根據抽油機井電流峰值分析判斷泵況

許朝光 鄭海波 丁洪濤 周永飛 王偉

摘要：抽油機平衡達到標準的井，深井泵工作正常時上沖程的最大電流和下沖程的最大電流是相等的或相接近的，電流峰值出現的位置也是基本不變的。深井泵工作狀況不正常的井，電流峰值大小和出現的位置會改變，觀察電流峰值大小和出現的位置，可以分析判斷深井泵工作狀況。

關鍵詞：抽油機平衡;電流峰值;位置

一、抽油機平衡

抽油機井電動機在上下沖程的過程中所做的功相等。

用“功”來檢測抽油機的平衡狀況比較麻煩，生產現場使用電流來檢測抽油機是否平衡。

抽油機在運轉的過程中，上沖程有最大電流，下沖程也有最大電流，兩個最大電流中小電流與大電流的比值。電流比在85%～100%之間為平衡。

二、抽油機井電流峰值

1、曲柄旋轉運動與驢頭往復運動

常規抽油機曲柄從最上方旋轉到最下方是180°。從最下方旋轉到最上方是180°。上下沖程所用的時間相等。曲柄旋轉到最上方與地面垂直時是沖程的下死點，曲柄旋轉到最下方與地面垂直時是沖程的上死點。

偏置型抽油機曲柄旋轉到最上方時不是沖程的下死點，繼續旋轉到連桿與曲柄呈一條直線時才是沖程的下死點。曲柄旋轉到最下端時不是沖程的上死點，繼續旋轉到連桿與曲柄重合時才是沖程的上死點。上沖程曲柄大約旋轉187°～195°，下沖程大約旋轉173°～165°，上沖程慢下沖程快。

2、電流峰值的概念

抽油機井電動機帶動曲柄旋轉需要做功，電動機做功產生電流。由于抽油機驢頭作往復運動，從靜止開始到速度最快再到靜止，運動速度不同，單位時間內做的功也不同，產生的電流大小也不同。

電流峰值就是在上沖程或下沖程過程中出現的最大電流。上沖程出現的最大電流稱為上電流，下沖程出現的最大電流稱為下電流。

3、深井泵工作正常井電流峰值位置

抽油機平衡達到標準的井，泵況正常時上沖程的最大電流出現在60°左右，下沖程最大電流出現在270左右。如果最大電流出現的位置與上述位置不一致，說明深井泵工作狀況不正常或井內其他因素影響光桿負荷。

4、電動機主動工作與被動工作

電動機主動工作：電動機在電網的帶動下主動旋轉帶動負載旋轉，電動機消耗電流。

電動機被動工作：負載自主旋轉的速度大于電動機正常旋轉的速度，電動機在電網的帶動下保持正常旋轉速度，制止負載過快旋轉，起到制動的作用，同時電動機變成了發電機發出電流。

在相同負載的情況下電動機被動工作發出的電流是主動工作消耗電流的80%左右。

電動機空載工作：電動機在電網的帶動下不帶負載旋轉或帶動的設備只有摩擦阻力沒有其他負載。

三、抽油機井電流峰值出現位置分析

1、泵況正常

深井泵工作正常的抽油機井上沖程的電流峰值出現在60°左右，下沖程電流峰值出現在270左右。

抽油機驢頭在下死點時抽油桿及井內液體處于靜止狀態。驢頭從下死點開始向上移動，帶動抽油桿及井內液體同時向上移動且移動的速度越來越快。物體從靜止到移動需要克服慣性力，慣性力與物體的質量及加速度成正比。物體的質量是桿柱重和液柱重，加速度與沖程長度及沖次成正比。沖程前半段抽油桿及液柱向上移動速度越來越快，慣性力是正值，驢頭載荷是桿柱重+液柱重+慣性力。沖程后半段抽油桿及液柱移動速度越來越慢，慣性力是負值，驢頭載荷是桿柱重+液柱重-慣性力。上沖程前半段驢頭載荷電流大，后半段驢頭載荷電流小。

根據深井泵的工作原理，上沖程開始時抽油桿伸長油管縮短，示功圖上出現增載線。增載線結束時驢頭載荷達到最大。

下沖程開始時液柱重轉移到油管上，驢頭上只有桿柱重，負載小。電動機在下沖程所作的功主要是舉升平衡重，平衡重扭矩最大的位置在270°，所以下沖程電流峰值出現在270°左右。

2、供液不足

供液不足的抽油機井上沖程的電流峰值出現在60°左右，下沖程電流峰值出現位置與供液不足的嚴重程度有關。

供液不足的抽油機井上沖程開始時與泵況正常的抽油機井相同，桿柱重和液柱重由靜止到開始移動并逐漸加快，電流峰值出現在60°左右。

下沖程開始時泵筒內的液體沒有進滿，活塞與泵筒內的液面沒有接觸，液柱重沒有轉移到油管上，驢頭負荷大于平衡重，電動機處于空載或被動工作狀態，電流很低。

如果活塞在前半個沖程與液面接觸，液柱重在活塞與液面接觸時轉移到油管上，驢頭負載減少，功圖右下角出現缺失。電動機由被動工作轉變為主動工作，電流增加。曲柄繼續旋轉到270°時電流最大，出現峰值。

如果活塞在沖程長度的中間位置與液面接觸，由于活塞向下移動的速度很快，液柱重在瞬間轉移到油管上，驢頭載荷瞬間減少。示功圖的右下角缺失大約一半。電動機由被動工作瞬間轉變為主動工作，此時曲柄旋轉到270°左右，扭矩最大。電動機電流瞬間上升并達到最大出現峰值。由于活塞瞬間與液面接觸產生頂托振動，振動波經由抽油桿傳到井口光桿，使驢頭載荷在繼續向下移動的過程中產生波動，電動機電流在出現峰值后波動下降。

如果油井嚴重供液不足，進入泵筒內的液體很少，示功圖的右下側大部分缺失。活塞在向下移動的過程中游動凡爾一直處于關閉狀態，液柱重沒有轉移。驢頭載荷一直是桿注重+液柱重，曲柄旋轉到水平位置扭矩最大時驢頭載荷仍然大于平衡重。電動機一直處于被動工作狀態，電流比較小。活塞繼續向下移動到某一位置時與泵筒內的液面接觸，液柱重瞬間轉移到油管上，驢頭載荷瞬間小于平衡重，電動機由被動工作瞬間轉變為主動工作，電動機電流瞬間上升并達到最大出現峰值。由于曲柄旋轉已經超過了水平位置，在270°以后的某個位置出現電流峰值并很快下降。

3、抽油桿或油管斷脫

桿管斷脫的抽油機井上沖程的電流峰值出現在90°左右，下沖程電流峰值出現270°左右，且下沖程電流峰值明顯高于上沖程電流峰值。

抽油機井桿管斷脫，驢頭載荷沒有液柱重，只有桿柱重或低于桿柱重。驢頭載荷明顯小于平衡重。

上沖程時平衡重依靠自身重量向下移動，帶動電動機旋轉，電動機在電網的帶動下被動工作，使曲柄保持正常的旋轉速度，電動機轉變為發電機發出電流。由于曲柄在水平位置扭矩最大，電動機在90°左右的位置發出的電流也最大，出現峰值電流。有的井空載電流與被動工作發電電流相似，沒有峰值電流。

下沖程時平衡重大于驢頭載荷，電動機由被動工作轉變為主動工作，帶動曲柄向上移動消耗電流。由于曲柄在水平位置扭矩最大，電動機在270°左右的位置消耗的電流也最大，出現峰值電流。

由于電動機在上沖程時是被動工作發出電流，下沖程時是主動工作消耗電流，在載荷相同的情況下主動工作消耗的電流大于被動工作發出的電流，所以下沖程電流峰值高于上沖程電流峰值。

結論

1、平衡狀況達到平衡標準的抽油機井，觀察電流峰值大小和出現的位置，可以分析判斷深井泵工作狀況。

2、根據抽油機井的電流分析判斷泵況方法簡單、方便、及時，工作量小。