抽油机井示功图测量方法发展探讨

抽油机井示功图测量方法发展探讨

1张华先1杜德香2李军伟3冯文剑

1青海油田分公司采油一厂尕斯第三采油作业区;2青海油田分公司采油一厂尕斯第三采油作业区;3青海油田分公司采油一厂油砂山油矿作业区青海省海西816499

摘要：在改革开放的新时期，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，抽油机井的悬点示功图是抽油机井泵况判断的重要参数之一，随着科技的不断进步和生产的实际需求，示功图的测量方法也在不断地改进。本文将具体介绍抽油机悬点示功图的几种测量方法，并分析了各种方法的优势及不足，同时探讨了抽油井示功图测量的未来发展方向。

关键词：抽油机；悬点示功图；测量方法

引言

“数字油田”已成为当前石油和相关业界谈论的热门话题。现阶段“数字油田”已经从最初的仪器、仪表和监测的数字化发展到衔接现场作业和各业务部门工作或作业的闭环控制系统。“数字油田”的建立和该项技术的实施将大大提高油田管理和控制水平、能力，大幅度降低油气生产成本，提高油田采收率。随着“数字油田”的普及，示功图的测量方法也从传统的人工直接测量逐渐向通过电参数间接智能测量发展。

1示功图自动诊断方法概述

由于多种因素共同影响，计算机直接正确判断地面示功图有一定的困难，而用井下示功图比地面光杆示功图判断要简单。传统的计算机诊断技术是将实测地面示功图利用数学的方法，借助于计算机求出抽油杆任意截面上的载荷与位移，绘制井下示功图。经过数字处理后，由于消除了抽油杆柱的变形和粘滞阻力，以及振动和惯性的影响，得到形状简单又能真实反映泵工作状况的井下示功图，以此判断并分析抽油泵的工作状况。我厂原有的示功图诊断软件就是依据S.Glbbs波动方程建立基础理论，利用状态方程对井下功图求解，建立完善阻尼系数求解过程及计算方法。再依据几何特征的差异，对泵况进行诊断。应用的阻尼系数计算方法得出井下示功图，虽然排除了主要影响因素，但由于井下泵工作状况复杂，仍有其他因素没有考虑，造成部分井诊断不准确。本文直接提取地面示功图的特征值，在原有的几何特征方法的基础上，增加了特征值的提取项，又提出了差分曲线法，再结合生产参数对抽油机井工况做出准确诊断。以弥补原有诊断方法的不足，验证诊断结果，提高诊断准确率。

2传统人工测量示功图

2.1传统人工测量示功图准确性的影响因素

操作不当和动力仪技术状况不良对示功图的影响：①支点放错；②拉线过松，在测试过程中，往往由于拉线下端没有固定牢靠，使拉线拉不紧；③悬绳器上下横梁不平行；④测试前基线记录笔尖与应力记录笔尖不重合；⑤记录笔尖与记录纸接触不良；⑥测力系统液体漏失。

2.2影响示功图的地面因素

地面管线的堵塞、冻结或者是集油管线过长等都会增加泵上行负荷，减弱下行负荷，容易使示功图变宽、变大。可以将人工测量示功图的优势及不足总结为：优势上原理简单，更容易把控测量精度，不足是容易破坏位移传感器，受外部因素影响，容易缠绕、扯断信号传输线，增加了后期检修及维护工作量，长期在线测量难度增大。

3间接测量示功图

3.1间接测量示功图方法的发展

根据悬点载荷与减速箱输出轴的输出扭矩之间的关系，利用扭矩系数法，提出利用抽油机井实测功率曲线计算示功图的方法。中原油田分公司油藏监测研究中心的柴满州高工针对示功图直接测量过程中存在测力传感器长期处于交变载荷的拉伸状态，主控仪表与位移、载荷传感器相连的引线较长等问题，开展了“抽油机井电功率实时监控系统的开发”研究。即抽油机载荷变化关系是电机效率、传递效率、平衡扭矩、光杆位移等多参数、非线性的函数式，通过抽油机的系统效率测试即可求得。这样，使得用电机功率求得光杆载荷成为可能。华北油田公司的敬蜀荣、李鑫等人提出抽油机示功图无线测试技术。他们为克服传统的有线测试中，信号电缆很容易沾染油污或挤压折断，造成被测信号接触不良，影响正常测试的缺点，而采用无线测试（即遥测）方式，则能完全克服上述不利因素造成的弊端。信号传输过程中机械接触环节减至最少，可以在井口１００ｍ范围内任意位置测试，从而消除了因井场油污、接触不良引起的机械故障。华北科技大学的张世荣、李昌禧建立了示功图的间接测量模型，并介绍了示功图的计算过程，提出了通过同步点信号来获取抽油机电机功率与光杆位移对应关系的方法。胜利油田孙东对抽油机电参数远程智能故障诊断技术进行深入研究，利用ｆｕｚｚｙ－ＡＲＴＭＡＰ神经网络建立了抽油机井电能信息诊断模型。

3.2前最常采用的间接测量示功图方法

电参数反推示功图是目前最常采用的间接测量示功图的方法，通过电参数推导悬点示功图应用到复数矢量法，通过该方法分析研究抽油机悬点运动规律。一段时间t变化的变量用?表示，?为抽油机游梁前臂与基杆的夹角，前臂运动角速度通过求导t得到，表示为ω，悬点运动速度表示为v=??a，当用a表示游梁前臂长度时。再依据能量守恒原理，即Pg（t）+As（t）=P（t）。公式中，电机的瞬时输出功率用P（t）表示、光杆瞬时功率用Pg（t）表示、抽油机损耗功率用As（t）表示。通过实测得到电机瞬时功率P（t）；只有光杆位置会影响到抽油机损耗功率As（t），为确定的曲线；悬点载荷求出前要先求出光杆瞬时功率Pg（t）；与时间t有关的变量是位移S，最终示功图通悬点荷载f与位移S的求出而得到。

3.3动液面软测量技术

软测量技术，是通过测量与难以直接测量的待测变量存在一定数学关系的易测变量，依据两者间数学关系进行推算，从而实现对待测过程变量的测量。因此，可利用与动液面存在一定关系的可测量参数，通过软测量技术，实现动液面的实时软测量。软测量技术的关键和难点是软测量建模，目前常用的建模方法主要包括基于人工神经网络的软测量建模方法、基于回归支持向量机的软测量建模、基于模糊数学的软测量建模等方法。该方法能够间接地实现目前难以用传感器直接检测的动液面深度，但由于中间计算过程复杂，存在预测精度不高、泛化能力差等问题。

3.4浮筒法

浮筒法是依据阿基米德浮力原理，即浮筒浸在浮筒室内的液体中，浮力阀会受到一个合外力F（合外力为浮筒所受浮力与其自身重力之差）的控制。当浮筒室内液位变化时，通过对合力F的控制调节浮筒位置，从而得到动液面位置。该方法具有结构及工艺过程简单，数据直观，成本低，调节便利等优点，但浮筒式液位计的体积限制了这种方法的现场应用，并且对稠油井适应性较差。

结语

抽油机的工况、井底供液能力等重要参数均可通过示功图反映出来，因此，示功图的测量方法及研究备受人们关注。当前，人工测量与间接测量是示功图两种常见的测量方法。人工测量方法较为传统，但是信号传输受外部影响较大，传感器安装后容易受到破坏及安装后受力不均等，而间接测量方法克服了传统人工测量的不足。在数字化油田不断发展下，间接测量示功图已经成为抽油机井示功图为了发展的主要方向，但是仍需要不断提高精准度，以取得更准确的测量效果。

参考文献:

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