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

（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

（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)性和及時性的特點，可比性強，因此電流圖是觀察油井動態(tài)變化的重要參數(shù)之一。通過對抽油機工作原理的描述，進而簡化抽油機四連桿運動，在此基礎上通過數(shù)學模型的演練，建立電流變化和抽油機運動的簡化數(shù)學模型，探討基于電流圖變化判斷抽油井井下異常工況的可行性，及時推斷出油井的工作狀況，提高油井機采效率。

電流圖；抽油井；四連桿；數(shù)學模型

1 游梁式抽油機采油原理

有桿泵采油技術是目前最為常見的一種人工舉升機械采油方式。有桿泵抽油系統(tǒng)主要分為以下三個部分：一是地面設備即抽油機，它由主機和附機兩大部分組成，主機部分包括游梁、連桿、曲柄機構，底座，減速箱，平衡塊，橫梁，支架，驢頭，懸繩器，剎車等組成。附機部分包括電機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（包括游動閥），它把地面抽油機設備運轉的動力傳給井下活塞做往復運動，這三部分構成了有桿泵抽油系統(tǒng)。游梁式抽油機的工作原理是通過電機運轉帶動皮帶，輸送能量至變速箱，而后經(jīng)過變速箱輸出軸帶動曲柄做低速旋轉運動，從而使得連桿帶動油梁上下運動，使得游梁前面的驢頭也隨之上下擺動，最終帶動抽油桿及活塞做上下運動，將井下液體提至地面[1]。

2 常規(guī)抽油機電流光桿位移數(shù)學模型的建立

根據(jù)能量守恒原理，在抽油機工作的整個過程中能量在轉化或轉移的過程中其總量保持不變。因此，抽油機在運轉過程中，當光桿在某一時刻運動至某一位置時，機械部分的瞬時功率與損耗是一定的，將其統(tǒng)稱為功率消耗，即在這一時期內(nèi)功率消耗是不變的。簡單來說，電機的瞬時輸出功率為機械部分瞬時功率、損耗和光桿的瞬時功率三者之和。為簡化計算，將機械部分的瞬時功率與機械部分的損耗之和統(tǒng)稱為功率消耗[2]。

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

3 抽油機工作電流與光桿瞬間載荷數(shù)學模型的推導

由能量守恒原理可知：抽油機電機的瞬時的輸出功率為抽油機光桿瞬時功率與抽油機功率消耗之和，則：

電機的瞬時輸出功率為：

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

光桿瞬時功率為：

因此結合公式，光桿載荷為：

結合式（3）與（5），根據(jù)整理光桿速度的計算公式整理計算，可得瞬時光桿（懸點）載荷公式為：

式（6）即為電流與光桿（懸點）載荷關系的數(shù)學計算公式，該式表明：抽油機的懸點載荷與電流、時間、電壓、額定功率、電機效率等參數(shù)是一種多元、非線性函數(shù)的關系。

4 結論

通過對抽油機運轉狀態(tài)下電流與載荷數(shù)學關系建立，可以得知，抽油機電流的變化可以反映光桿載荷的變化。對式（3）～（6）簡化，可以得出以下結論，在對應時間、對應抽油機結構角上，電壓、功率因數(shù)、額定功率、電機效率是一定的，光桿載荷fg（t）與電流I（t）呈一定的非線性函數(shù)關系，簡單來說，瞬時電流與光桿載荷呈二次函數(shù)的非線性關系。因此，從理論上來說，可以通過電流變化的時間關系圖來判斷抽油機光桿載荷的變化，進而判斷抽油機及井下桿柱的異常情況，總之，通過電流圖來診斷井下桿柱的異常情況從理論上說是可行的。

[1] 崔振華，余國安.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.抽油機設計計算與計算機實現(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。