游梁式抽油機(jī)應(yīng)用電流曲線法診斷泵況探討

張行明

[摘 要]抽油機(jī)系統(tǒng)能耗分析，地面部分的功率損耗主要由電機(jī)部分損耗、機(jī)械部分損耗及機(jī)械部分的瞬時(shí)功率三部分組成。根據(jù)第一章對能耗的分析，抽油機(jī)任何一個(gè)沖程中只要光桿處于某一位置（某一時(shí)刻）時(shí)，機(jī)械部分的瞬時(shí)功率（平衡塊作功）與機(jī)械部分損耗不變。電流曲線診斷泵況方法是利用電機(jī)的電流、輸入功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、抽油機(jī)減速箱扭矩及懸點(diǎn)載荷之間的數(shù)學(xué)系實(shí)現(xiàn)同位移下電流與載荷之間轉(zhuǎn)換，從而擬合載荷—位移示功圖。根據(jù)相應(yīng)參數(shù)提取 A 井實(shí)測示功圖與對應(yīng)的電流曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，擬合功率因數(shù)與位移曲線。在原截點(diǎn)位移處用內(nèi)插法計(jì)算相應(yīng)電流，通過數(shù)學(xué)模型推出載荷與對應(yīng)位移，將擬合示功圖與實(shí)測示功圖對比，可以看出擬合示功圖與實(shí)測示功圖差距很小。

[關(guān)鍵詞]抽油機(jī)；系統(tǒng)能耗分析；功率損耗；電流法；示功圖

中圖分類號：TP564 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）11-0125-01

抽油機(jī)電流法間接示功圖測量方法在原理上是可行的，從油田抽油機(jī)井有效管理角度來講也是必要的，因此，該論文對電流法間接示功圖測量方法進(jìn)行詳細(xì)研究，以便能隨時(shí)通過電流數(shù)據(jù)繪制示功圖，為抽油機(jī)井的有效管理提供有效的技術(shù)依據(jù)和措施。

1 電流法間接示功圖測量的基本原理

電流法間接測量示功圖系統(tǒng)的研發(fā)主要基于以下基本原理：（l）游梁式抽油機(jī)是以曲柄、連桿和游梁前、后臂組成的四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)簡化為簡諧運(yùn)動時(shí)，懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律僅與抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他參數(shù)無關(guān)。因此可以通過計(jì)算得出不同曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)抽油機(jī)光桿位移數(shù)據(jù)。（2）以曲柄平衡抽油機(jī)為例，當(dāng)電動機(jī)帶動抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在上沖程懸點(diǎn)承受桿柱和液柱載荷，電動機(jī)和平衡塊共同作功，完成提液過程。下沖程抽油桿在其自重作用下，克服浮力下行，平衡塊儲存多余的能量。由能量守恒原理可得：電機(jī)瞬時(shí)輸出功率=抽油機(jī)光桿瞬時(shí)功率+抽油機(jī)機(jī)械部分瞬時(shí)功率十抽油機(jī)機(jī)械部分的損耗。而對于一口井固定的一套抽油裝置參數(shù)而言，抽油機(jī)機(jī)械部分瞬時(shí)功率與抽油機(jī)機(jī)械部分的損耗基本不變。因而，電機(jī)的輸出功率就隨著抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷而變化，即隨著抽油機(jī)光桿載荷變化而變化。這樣，使得用電機(jī)電流求光桿載荷成為可能。（3）建立電流與光桿載荷關(guān)系，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測到的電流數(shù)據(jù)，通過編制程序進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算與處理，繪制出示功圖。

通過上述分析可知，電流法間接示功圖測量方法在原理上是可行的，從油田抽油機(jī)井有效管理角度來講也是必要的，因此，該論文對電流法間接示功圖測量方法進(jìn)行詳細(xì)研究，以便能隨時(shí)通過電流數(shù)據(jù)繪制示功圖，為抽油機(jī)井的有效管理提供有效的技術(shù)依據(jù)和措施。

2 利用電流曲線診斷泵況方法

電流曲線診斷泵況方法是利用電機(jī)的電流、輸入功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、抽油機(jī)減速箱扭矩及懸點(diǎn)載荷之間的數(shù)學(xué)系實(shí)現(xiàn)同位移下電流與載荷之間轉(zhuǎn)換，從而擬合載荷—位移示功圖。通過查閱資料與調(diào)研分析，建立電流與載荷關(guān)系數(shù)學(xué)模型。主要借助于間歇采油智能控制系統(tǒng)與角位移傳感器配合來完成，數(shù)據(jù)采集完成后存儲在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，通過登錄客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史查詢，并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)、圖形導(dǎo)出。從采集的電流曲線圖形上無法對泵況進(jìn)行對比與分析，必須將電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為載荷數(shù)據(jù)，更加直觀地診斷泵況。

3 應(yīng)用舉例

根據(jù)相應(yīng)參數(shù)提取A井實(shí)測示功圖與對應(yīng)的電流曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，擬合功率因數(shù)與位移曲線。選取示功圖拐點(diǎn)14點(diǎn)，并在其間再選取11點(diǎn)，共25 點(diǎn)。根據(jù)基本點(diǎn)計(jì)算同位移下的曲柄位置、矩扭因數(shù)。因每種機(jī)型有固定的曲柄位置—光桿位置因數(shù)—扭矩因數(shù)對照關(guān)系，利用位移=光桿位置因數(shù)×沖程的關(guān)系，將其轉(zhuǎn)化成曲柄位置—懸點(diǎn)位移—扭矩因數(shù) 對照關(guān)系。A井的抽油機(jī)機(jī)型為CYJS6—2.5—26HB，沖程長度為 1.7 m，按其曲柄位置——懸點(diǎn)位移—扭矩因數(shù)對照關(guān)系表，選取基本點(diǎn)的位移與對照表中的位移并不是一一對應(yīng)的，采用內(nèi)插法計(jì)算出與基本點(diǎn)相同的位移下的對應(yīng)曲柄旋轉(zhuǎn)角度和扭矩因數(shù)，計(jì)算同位移下的電機(jī)輸入功率。A 井抽油機(jī)的平衡塊重量16.28 kN，平衡塊力臂0.3 m，曲柄重量16.48kN，曲柄力臂0.73 m。其中平衡塊重量、曲柄重、曲柄力臂為抽油機(jī)的固定參數(shù)，平衡塊力臂為實(shí)測數(shù)據(jù)。

通過相關(guān)公式計(jì)算出以驢頭下死點(diǎn)為原點(diǎn)的懸點(diǎn)位移與電流對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)。已選取基本點(diǎn)的位移與電流數(shù)據(jù)表中的位移基本不能一一對應(yīng)，應(yīng)用內(nèi)插法計(jì)算出與已選基本點(diǎn)的位移相對應(yīng)的電流數(shù)值。

此時(shí)應(yīng)用公式 ，算出已選 25個(gè)基本點(diǎn)的功率因數(shù)。將已計(jì)算出的功率因數(shù)看作是該點(diǎn)位移下的固定數(shù)值， 用內(nèi)插法計(jì)算出相同位移下的對應(yīng)電流、曲柄轉(zhuǎn)角、扭矩因數(shù)、正弦值，從而逐步算出功率因數(shù)。

根據(jù)功率因數(shù)與位移的對應(yīng)關(guān)系，在原截點(diǎn)位移處用內(nèi)插法計(jì)算相應(yīng)電流，通過數(shù)學(xué)模型推出載荷與對應(yīng)位移，擬合后繪制示功圖，將擬合示功圖與實(shí)測示功圖對比，可以看出擬合示功圖與實(shí)測示功圖差距很小。

4 利用軟件編程實(shí)現(xiàn)批量計(jì)算處理

由于單井機(jī)型不同，電機(jī)轉(zhuǎn)速、減速箱扭矩、平衡力矩、結(jié)構(gòu)不平衡重、扭矩因數(shù)也不同，計(jì)算量較大，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的診斷方法，需要進(jìn)行繁重復(fù)雜的計(jì)算。因此利用軟件編程完成計(jì)算過程，通過將間歇采油智能控制系統(tǒng)與計(jì)算軟件相接，定期更新功率因數(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對油井工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而減少現(xiàn)場測試工作量。

5 結(jié)束語

游梁式抽油機(jī)由交流電動機(jī)驅(qū)動使抽油桿上下運(yùn)動，將原油抽到地面的網(wǎng)管中，其工作負(fù)載呈明顯的周期性變化。當(dāng)抽油機(jī)工作在上沖程時(shí)，游梁端的驢頭懸點(diǎn)上升，提起抽油桿和油柱，因而從電網(wǎng)吸收較多的電能；而下沖程時(shí)，由于抽油桿依靠自重下落，電動機(jī)的負(fù)荷由重負(fù)荷轉(zhuǎn)為輕負(fù)荷，所以從電網(wǎng)吸收較少的電能，甚至可以釋放能量。這樣，電動機(jī)在一個(gè)沖程內(nèi)承受的扭矩出現(xiàn)正負(fù)交變過程。為了使電動機(jī)上下沖程負(fù)荷均勻改善抽油機(jī)的拖動，一般都配有平衡塊來平衡抽油機(jī)負(fù)荷，實(shí)踐中改變曲柄的結(jié)構(gòu)或平衡塊的安裝方式，使平衡裝置的中心線偏離曲柄銷中心線一個(gè)偏置角，以提高平衡效應(yīng)，從而改善抽油機(jī)的動力特性，調(diào)節(jié)抽油機(jī)電機(jī)的工作狀態(tài)。抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動一次構(gòu)成一個(gè)沖次，同時(shí)也形成抽油機(jī)的工作電流曲線。如果每天定時(shí)采集，就會形成抽油機(jī)的的周電流或者月電流曲線，從而可以根據(jù)曲線判斷抽油機(jī)井的工作狀態(tài)。

利用電流診斷泵況方法及編制的系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)載荷示功圖的繪制，實(shí)時(shí)監(jiān)控泵況變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泵況異常井，對于泵況正常的井可以減少測試工作量，減輕測試人員工作強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1] 張剛.電流法間接示功圖測量方法研究[D].大慶石油學(xué)院 2009

[2] 王科科.遠(yuǎn)程監(jiān)測抽油機(jī)井工況智能診斷技術(shù)[D].中國石油大學(xué) 2009