐城 『f 『 佧鑫 化机械制造有限公 司， 汀苏 。 2 2 1 ,4 3 l ； 2 ． _{ l 原石油勘探局 钻扑 i 公 ． 河南 濮 阳 4 5 7 0 0 1 ； 3 ． 濮 1 市双发 、 【 仃 责仟公 _ J] ， 河南 濮 4 5 7 0 0 J ； 1 ． 濮刖 『 f 『 中原 腾 、 I 有限公 司． 河南 濮 m 4 5 7 0 0 1 摘要 通过分析油田试油中排液技术的现状和常规抽汲设 备的局限性 ， 利 用变频和 P I C控制技 术 研制了一种新型抽汲机。在 中原油田的应用证明了该抽汲机具有 自动化程度高、 抽汲能力大、 安全 可 靠 、 操 作 简单方便 等优 点 ， 是 目前理 想 的珠 抽 汲设 备 。 关键 词 抽 汲机 ； 深 井； I I C 中 图分 类号 TE 9 3 3 ． 9 文献标 识码 B Ne w Ty p e S wa b b i n g M a c h i ne An d App l i c a t i o n Z0NG M e i qi a o ， ZH Li s hl l a i ， I 、 AN Cha n g s 1 1 u ， LUO H o ng b i ng ， YI N Xi u un 。 ， S NG Gu a n v o u 1 ． Y a n c h e n g J i a a i n Pe t r o c h e mi c a l Ma h i n e r y Ma n u f a c t u r i “ 、 ． 。， t d．， F“77 i 7 2 2d 4 31， ， z “ 2 ．No ．3 Dr i l l i ngCo mpan y， Zo “ g l J n P ‘o ／ c urt 2 F z ， pl o r at i D 7 i i 7 “r e ““， P“ “， 45 7 001 ， 打z “； 3 ． Pu yan g Shu a l g ．f “ [ n d u s t r i a f 7 o ．， ， ． ， f J “ v “ n g 4 5 7 0 0 1． 7 h i ， Ⅲ； 4 ．Puya ng H ui t e n g l n du s t i al 、 rJ ．，』 ， ．， ， u y i n ,l 57 ／ 01 ． 、i ， “ Ab s t r a c t Thr o ug h t he a na l ys i s of f i e l d t e s t oi l r a n ke d f l ui d t e c hn o l og y p r e s e nt s i t u a t i on a nd t he l i m i t a t i ons of c o nv e nt i o na l s wa b bi n g e q ui pme nt ， t h e L l s e of f r e qu e n c y c o nv e r s i n a nd PI C c o nt r ol t e c h n o l o g y， s u c c e s s f u l l y d e v e l o p e d a n e w t y p e s wa b ma c h i n e ， t h r o u g h t h e i n Z h o n g y u a n i l f i e l d Fi e l d a p pl i c a t i o n s h ow t h a t t h e s wab m a c hi n e h a s h i gh s t r e ng t h，a u t oma t i on， s wa bb i n g s t r e n gt h。 s a f e a n d r e l i a bl e， s i mpl e o pe r a t i o n， c o nv e n{ e nt i nt u i t i v e。 e t c ．。 s o i l i s t he i d e a v ne w s wab bi ng e qu i p m e nt ． Ke y wo r ds s wa bb i ng ma c h i ne； d e e p we l l ； PI C 卜 “ ”卜‘ ‘ _’ ‘ ‘ ”“ ”” ” ’ ” - - - “ 一 - 斗 - - - 一 ” } ⋯ ． ． 一 ． ．_ 斗 ⋯ _ 卜． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 十． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 6 结论 1 K3 4 1 裸 眼 封 隔 器提 高 了封 隔 器 下 人安 拿性和 坐封 密封 可靠性 。 2 r f 1 于 试验 井 数较 少 ， 该封 隔 器 的 整 体性 能 有待进 一 步通过现场试验和改进来提高， 并研制压 裂开关等其他压裂配套工具 。 3 作为水平井分段压裂_T艺技术的主要配套 具 之 ～ 一 ， 市场应 用 前 景广阔 。 参考文献 [ 1 j 朱 喜 ， 李永 革． 水平 井裸 眼完 井分 段压 裂技 术研 究 [ J 1 ． 石油矿场机械 ， 2 0 1 1 ， 4 0 1 1 4 4 4 7 f 2 万 仁溥 ， 罗英俊 ． 果 油技 术手册 裂 酸 化 工 艺 技术 [ K] ． 北京 石油 L 业出版社 ， 1 9 9 6 1 1 2 - 2 6 6 ． [ 3 李宗 l tt ， 蒋海军 ， 苏建政． 油 [t t 采油 生产管 柱技术 于册 [ K ] ． 北京 中国 化出版社 ， 2 0 0 9 8 0 1 1 3 ， 2 2 7 3 2 3 ． 『一 4 ] 韩振华 ， 曾久长． 井下 作 技术数 据 册 [ K] ． 北 京 石 油 } 、 } 出版 _} 士， 2 0 0 0 3 7 1 _4 o 8 ． 收稿 日期 2 O 1 3 1 2 3 1 作者简介 宗荚巧 1 9 8 0 ． 女 ． 河南濮阳人 ． - 怔 w 师． 2 0 O 1 年 、 Ik 于河 _白焦 作大学机械制造 【艺及设备专、 世， 现 从事石油机 械 没汁 技术 开发工作 ． F ， ma i l z mq 9 8 1 7 1 s h o t 】 ． 【 ’ j n 1 。 第 4 2卷第 6期 宗关巧 ， 等 一 一种 I I C控制 的深井抽汲机研制 及应 用 抽汲 排 液是 常规 试 油 中最 常 用 的 一 道工 序 ， 是 油气 勘探 开发 取得 成 果 的关 键 环 节。 中原油 E } { 的油 气 层埋 藏 深度 在 2 0 0 0 ～3 6 0 0 m． 且具有 低孔 、 低 渗 的特点 ， 目前 已处 于 中后 期 勘 探 开 发 阶段 。老 区块 地层压力不断降低 ， 深层滚动勘探开发是增 储 上产 的重要 途径 ， 采 用新 的试 油 工 艺 技 术 和装 备 是 油 田 精 细化 管理 的客观要 求 。在 分析 日前油 田排液 技 术 和抽 汲 设备 现状 的 基 础 上 ， 结 合 巾原 油 盯 1 的实 际情 况 ， 采用 了变频和 P I c控 制技术 ， 成功研制 了⋯种 新 型抽 汲机 ， 改变 了传 统 的机 械操控 模 式 ， 减轻 了操 作者 的 劳动 强度 ， 具 有 自动 化 程 度 高 、 抽 汲 强 度 大 、 安全 可靠 、 操 作简 单 、 方便 直 观 等 优 点 ， 进 一 步 完 善 了常规试油气配套工艺技术。 l 油气井排液技 术现状 试油中常用 的排液方式有 4种 1 常规抽汲排液 其优点是简易 、 通用 。缺 点 是抽 汲 深度受 滚 筒 容 量 限 制 ， 目前 的 抽 汲 深 度小 于 1 8 0 0 m 。 2 潜 油 电泵 排 液 其 优 点 是 排 液 强 度 大 ， 但 成本高 ， 下井成功率低 ， 故 障率 高， 并且在 大斜度定 向井 中无法应 用 。 3 水力泵排液 其优点是不受井斜影响， 排 液能力大， 但对动力液和油管要求高， 增加 了成本。 出 口液是 混 合 液 ， 难 以真 实 反 映 地 层 液 性 能 ， 应 用 较少 。 4 气举 阀 分级气 举 和液氮 气举 比较适 合气 井排液。可以 1 次快速举升井筒液体 ， 但无法实现 连 续 排液 ； 采用 连续 制氮 车组 方 可实 现连续 气 举 。 随着钻井工艺技术的发展， 定 向井 、 大斜度井成 为勘探开发的主流。由于受井斜 的影响 ， 使得完井 作 业工 艺技 术难 度 增 加 ， 一 些 常 规 试 油 工 艺技 术 的 应用 受 到 了限制 ， 但 常 规 抽 汲 排 液技 术 在一 定 程 度 上 仍发挥 着 重要 作 用 。 目前 ， 在 试 油 中 主要 采 用 常 规抽汲法进行排液求产， 就是利用一种专用工具把 井 内 的液 体抽 到 地 面 ， 以 达 到 降低 液 面 即减 少 液 柱 对 油层造 成 的 回 压 的一 种 措 施 。 J 。其 主 要 设 备 是 通井机或抽汲车 ， 通过手动操作 和刹把制动来实现 上 提 下放 ， 抽 汲深 度 采用 丈量 钢 丝 绳 长 度 的方 法来 记录 ， 动液面深度则依靠操作于的经验 来判断 。钢 丝绳很容易打扭而报废 ，卜 提至井 口时依靠在钢丝 绳 上做 的记 号来 防止 顶 钻 ， 记 号易 脱 落 日 不 易通 过 抽汲防喷盒 ， 自动化程度不离 ， 操 作不方便， 深度误 差 大 ， 抽 汲 能 力小 ， 劳动强 度大 。 2 新 型抽 汲机组成 新型抽汲机采用撬装式结构 ， 以发 电机组或工 、 f 电源 为动力 ， 采用 P L 控 制 系 统 ， 通 过 操 作 台设 定抽 汲参 数 ， 采用 自动或 于动 2种 模 式来 完成 抽 汲 排液T作 。它 由机械 系统和控 制系统 2部分组成， 女 f 】 图 】 。 图 l 新型抽汲机 作原理 2 ． 1 机械 系统 由井 架 、 滑 轮 组 、 抽 子 、 钢 丝 绳 和 卷 扬 机 组 成 。 抽 汲 时 ， 缠 绕在 滚筒 上 的钢丝 绳通 过减 速机 减速后 ， 由控制 系统 来控 制 其上提 、 下 放动 作 。重 复此 过 程 ， 即 可进 行抽 汲排 液工 作 。 1 井 架使用 原试 油井架 。 2 滑 轮组 把 地 滑轮 固定 在 井 口大 四通 t ， 井 架天 滑轮 和地 滑 轮起 导向作 用 ， 使 钢 丝 绳 在 井 内 的垂 直运 动变 为地 面的水 平运动 。 3 抽子使 用 高 强 度 耐 磨 胶 皮 ， 可 以增加 抽 子 的使用 次数 和 减少 抽 汲 过 程 的漏 失量 ， 提 高抽 汲 效率 。 4 钢丝 绳 将钢 丝绳 一端 固定 整齐 缠绕 在滚 筒 上 ， 另一 端与 加重 杆连 接 。滚筒 系多 层缠 绕 ， 钢 丝 绳受力比较复杂。钢丝绳末端 没 ‘ 载荷为 2 O k N， 选 择 D l 5 ． 8 7 5 mm 钢丝 绳 即可 。 5 卷 扬机是 机械 系统 的核 心 部 分 ， 采 用撬 装 式 ， 结构 紧凑 ， 安装 方便 。它 由基 座 、 滚 筒 、 变频 电 机 、 减速机 、 液压抱闸和安 全限位装置等组成 如图 2 。 依据 J I 1 1 ． 4型凋度绞车说明书 【 和 起重 机械 安全技术手册 ， 综合计算钢丝绳重力 、 提升 液柱重力 、 摩阻等参数， 以满足深抽排液的需求。卷 石 油矿 场机 械 扬 机 的 额 定 拉 力 为 2 0 k N， 钢 丝 绳 的 平 均 速 度 为 3 0 ～3 0 0 II 1 ／／ mi n ， 滚 筒 容量为 3 5 0 0 m O 1 5 ． 8 7 5 I I 1 n l 钢 丝绳 。特制 的减 速 机 能 够 输 出 足够 的转 矩 和 转 速 。特制 的变 频 电机 在低 频慢 速 时不会 过热 。通 过 液压 抱 闸可实 现 液压 制 动 ， 使 制 动 更 可 靠 。安 全 限 位装 置可 防止 滚筒 过卷 而发 生安 全事故 。 1 液压抱闸 ； 2 一减速机 ； 3 滚筒 ； 4 一 安全限位 装置 ； 5 一 变频电机 ； 6基座 图 2卷扬机结构 2 ． 2控 制 系统 控制系统是新型抽汲机的核心部分。根据抽汲 排液技术 的特点和现场要求 ， 采用了 P I C可编程控 制器 自动控 制技术 和文 本显 示屏 操作 方 法 ， 由井 口马达 、 同步马达 、 传感器 、 控制操作台、 制动单元 、 矢 量控 制变频 器 、 系统 总线 和 电源组 成 。 1 井 口马达 安装 在 井 口地 滑 轮 上 ， 将 深度 数据传输给同步马达 。 2 同步马达 安装在控制操作台 内， 将接收 的井 口马达信号传输给控制操作 台实现 自动控制， 并在 文本屏 显 示深度 数 据 。 3 传感器在井 口安装载荷传感器 ． 由 P I 根据载荷的变化判断抽子的沉没度 ， 在防喷管安装 磁性接近传感器 ， 由 P I C自动判断抽子离井 口的位 置 钢 丝绳 已分段 充磁 。 4 控制操作 台 输入控制信 号。 文本 示屏 实 时 示速 度 、 抽 汲深 度 和 载 荷 。手 动 与自动任 意 转换， 点动和连续提升、 F放， 可实现紧急停车。 5 制 动 单 元 消 除 电机 发 电 状 态 时 的 反 电 压 ， 对电机输入直流辅 助制动， 以保 证钢丝绳平 稳 下放 。 6 矢量控 制 变 频 器 采 用矢 量 控 制 方 式 ， 使 电机 在低 频慢 速转 动时有 足 够 的转 矩 。 7 系统 总线 为系统电器控制元 件提供 电 信 号 。 8 电源 由发 电机组或 1 二 业电网提供 3 8 0 V／ 5 o HZ电源 。 3 主要特点 新 抽 汲机 与 目前 通 井 机 和抽 汲 车相 比 ， 具 有 6个特点 1 自动化 程 度 高 采 用变 频 和 P I C控 制 技 术 ， 可设定 下放 深度 、 自动 上提 下放 动作 和过载 自动 停止 ． ． 卜 提 至井 口附 近 可 自动 减 速 和停 止 ， 手 动 、 自 动 2种模式任意转换 ， 自动化程度高 。 2 实时监测参数控制操作台采用屏幕显示 载荷 、 深度 、 速度等参数 ， 便于操作者及时分析判断 井 下情 况 。 3 抽 汲能力 大 采 用 高 强度 大 容量 滚筒 ， 设 计 l 5 ． 8 7 5 mi l l 钢 丝 绳 容 量 3 5 0 0 m， 最 大 抽 深 3 0 0 0 n 1 。 最 大提速 达3 0 0 m／ mi n ， 实现 了深 抽强 排 。 4 安 全 可 靠 当 变 频 器 发 出 任 意 故 障 代 码 时 ， 能 及时报 警 ， 可 实 现 紧 急强 制停 车 并制 动 ， 防 止 意外 事故 的发 生 。采 用 液 压制 动 和 安 全 限位 装 置 ， 可实 现 紧急停 车 ， 防止过 载和过 卷 ， 保 证了安 全 。 5 参数 准确 采 用 同 步 马达 和 载 荷 传感 器 ， 深 度 和 载 荷 记 录 准 确 ，深 度 误 差 为 0 ．5 m／ 1 0 0 0 n 1 。 6 操作 简 单操 作人 性化 ， 简单 直观 ， 减轻 了 操作 者 劳动强 度 。 4 适用范 围 该新 抽汲机适用 于油水井、 煤层气井进行抽 汲排液 、 求产、 降液、 诱喷等施工 ， 特别适合低渗油藏 条件 下 的深 抽排 液 ， 为油 阳低渗 层 、 压 力 系数较 低 的 老井 层 求 产 提供 了新 手段 ， 是老 油 田精 细化 勘探 、 压裂 、 酸 化后 排 液 配 套 工 艺 技 术 ， 特 别 是 在 深 井 压 裂 、 酸 化后 的连 续快 速 排 液 中更 能体 现 出 良好 的优 越性 和实 用性 。 5 应用情况 存 以前 的抽 汲排 液 过 程 中 ， 采用 常 规 通井 机 或 抽汲 乍抽汲， 最 大抽深 只有 2 0 0 0 m， 生产 压差较 小 ； 采用水力泵排液 ， 因产量低等原因而放弃 如表 1 。新 型抽 汲机 自 2 0 0 8 1 0首 次在 Q1 0 0井 试 验成 功以来 ， 已在中原油田的多口试油井进行抽汲排液， 最大抽 深已达到 2 8 0 0 m， 增 大了生产压 差 如表 2 。 第 4 2卷第 6期 宗美巧 ， 等 一种 I J I C控制的深井抽汲机研制及应用 7 5 表 2 新 型抽 汲机抽汲排液数据 由表 1和表 2抽 汲 排 液数 据 对 比分 析 应 用 新 型 抽汲 机抽 汲 ， 增 加 了油 井生 产压 差 ， 特 别适 合低 渗 油藏条件， 完全能满足试油井抽汲排液施工的要求 ， 有 效地解 决 了常规抽 汲排 液工 艺 中的实 际 问题 。和 常 规抽 汲设 备 相 比 ， 具 有 明 显 的先 进 性 和 优 越 性 。 该新型抽汲机的成功应用 ， 提高了常规抽汲排液工 艺技术水平 ， 使中原油 田精细勘探 和压裂效果评价 配套技术更完善 ， 为油田提供了可靠的技术手段 ， 具 有较强的实用性和较好 的推广应用前景， 将产生较 好 的经济 效 益和社 会 效益 。 6 结论 1 新 型抽汲 机具 有手 动 、 自动 2种 控制模 式 ， 自动化程度高， 极大地减轻了操作者的劳动强度。 2 具有紧急制动和报警功能 ， 安全可靠。 3 采用 高强 度 、 大容量 滚筒 ， 满 足 了深抽 排液 的要求 。 4 显示屏实时监测载荷 、 深度、 速度等抽汲参 数 ， 方便 操 作者 及时 分析 、 判 断井下 情 况 。 5 新 型抽 汲 机 具 有 明显 的先 进 性 和 实用 性 ， 推 广应 用前 景较 好 ， 同时 为研 究 电动 抽 油 机 系 统 提 供 了新 的思 路 。 参 考文献 [ 1 ] 吴奇 ， 王林 ， 陈显进 ． 等． 井下作 业监督 [ M] ． 2版． 北 京 石 油 工 业 出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 陈凤 管 ， 綦耀光 ， 王渭 ， 等． 环空射流泵排采工艺在 煤 层气 井中 的适 用 性研 究 [ J ] ． 石油 矿 场机 械 ， 2 0 1 2 ， 4 1 6 46 49 ． [ 3 ] 王方林 ， 李大春 ， 李丽 丽 ， 等． 0 8 9 mm油管 抽汲装置 的 研制 与应 用[ J ] ． 石 油矿场机械 ， 2 0 0 9 ， 3 8 2 8 1 8 4 ． [ 4 ] GB 8 9 1 8 2 0 0 6 ， 重要用途钢 丝绳 I s ] ． 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