樊庄煤层气井专用电潜泵排采系统研究.ppt

煤层气井专用电潜泵排采系统技术StudyonspecialESPdrainagesystemforQinshuiCBMwell 简述 国外煤层气井用常规抽油机管式泵基本满足排采需求 少量使用油气田螺杆泵和电动潜油离心泵 受此影响 国内煤层气开发中抽油机管式泵的方式占到95 以上 螺杆泵和电动潜油泵也有少量试验 沁水樊庄煤层气田煤层具有埋藏浅 450 700m 产水量较少 0 3 55m3 d 的特点 煤层气井主要介质为含气 含煤粉 煤屑或压裂砂等固体颗粒的煤层水 在排采上要求以小沉没度 小排量 防气体和固体颗粒干扰 长期连续稳定的控制为主 针对常规抽油机排采系统存在难以实现井底压力平稳控制 容易受气体干扰和卡泵 不适合斜井和水平井 成本高 设备可控制性差等技术问题在2007年开始研制一套煤层气井专用排采设备使之满足沁水煤层气田排采规律的要求提高沁水煤层气开发水平 简述 与抽油机 螺杆泵设备相比 电潜离心泵由于排量变化范围较大 易于采用变频闭环控制实现排量的连续稳定调节 突显了电潜离心泵技术在煤层气领域应用的可能性 但由于煤层气井用的油田电动潜油离心泵工艺复杂且控制 保护等配套技术不成熟 通常用在沉没度大于200m 排量较大的井中 或进行间抽 应用效果不理想 因此 XX油田开展了煤层气井专用电潜泵智能排采技术研究 以适应煤层气的排采规律及特殊运行环境需求 简述 经20多井次试验研究 研制成功了具备智能控制的煤层气专用排采系统 该系统打破了油田用电潜离心泵只适合于大排量 大沉没度的传统观念 是立足于煤层气开发理论和特殊环境下的新产品 为我国煤层气高效开采提供了一项配套技术 已获得国家专利 简述 1系统构成 排采系统组成 举升系统 煤层气井专用潜水离心泵 潜水电机 动力电缆 筛管 井口等 井下压力信号采集系统 井下高精度数字压力计 信号电缆 地面控制系统 变频器 升压变压器 滤波器 远程通讯模块 控制器 液晶触摸屏等 配套系统 排采系统组成示意图 1 1举升系统 专用潜水离心泵和潜水电机作为举升系统的关键设备 它们的结构和性能对整个排采系统至关重要 根据煤层气井的排采需求 合理选择泵型 目前潜水离心泵主要有QSDB 20 550和20 800两种型号 采用进口电机 额定电压380V 额定电流17 1A 功率7 5KW 1系统构成 根据井底流压变化情况 按要求控制变频器改变电机转速来调整排量 使液面按煤层气井的排采规律要求下降 在控制液面下降时 采用定时调节的方式 在固定的时间点 对当前液面和预期液面作比较 调整 实现对预期液面的定时追踪 1 2智能控制原理 智能控制原理图 1系统构成 1 2地面智能控制系统 由升压变压器 变频器 控制器 正弦滤波器 远程通讯模块等组成 智能控制系统示意图 1系统构成 1 2地面智能控制系统 系统功能 1系统构成 1 3井下压力信号采集系统 井底流压是控制系统的核心参数 电潜泵系统井底压力监测存在以下难点 长期不间断井下运行导致漂移 存在强电干扰 测量范围广且低端精度要求高 先后试用多种国内外知名压力计 存在寿命短 低端精度差 信号杂乱无法控制等问题 1系统构成 1 3井下压力信号采集系统 针对井下压力监测方面存在的问题 自主研发了数字式压力计及配套施工技术 1系统构成 1 3井下压力信号采集系统 井下电子式压力计 数字式压力计实物图 在压力计上加装液位开关 在液面低于液位开关时 自动断电停机 一旦液面高于液位开关 电机可以自动启动 1系统构成 1 3井下压力信号采集系统 井下电子式压力计 数字式压力计低端标定图 数字式压力计配件实物图 数字式压力计采用国外进口高精度传感器 采用特殊的标定方法 保证了低端高精度测试要求 1系统构成 1 4配套系统及功能 1 回流装置煤层气开采后期 液面接近煤层 液面比较低 产水量很小 设计回流装置使部分产出流体返回井下 既满足煤层气井煤粉产出需求 又解决潜水电机散热问题 还保证回流液体不返流到煤层 不会导致煤层压力波动和煤层污染 回流控制柜 回流井口 1系统构成 2 电压升压稳压装置为了实现稳定供电 为井下机组在复杂供电情况下的安全运行提供保证 研制了一套电压升压稳压装置 升压稳压装置由升压变压器 变频器和滤波器组成 在电网电压波动或负载冲击时 均保证稳压输出 无波形失真 电压升压稳压装置 1 4配套系统及功能 1系统构成 2关键技术及创新点 关键技术 1 以控制井底压力为核心的智能闭环控制技术 2 井底压力的长期高精度监测技术 3 井下机组保护及配套技术 创新点 1 研发了国内煤层气井专用潜水离心泵举升管柱 2 研发了国内首套煤层气井专用电动潜水离心泵智能排采系统 实现合理控制井底流压 3现场应用 从2007年起 在沁水煤层气田对两种规格的煤层气井专用电动潜水离心泵智能排采系统QSDB110 20 800和QSDB110 20 550进行了先导性技术试验 通过对其主体工艺和配套工艺技术不断改进完善 先后解决了变频调速控制 关键参数高精度录取 工况适应性改造等技术难点 至2008年底 技术趋于完善 目前最长的已连续运行近600天 现场应用情况最小沉没度达到10m左右最大排量55mm3 d与最小排量0 3m3 d之间可连续平稳调节变频器的输出电压稳定 使电机工作在正常的电压范围运行频率30 50Hz 电流9 3 14A 功率小于6 5kW数据自动录取并实现远传监测和控制性能稳定 成本比同等排采能力的抽油机系统低满足了煤层气井排采各阶段对井底流压的调控需求 3现场应用 七口电潜泵井运行平稳 3现场应用 在现场应用过程中采取两种方法对煤层气井进行控制 分别是 定流量法 和 定液面下降速度法 通过这两种方法 智能排采系统可以按照排采制度进行自动调参 工作人员在室内可以进行远程操控 3现场应用 对1 39井按照定流量法进行排采 通过调节变频器输出频率和井口回流调节阀 进行小排量0 2m3 d 小沉没度10 40米排采试验 均达到要求 综合前期试验数据表明 系统能够满足0 55m3 d的排量要求 在低排量下可以保持稳定安全工作 3现场应用 对FZP 2井按照定液面下降速度法进行排采 将液面下降速度控制在4m d 经过长时间的测试 液面下降速度误差小于1m d 达到智能控制系统的要求 煤层气井电潜离心泵智能控制系统能够实现液面的平稳均匀下降 更有利于煤层气井的稳产 高产 3现场应用 智能控制系统版面显示图 智能控制系统准确录取各种数据信息包括电机电流 电机频率 井底压力 井下温度 井口水压 出水流量 套压 管压 瞬时气量等 3现场应用 实现了系统的远程启停和调参 通过在上位机下达命令 可以有效的调整排量和液面下降速度等参数 加强了对排采井的控制 3现场应用 4社会经济效益及应用前景 4 1技术经济社会效益分析 1 实时满足煤层气井单井排采规律 实现煤层气高效开发 增加煤层气产气量 受气田开发时间 煤层气产气周期长局限 尚无法对比计算 2 能够使生产管理的各个部门及时掌握生产井工作状态 缩短故障处理时间 提高开井时率 增加煤层气产量 以年增加开井30天 单井2000方 气价1元计算 7口井年增收42万元 4 1经济社会效益分析 3 采用变频控制系统 与同工况下10KW抽油机相比节电效果明显 排水量20m3的气井 电潜泵耗电4 1kW 抽油机耗电6 08kW 按市场电价0 5元 度 7口井年节电6万元 4 能够达到井站无人值守 使生产井管理实现信息化 自动化 提高企业管理水平 达到降本增效之目的 5 无噪音 地面无大型运动机械 安全环保 满足森林植被保护 绿色矿山等要求 4社会经济效益及应用前景 4 2推广前景开采煤层气必须以排水降压为理论基础 合理排水为煤层气排采的必要条件 本系统是针对煤层气开采环境而研制的 与目前煤层气排采理论的研究成果相适应 能够显著改善开发效果 目前在多个煤层气田应用近20口井 在煤层气领域有着广阔的应用前景 4社会经济效益及应用前景 5结论 XX油田通过20多井次的试验和改进表明 1 煤层气井专用电动潜水泵排采系统具有良好的智能调控能力 能按照煤层气井 长期 连续 稳定 排采规律的要求 实时控制井底流压变化 实现了满足排采需求 运行安全可