基于電流圖變化判斷抽油井井下異常工況可行性探討

劉俊龍，楊 勇，高 誠(chéng)

（青海省海西州芒崖花土溝采油三廠花土溝采油作業(yè)區(qū)，青海海西 816401）

基于電流圖變化判斷抽油井井下異常工況可行性探討

劉俊龍，楊 勇，高 誠(chéng)

（青海省海西州芒崖花土溝采油三廠花土溝采油作業(yè)區(qū)，青海海西 816401）

采油井的日常維護(hù)保養(yǎng)在花土溝油田的生產(chǎn)中占有重要地位，而電流圖是抽油井每天錄取的資料之一，具有可延續(xù)性和及時(shí)性的特點(diǎn)，可比性強(qiáng)，因此電流圖是觀察油井動(dòng)態(tài)變化的重要參數(shù)之一。通過(guò)對(duì)抽油機(jī)工作原理的描述，進(jìn)而簡(jiǎn)化抽油機(jī)四連桿運(yùn)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)學(xué)模型的演練，建立電流變化和抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，探討基于電流圖變化判斷抽油井井下異常工況的可行性，及時(shí)推斷出油井的工作狀況，提高油井機(jī)采效率。

電流圖；抽油井；四連桿；數(shù)學(xué)模型

1 游梁式抽油機(jī)采油原理

有桿泵采油技術(shù)是目前最為常見(jiàn)的一種人工舉升機(jī)械采油方式。有桿泵抽油系統(tǒng)主要分為以下三個(gè)部分：一是地面設(shè)備即抽油機(jī)，它由主機(jī)和附機(jī)兩大部分組成，主機(jī)部分包括游梁、連桿、曲柄機(jī)構(gòu)，底座，減速箱，平衡塊，橫梁，支架，驢頭，懸繩器，剎車等組成。附機(jī)部分包括電機(jī)以及電源控制柜等組成；二是井筒中的抽油泵（包括固定閥、泵筒等），位于井內(nèi)油管的最下端；三是中間部分抽油桿及活塞（包括游動(dòng)閥），它把地面抽油機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力傳給井下活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這三部分構(gòu)成了有桿泵抽油系統(tǒng)。游梁式抽油機(jī)的工作原理是通過(guò)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)皮帶，輸送能量至變速箱，而后經(jīng)過(guò)變速箱輸出軸帶動(dòng)曲柄做低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使得連桿帶動(dòng)油梁上下運(yùn)動(dòng)，使得游梁前面的驢頭也隨之上下擺動(dòng)，最終帶動(dòng)抽油桿及活塞做上下運(yùn)動(dòng)，將井下液體提至地面[1]。

2 常規(guī)抽油機(jī)電流光桿位移數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)能量守恒原理，在抽油機(jī)工作的整個(gè)過(guò)程中能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量保持不變。因此，抽油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)光桿在某一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)至某一位置時(shí)，機(jī)械部分的瞬時(shí)功率與損耗是一定的，將其統(tǒng)稱為功率消耗，即在這一時(shí)期內(nèi)功率消耗是不變的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電機(jī)的瞬時(shí)輸出功率為機(jī)械部分瞬時(shí)功率、損耗和光桿的瞬時(shí)功率三者之和。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將機(jī)械部分的瞬時(shí)功率與機(jī)械部分的損耗之和統(tǒng)稱為功率消耗[2]。

下面從光桿位移、電機(jī)輸出功率、光桿功率及抽油機(jī)部分瞬時(shí)功率與抽油機(jī)部分損耗之和出發(fā)，建立抽油機(jī)電流、光桿載荷、位移之間的關(guān)系。

3 抽油機(jī)工作電流與光桿瞬間載荷數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)

由能量守恒原理可知：抽油機(jī)電機(jī)的瞬時(shí)的輸出功率為抽油機(jī)光桿瞬時(shí)功率與抽油機(jī)功率消耗之和，則：

電機(jī)的瞬時(shí)輸出功率為：

式中：PN-電機(jī)的額定功率，kW；P0-電機(jī)的空耗功率，KW；ηN-電機(jī)的額定效率。

光桿瞬時(shí)功率為：

因此結(jié)合公式，光桿載荷為：

結(jié)合式（3）與（5），根據(jù)整理光桿速度的計(jì)算公式整理計(jì)算，可得瞬時(shí)光桿（懸點(diǎn)）載荷公式為：

式（6）即為電流與光桿（懸點(diǎn)）載荷關(guān)系的數(shù)學(xué)計(jì)算公式，該式表明：抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷與電流、時(shí)間、電壓、額定功率、電機(jī)效率等參數(shù)是一種多元、非線性函數(shù)的關(guān)系。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下電流與載荷數(shù)學(xué)關(guān)系建立，可以得知，抽油機(jī)電流的變化可以反映光桿載荷的變化。對(duì)式（3）～（6）簡(jiǎn)化，可以得出以下結(jié)論，在對(duì)應(yīng)時(shí)間、對(duì)應(yīng)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)角上，電壓、功率因數(shù)、額定功率、電機(jī)效率是一定的，光桿載荷fg（t）與電流I（t）呈一定的非線性函數(shù)關(guān)系，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，瞬時(shí)電流與光桿載荷呈二次函數(shù)的非線性關(guān)系。因此，從理論上來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)電流變化的時(shí)間關(guān)系圖來(lái)判斷抽油機(jī)光桿載荷的變化，進(jìn)而判斷抽油機(jī)及井下桿柱的異常情況，總之，通過(guò)電流圖來(lái)診斷井下桿柱的異常情況從理論上說(shuō)是可行的。

[1] 崔振華，余國(guó)安.有桿抽油系統(tǒng)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[2] 董世民，張士軍.抽油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

Discussion on the Feasibility of Judging the Underground Abnormal Conditions of Pumping Well Based on the Change of Current

Liu Jun-long，Yang Yong，Gao Cheng

The daily maintenance of oil recovery wells occupies an important position in the production of Huatugou oil field，and the current diagram is one of the daily data of pumping wells.It has the characteristics of continuity and timeliness and comparability.Is one of the important parameters to observe the dynamic changes of oil wells.Based on the description of the working principle of the pumping unit，the simplified four-link motion of the pumping unit is simplified.Based on the exercise of the mathematical model，the simplified mathematical model of the current change and the movement of the pumping unit is established，The feasibility of the oil well underground conditions，timely deduce the working conditions of the wells to improve the efficiency of oil wells.

current map；pumping well；four connecting rod；mathematical model

TE93

B

1003–6490（2017）10–0037–01

2017–07–22

劉俊龍（1986—），男，青海海西人，工程師，主要從事采油方面的工作。