試論應用電流變化判斷抽油井異常工況

馮建山

摘 ?要：電流曲線診斷泵況方法是利用電機的電流、輸入功率、電機轉矩、抽油機減速箱扭矩及懸點載荷之間的數學系實現同位移下電流與載荷之間轉換，從而擬合載荷—位移示功圖。通過查閱資料與調研分析，建立電流與載荷關系數學模型。主要借助于間歇采油智能控制系統與角位移傳感器配合來完成，數據采集完成后存儲在遠程服務器上，通過登錄客戶端進行實時監控和歷史查詢，并且能夠實現數據、圖形導出。從采集的電流曲線圖形上無法對泵況進行對比與分析，必須將電流數據轉換為載荷數據，更加直觀地診斷泵況。

關鍵詞：有桿泵抽油系統;電流圖變化;抽油井;異常工況;機采效率

采油井的日常維護保養在油田的生產中占有重要地位，而電流圖是抽油井每天錄取的資料之一，具有可延續性和及時性的特點，可比性強，因此電流圖是觀察油井動態變化的重要參數之一。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，在此基礎上通過數學模型的演練，建立電流變化和抽油機運動的簡化數學模型，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。

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。游梁式抽油機的原理是通過電機運轉帶動皮帶，輸送能量至變速箱，而后經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。

2 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的研發主要基于以下基本原理：（l）游梁式抽油機是以曲柄、連桿和游梁前、后臂組成的四連桿機構，當簡化為簡諧運動時，懸點運動規律僅與抽油機的機械結構有關，與其他參數無關。因此可以通過計算得出不同曲柄轉角時抽油機光桿位移數據。（2）以曲柄平衡抽油機為例，當電動機帶動抽油機運轉時，在上沖程懸點承受桿柱和液柱載荷，電動機和平衡塊共同作功，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：電機瞬時輸出功率=抽油機光桿瞬時功率+抽油機機械部分瞬時功率十抽油機機械部分的損耗。而對于一口井固定的一套抽油裝置參數而言，抽油機機械部分瞬時功率與抽油機機械部分的損耗基本不變。因而，電機的輸出功率就隨著抽油機的懸點載荷而變化，即隨著抽油機光桿載荷變化而變化。這樣，使得用電機電流求光桿載荷成為可能。（3）建立電流與光桿載荷關系，利用實時監測到的電流數據，通過編制程序進行相應的計算與處理，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行詳細研究，以便能隨時通過電流數據繪制示功圖，為抽油機井的有效管理提供有效的技術依據和措施。

3 常規抽油機電流光桿位移數學模型的建立

根據能量守恒原理，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，將其統稱為功率消耗，即在這一時期內功率消耗是不變的。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稱為功率消耗。

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，建立抽油機電流、光桿載荷、位移之間的關系。

4 抽油機工作電流與光桿瞬間載荷數學模型的推導

5 結論

通過對抽油機運轉狀態下電流與載荷數學關系建立，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、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關系，簡單來說，電流與光桿載荷呈二次函數的非線性關系。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。

參考文獻

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