论文部分内容阅读
[摘 要]游梁式抽油机由交流电动机驱动使抽油杆上下运动，将原油抽到地面的网管中，其工作负载呈明显的周期性变化。利用电流诊断泵况方法及编制的系统软件实现载荷示功图的绘制，实时监控泵况变化，及时发现泵况异常井，对于泵况正常的井可以减少測试工作量，减轻测试人员工作强度。
[关键词]抽油机；系统能耗；电流曲线；泵况；示功图；实时监控
中图分类号：R44.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0262-01
抽油机系统能耗的分析，地面部分的功率损耗主要由电机部分损耗、机械部分损耗及机械部分的瞬时功率三部分组成。根据第一章对能耗的分析，抽油机任何一个冲程中只要光杆处于某一位置（某一时刻）时，机械部分的瞬时功率（平衡块作功）与机械部分损耗不变。电流曲线诊断泵况方法是利用电机的电流、输入功率、电机转矩、抽油机减速箱扭矩及悬点载荷之间的数学系实现同位移下电流与载荷之间转换，从而拟合载荷—位移示功图。根据相应参数提取 A 井实测示功图与对应的电流曲线数据进行计算，拟合功率因数与位移曲线。在原截点位移处用内插法计算相应电流，通过数学模型推出载荷与对应位移，将拟合示功图与实测示功图对比，可以看出拟合示功图与实测示功图差距很小。
1 电流法间接示功图测量的基本原理
电流法间接测量示功图系统的研发主要基于以下基本原理：（l）游梁式抽油机是以曲柄、连杆和游梁前、后臂组成的四连杆机构，当简化为简谐运动时，悬点运动规律仅与抽油机的机械结构有关，与其他参数无关。因此可以通过计算得出不同曲柄转角时抽油机光杆位移数据。（2）以曲柄平衡抽油机为例，当电动机带动抽油机运转时，在上冲程悬点承受杆柱和液柱载荷，电动机和平衡块共同作功，完成提液过程。下冲程抽油杆在其自重作用下，克服浮力下行，平衡块储存多余的能量。由能量守恒原理可得：电机瞬时输出功率=抽油机光杆瞬时功率+抽油机机械部分瞬时功率十抽油机机械部分的损耗。而对于一口井固定的一套抽油装置参数而言，抽油机机械部分瞬时功率与抽油机机械部分的损耗基本不变。因而，电机的输出功率就随着抽油机的悬点载荷而变化，即随着抽油机光杆载荷变化而变化。这样，使得用电机电流求光杆载荷成为可能。（3）建立电流与光杆载荷关系，利用实时监测到的电流数据，通过编制程序进行相应的计算与处理，绘制出示功图。
通过上述分析可知，电流法间接示功图测量方法在原理上是可行的，从油田抽油机井有效管理角度来讲也是必要的，因此，该论文对电流法间接示功图测量方法进行详细研究，以便能随时通过电流数据绘制示功图，为抽油机井的有效管理提供有效的技术依据和措施。
2 利用电流曲线诊断泵况方法
电流曲线诊断泵况方法是利用电机的电流、输入功率、电机转矩、抽油机减速箱扭矩及悬点载荷之间的数学系实现同位移下电流与载荷之间转换，从而拟合载荷—位移示功图。通过查阅资料与调研分析，建立电流与载荷关系数学模型。主要借助于间歇采油智能控制系统与角位移传感器配合来完成，数据采集完成后存储在远程服务器上，通过登录客户端进行实时监控和历史查询，并且能够实现数据、图形导出。从采集的电流曲线图形上无法对泵况进行对比与分析，必须将电流数据转换为载荷数据，更加直观地诊断泵况。
3 应用举例
根据相应参数提取A井实测示功图与对应的电流曲线数据进行计算，拟合功率因数与位移曲线。选取示功图拐点14点，并在其间再选取11点，共25点。根据基本点计算同位移下的曲柄位置、矩扭因数。因每种机型有固定的曲柄位置—光杆位置因数—扭矩因数对照关系，利用位移=光杆位置因数×冲程的关系，将其转化成曲柄位置—悬点位移—扭矩因数对照关系。A井的抽油机机型为CYJS6—2.5—26HB，冲程长度为1.7m，按其曲柄位置——悬点位移—扭矩因数对照关系表，选取基本点的位移与对照表中的位移并不是一一对应的，采用内插法计算出与基本点相同的位移下的对应曲柄旋转角度和扭矩因数，计算同位移下的电机输入功率。A井抽油机的平衡块重量16.28kN，平衡块力臂0.3m，曲柄重量16.48kN，曲柄力臂0.73m。其中平衡块重量、曲柄重、曲柄力臂为抽油机的固定参数，平衡块力臂为实测数据。
通过相关公式计算出以驴头下死点为原点的悬点位移与电流对应关系数据。已选取基本点的位移与电流数据表中的位移基本不能一一对应，应用内插法计算出与已选基本点的位移相对应的电流数值。
此时应用公式，算出已选25个基本点的功率因数。将已计算出的功率因数看作是该点位移下的固定数值，用内插法计算出相同位移下的对应电流、曲柄转角、扭矩因数、正弦值，从而逐步算出功率因数。
根据功率因数与位移的对应关系，在原截点位移处用内插法计算相应电流，通过数学模型推出载荷与对应位移，拟合后绘制示功图，将拟合示功图与实测示功图对比，可以看出拟合示功图与实测示功图差距很小。
4 利用软件编程实现批量计算处理
由于单井机型不同，电机转速、减速箱扭矩、平衡力矩、结构不平衡重、扭矩因数也不同，计算量较大，要实现系统的诊断方法，需要进行繁重复杂的计算。因此利用软件编程完成计算过程，通过将间歇采油智能控制系统与计算软件相接，定期更新功率因数参数，实现对油井工况的实时监控，从而减少现场测试工作量。
5 结束语
游梁式抽油机由交流电动机驱动使抽油杆上下运动，将原油抽到地面的网管中，其工作负载呈明显的周期性变化。当抽油机工作在上冲程时，游梁端的驴头悬点上升，提起抽油杆和油柱，因而从电网吸收较多的电能；而下冲程时，由于抽油杆依靠自重下落，电动机的负荷由重负荷转为轻负荷，所以从电网吸收较少的电能，甚至可以释放能量。这样，电动机在一个冲程内承受的扭矩出现正负交变过程。为了使电动机上下冲程负荷均匀改善抽油机的拖动，一般都配有平衡块来平衡抽油机负荷，实践中改变曲柄的结构或平衡块的安装方式，使平衡装置的中心线偏离曲柄销中心线一个偏置角，以提高平衡效应，从而改善抽油机的动力特性，调节抽油机电机的工作状态。抽油杆的上下往复运动一次构成一个冲次，同时也形成抽油机的工作电流曲线。如果每天定时采集，就会形成抽油机的的周电流或者月电流曲线，从而可以根据曲线判断抽油机井的工作状态。
电流法间接示功图测量方法在原理上是可行的，从油田抽油机井有效管理角度来讲也是必要的，因此，该论文对电流法间接示功图测量方法进行详细研究，以便能随时通过电流数据绘制示功图，为抽油机井的有效管理提供有效的技术依据和措施。
参考文献
[1] 张刚.电流法间接示功图测量方法研究[D].大庆石油学院，2009.
[2] 王科科.远程监测抽油机井工况智能诊断技术[D].中国石油大学，2009.
[关键词]抽油机；系统能耗；电流曲线；泵况；示功图；实时监控
中图分类号：R44.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0262-01
抽油机系统能耗的分析，地面部分的功率损耗主要由电机部分损耗、机械部分损耗及机械部分的瞬时功率三部分组成。根据第一章对能耗的分析，抽油机任何一个冲程中只要光杆处于某一位置（某一时刻）时，机械部分的瞬时功率（平衡块作功）与机械部分损耗不变。电流曲线诊断泵况方法是利用电机的电流、输入功率、电机转矩、抽油机减速箱扭矩及悬点载荷之间的数学系实现同位移下电流与载荷之间转换，从而拟合载荷—位移示功图。根据相应参数提取 A 井实测示功图与对应的电流曲线数据进行计算，拟合功率因数与位移曲线。在原截点位移处用内插法计算相应电流，通过数学模型推出载荷与对应位移，将拟合示功图与实测示功图对比，可以看出拟合示功图与实测示功图差距很小。
1 电流法间接示功图测量的基本原理
电流法间接测量示功图系统的研发主要基于以下基本原理：（l）游梁式抽油机是以曲柄、连杆和游梁前、后臂组成的四连杆机构，当简化为简谐运动时，悬点运动规律仅与抽油机的机械结构有关，与其他参数无关。因此可以通过计算得出不同曲柄转角时抽油机光杆位移数据。（2）以曲柄平衡抽油机为例，当电动机带动抽油机运转时，在上冲程悬点承受杆柱和液柱载荷，电动机和平衡块共同作功，完成提液过程。下冲程抽油杆在其自重作用下，克服浮力下行，平衡块储存多余的能量。由能量守恒原理可得：电机瞬时输出功率=抽油机光杆瞬时功率+抽油机机械部分瞬时功率十抽油机机械部分的损耗。而对于一口井固定的一套抽油装置参数而言，抽油机机械部分瞬时功率与抽油机机械部分的损耗基本不变。因而，电机的输出功率就随着抽油机的悬点载荷而变化，即随着抽油机光杆载荷变化而变化。这样，使得用电机电流求光杆载荷成为可能。（3）建立电流与光杆载荷关系，利用实时监测到的电流数据，通过编制程序进行相应的计算与处理，绘制出示功图。
通过上述分析可知，电流法间接示功图测量方法在原理上是可行的，从油田抽油机井有效管理角度来讲也是必要的，因此，该论文对电流法间接示功图测量方法进行详细研究，以便能随时通过电流数据绘制示功图，为抽油机井的有效管理提供有效的技术依据和措施。
2 利用电流曲线诊断泵况方法
电流曲线诊断泵况方法是利用电机的电流、输入功率、电机转矩、抽油机减速箱扭矩及悬点载荷之间的数学系实现同位移下电流与载荷之间转换，从而拟合载荷—位移示功图。通过查阅资料与调研分析，建立电流与载荷关系数学模型。主要借助于间歇采油智能控制系统与角位移传感器配合来完成，数据采集完成后存储在远程服务器上，通过登录客户端进行实时监控和历史查询，并且能够实现数据、图形导出。从采集的电流曲线图形上无法对泵况进行对比与分析，必须将电流数据转换为载荷数据，更加直观地诊断泵况。
3 应用举例
根据相应参数提取A井实测示功图与对应的电流曲线数据进行计算，拟合功率因数与位移曲线。选取示功图拐点14点，并在其间再选取11点，共25点。根据基本点计算同位移下的曲柄位置、矩扭因数。因每种机型有固定的曲柄位置—光杆位置因数—扭矩因数对照关系，利用位移=光杆位置因数×冲程的关系，将其转化成曲柄位置—悬点位移—扭矩因数对照关系。A井的抽油机机型为CYJS6—2.5—26HB，冲程长度为1.7m，按其曲柄位置——悬点位移—扭矩因数对照关系表，选取基本点的位移与对照表中的位移并不是一一对应的，采用内插法计算出与基本点相同的位移下的对应曲柄旋转角度和扭矩因数，计算同位移下的电机输入功率。A井抽油机的平衡块重量16.28kN，平衡块力臂0.3m，曲柄重量16.48kN，曲柄力臂0.73m。其中平衡块重量、曲柄重、曲柄力臂为抽油机的固定参数，平衡块力臂为实测数据。
通过相关公式计算出以驴头下死点为原点的悬点位移与电流对应关系数据。已选取基本点的位移与电流数据表中的位移基本不能一一对应，应用内插法计算出与已选基本点的位移相对应的电流数值。
此时应用公式，算出已选25个基本点的功率因数。将已计算出的功率因数看作是该点位移下的固定数值，用内插法计算出相同位移下的对应电流、曲柄转角、扭矩因数、正弦值，从而逐步算出功率因数。
根据功率因数与位移的对应关系，在原截点位移处用内插法计算相应电流，通过数学模型推出载荷与对应位移，拟合后绘制示功图，将拟合示功图与实测示功图对比，可以看出拟合示功图与实测示功图差距很小。
4 利用软件编程实现批量计算处理
由于单井机型不同，电机转速、减速箱扭矩、平衡力矩、结构不平衡重、扭矩因数也不同，计算量较大，要实现系统的诊断方法，需要进行繁重复杂的计算。因此利用软件编程完成计算过程，通过将间歇采油智能控制系统与计算软件相接，定期更新功率因数参数，实现对油井工况的实时监控，从而减少现场测试工作量。
5 结束语
游梁式抽油机由交流电动机驱动使抽油杆上下运动，将原油抽到地面的网管中，其工作负载呈明显的周期性变化。当抽油机工作在上冲程时，游梁端的驴头悬点上升，提起抽油杆和油柱，因而从电网吸收较多的电能；而下冲程时，由于抽油杆依靠自重下落，电动机的负荷由重负荷转为轻负荷，所以从电网吸收较少的电能，甚至可以释放能量。这样，电动机在一个冲程内承受的扭矩出现正负交变过程。为了使电动机上下冲程负荷均匀改善抽油机的拖动，一般都配有平衡块来平衡抽油机负荷，实践中改变曲柄的结构或平衡块的安装方式，使平衡装置的中心线偏离曲柄销中心线一个偏置角，以提高平衡效应，从而改善抽油机的动力特性，调节抽油机电机的工作状态。抽油杆的上下往复运动一次构成一个冲次，同时也形成抽油机的工作电流曲线。如果每天定时采集，就会形成抽油机的的周电流或者月电流曲线，从而可以根据曲线判断抽油机井的工作状态。
电流法间接示功图测量方法在原理上是可行的，从油田抽油机井有效管理角度来讲也是必要的，因此，该论文对电流法间接示功图测量方法进行详细研究，以便能随时通过电流数据绘制示功图，为抽油机井的有效管理提供有效的技术依据和措施。
参考文献
[1] 张刚.电流法间接示功图测量方法研究[D].大庆石油学院，2009.
[2] 王科科.远程监测抽油机井工况智能诊断技术[D].中国石油大学，2009.