應用電流曲線法綜合判斷油井工況方法探究

孫王普

摘要：抽油機系統能耗的分析，地面部分的功率損耗主要由電機部分損耗、機械部分損耗及機械部分的瞬時功率三部分組成。根據第一章對能耗的分析，抽油機任何一個沖程中只要光桿處于某一位置（某一時刻）時，機械部分的瞬時功率（平衡塊作功）與機械部分損耗不變。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。根據相應參數提取 A 井實測示功圖與對應的電流曲線數據進行計算，擬合功率因數與位移曲線。在原截點位移處用內插法計算相應電流，通過數學模型推出載荷與對應位移，將擬合示功圖與實測示功圖對比，可以看出擬合示功圖與實測示功圖差距很小。

關鍵詞：游梁式抽油機；功率損耗；電流曲線；泵況；示功圖；實時監控

游梁式抽油機由交流電動機驅動使抽油桿上下運動，將原油抽到地面的網管中，其工作負載呈明顯的周期性變化。利用電流診斷泵況方法及編制的系統軟件實現載荷示功圖的繪制，實時監控泵況變化，及時發現泵況異常井，對于泵況正常的井可以減少測試工作量，減輕測試人員工作強度。

1 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。

2 利用電流曲線診斷泵況方法

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。

3 應用舉例

根據相應參數提取A井實測示功圖與對應的電流曲線數據進行計算，擬合功率因數與位移曲線。選取示功圖拐點14點，并在其間再選取11點，共25 點。根據基本點計算同位移下的曲柄位置、矩扭因數。因每種機型有固定的曲柄位置—光桿位置因數—扭矩因數對照關系，利用位移=光桿位置因數×沖程的關系，將其轉化成曲柄位置—懸點位移—扭矩因數 對照關系。A井的抽油機機型為CYJS6—2.5—26HB，沖程長度為 1.7 m，按其曲柄位置——懸點位移—扭矩因數對照關系表，選取基本點的位移與對照表中的位移并不是一一對應的，采用內插法計算出與基本點相同的位移下的對應曲柄旋轉角度和扭矩因數，計算同位移下的電機輸入功率。A 井抽油機的平衡塊重量16.28 kN，平衡塊力臂0.3 m，曲柄重量16.48

kN，曲柄力臂0.73 m。其中平衡塊重量、曲柄重、曲柄力臂為抽油機的固定參數，平衡塊力臂為實測數據。

通過相關公式計算出以驢頭下死點為原點的懸點位移與電流對應關系數據。已選取基本點的位移與電流數據表中的位移基本不能一一對應，應用內插法計算出與已選基本點的位移相對應的電流數值。

此時應用公式，算出已選 25個基本點的功率因數。將已計算出的功率因數看作是該點位移下的固定數值，用內插法計算出相同位移下的對應電流、曲柄轉角、扭矩因數、正弦值，從而逐步算出功率因數。

根據功率因數與位移的對應關系，在原截點位移處用內插法計算相應電流，通過數學模型推出載荷與對應位移，擬合后繪制示功圖，將擬合示功圖與實測示功圖對比，可以看出擬合示功圖與實測示功圖差距很小。

4 利用軟件編程實現批量計算處理

由于單井機型不同，電機轉速、減速箱扭矩、平衡力矩、結構不平衡重、扭矩因數也不同，計算量較大，要實現系統的診斷方法，需要進行繁重復雜的計算。因此利用軟件編程完成計算過程，通過將間歇采油智能控制系統與計算軟件相接，定期更新功率因數參數，實現對油井工況的實時監控，從而減少現場測試工作量。

5 結束語

游梁式抽油機由交流電動機驅動使抽油桿上下運動，將原油抽到地面的網管中，其工作負載呈明顯的周期性變化。當抽油機工作在上沖程時，游梁端的驢頭懸點上升，提起抽油桿和油柱，因而從電網吸收較多的電能；而下沖程時，由于抽油桿依靠自重下落，電動機的負荷由重負荷轉為輕負荷，所以從電網吸收較少的電能，甚至可以釋放能量。這樣，電動機在一個沖程內承受的扭矩出現正負交變過程。為了使電動機上下沖程負荷均勻改善抽油機的拖動，一般都配有平衡塊來平衡抽油機負荷，實踐中改變曲柄的結構或平衡塊的安裝方式，使平衡裝置的中心線偏離曲柄銷中心線一個偏置角，以提高平衡效應，從而改善抽油機的動力特性，調節抽油機電機的工作狀態。抽油桿的上下往復運動一次構成一個沖次，同時也形成抽油機的工作電流曲線。如果每天定時采集，就會形成抽油機的的周電流或者月電流曲線，從而可以根據曲線判斷抽油機井的工作狀態。

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。

參考文獻：

[1]張剛. 電流法間接示功圖測量方法研究[D]. 大慶石油學院 2009

[2]王科科. 遠程監測抽油機井工況智能診斷技術[D]. 中國石油大學 2015