抽油机悬点示功图测量及综合应用

刘立红

关键词：抽油机井；悬点示功图；位移测量；低压测试；泵况诊断

油田开发的最小单元就是采油井，每口采油井的生产是否正常，关系到油田开发与生产的效果，如果采油井一旦出现了故障，生产就要受到影响，其产量就会降低，某些动态参数就会发生一定的变化，只要在监测过程中及早地发现动态参数的变化，并加以分析、判断，再根据具体故障采取具体措施才能使油井恢复正常生产。在动态参数中，抽油机上、下行电流及示功图是反应油井工况异常最明显、最快捷的动态参数。通过分析示功图，可以知道抽油机负荷的变化、泵的工作状况，各项参数配合是否合理，是否受到砂、蜡、气、水的影响，油层供液能力是否充足，抽油杆工作是否正常等，由示功图及时诊断抽油井工作状况，从而及时调整工作制度。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。

1抽油机井示功图概述

示功图是一种由载荷位移变化关系曲线构成的封闭式曲线,对位移与悬点载荷关系表示的是光杆示功图或地面示功图。示功图有两种定义,一种是理论示功图定义,一种是典型示功图定义,前者是只对静载荷作用考虑的,后者是某一个影响因素特别显著,其形状对该因素影响有代表性,并由此作为基本特征的示功图。因为抽油井井下作业环境复杂,且生产中的制造和安装质量都会影响到深井泵的运行,再加上水、气、蜡、腐蚀等多因素影响,示功图的实测有着不规则形状。要想更为科学的测试示功图,对示功图正确分析,就必须基于现有的测量方法,深入研究分析更先进、更合理的测量方法。目前,传统人工测量示功图与间接测量施工图是较为常见的。

2传统人工测量示功图

位移测量主要采用拉线式传感器,载荷测量使用悬点处动力仪,位移测量与载荷测量的测量信号传输都使用电缆,检测传感器随着光杆运动。示功图测量使用的是抽油杆动力仪。在测量过程中,在抽油机的悬绳器上安装上动力仪,光杆在悬绳器所受力的总和就是井下载荷与负载的总和,包括油泵活塞以上的液体重量、抽油杆重量、动载荷等。动力仪的测力部分承受光杆、悬绳器上下横梁的压力。

2.1影响人工测量示功图准确性的因素

人工测量时,操作不规范或者动力仪出现故障或异常,都会影响到测量的精度。具体表现为:(1)过于松弛的拉线、放错支点等,如果不能固定牢靠拉线下端,拉线紧实度会降低;(2)悬绳器的上横梁与下横梁没有达到平行状态;(3)基线记录笔尖与应力记录笔尖没有出现重合,在测试前或者记录纸与笔尖没有充分接触;(4)测力系统出现液体渗漏现象。

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及进展

有研究人员利用扭矩系数法,依据悬点载荷与减速箱输出轴输出与扭矩间的关系,提出了利用抽油机井实测功率曲线计算示功图的方法。针对示功图直接测量时存在的测力传感器交变载荷拉伸状态,以及发现的载荷传感器相连引线过长问题,某石油公司开展了“抽油机井电功率监控系统开发”研究。以上研究均发现了统一的抽油机载荷变化关系,即传递效率、平衡扭矩、光杆位移等多个参数间呈现出一种非线性的函数关系,通过抽油机系统效率测试可以求出这种关系,基于这些研究成果,通过电机功率求出光杆载荷成为可能。

在实际工作中提出利用无线测试技术测试抽油机示功图。他们为了克服传统有线测试中信号电缆容易受油污或者挤压折断,造成被测信号不良、影响正常测试的不足,采用了无线测试方式,有效避免了以上问题的发生。再次测试时,信号传输时机械接触的环节大大减少,测试可以在随意位置开展,即井下100m范围内,从而消除了各种因接触不良、井场油污等引发的机械故障。某高校学者提出了示功图间接测量模型,并改进了示功图计算方法,将通过同步信号获取抽油机电机功率的方法提出来,并提出了与光杆位移对应关系的方法。利用fuzzy-ARTMAP神经网络建立抽油机井电能信号诊断模型,也是研究人员对抽油机电参数远程智能故障诊断技术深入研究得到的成果。

3.2当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。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。

选取油田所提供的地面20个示功图数据，分析面积变化量与泵效之间的关系，其中面积变化量是地面示功图相对于其标准矩形框面积的减少量利用MATLAB软件分别求取20个示功图相对其标准矩形框面积的变化量以及每口井的相应泵效从图可以看出，不同工况下的地面示功图随着面积的变化泵效基本上满足相同的变化趋势泵效增大，面积减小，泵效减小。

4结束语

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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