淺談油井電參曲線于吉林油田的應用

吳月輝 張明 李松

摘要：單井電參采集系統是油田物聯網建設的重要內容，其采集的電性參數是油井的重要數據，油井工況變化會引起電性參數的變化。通過統計分析新民采油廠數百口井不同工況電性參數曲線的特征，總結了一些規律，作為對異常工況做定性判斷的依據，供同行們交流和探討。

關鍵詞：標準電參理論;符合程度驗證;電參曲線解讀;平衡率判斷;工況判斷;標準模板

0 引言

隨著現代科技的發展，物聯網建設成為建立數字化油田的重要內容。吉林油田新民采油廠在2018年下半年起全面實施物聯網建設，單井電參采集系統是其重中之重。開展電參采集與應用技術研究，對于采油生產的狀況監控、不正常井診斷、機采系統效率研究等都具有一定的優勢，對于深化物聯網應用具有重要意義。

1電參曲線原理及基本形態

1.1標準電參理論基礎

對于正常工作的油井，懸點載荷與行程相關;平衡塊在垂面做圓周勻速運動，其力矩特點和相位角相關。上沖程時（0-180°），電動機和平衡塊共同做功克服懸點載荷、提升桿柱;下沖程時（180-360°），懸點載荷做正功，和電機一起把平衡塊舉升至360°。上下沖程中懸點載荷與平衡塊力矩綜合作用的結果不同，造成電機需要做功的變化。電參數曲線就是電機功率、電流、電壓、功率因數、等信息隨時間的變化曲線。其中電功率曲線最為重要，其原理如圖1所示：

1.2電功率曲線形態

理論上電功率曲線在一個沖次中有兩個峰：上沖程波峰為不對稱形態，為快上慢下，是懸點載荷快速增至最大值所導致;下沖程波形為先慢上，然后快上、快下，波峰出現在270度附近，接近對稱。因此可以根據波峰形態來判斷抽油機上下沖程。

2電參數曲線符合程度驗證

新民采油廠用功率平衡測試儀實際測試曲線約400井次，與電參采集曲線對比，得出結論：二者的曲線形態和最大、最小值基本一致，符合程度較高，可以相互替代。

3電參采集功能及曲線解讀

3.1電參采集功能簡介

電參采集系統可以自動采集抽油機井的A、B、C三相電壓、電流、功率、用電量、功率因數等信息，能夠直觀反應抽油機井的電機運行狀態。其操作功能包括每4小時定時采集、隨時采集、洗井電參、電流異常預警、圖版比對、電能核定等。

3.2 實測電參數曲線解讀

曲線圖的橫坐標固定為采集點數，每個采集點時間間隔為120毫秒，共采集600個點，總時間為72秒，可直觀判知沖次。縱坐標為可選項目，可以選擇 A、B、C三相的電壓、電流、功率、功率因數等。

4電參數曲線的應用

通過對單井電參曲線變化的分析判斷，可及時發現油井平衡率超標、供電異常、地面及井下設備故障等異常工況。

4.1 抽油機平衡度的判斷

正常工況下，平衡度較好的抽油機，電功率曲線前后波峰值接近一致，比值在0.8-1.2之間;欠平衡時前波峰高值;過平衡時后波峰高值。理論上前波峰加載的時間點會因平衡度發生變化，欠平衡時后移，過平衡前移。

根據功率曲線調節平衡度可使電機功率明顯降低，節約電量資源相當可觀。

4.2 根據電參曲線分析油井工況及設備故障

根據對吉林油田數百口井的實測數據的分析、對比，結合相關資料，將油井異常電參數曲線進行了定性分類，建立了標準模板，為油井故障診斷提供了可靠的依據。

4.2.1診斷方法

根據電參曲線判斷油井工況的流程如下：建立模板-實測電參曲線-與模板對比判斷工況-現場檢查驗證-完善模板。

電參曲線對比發現異常要經現場驗證、查明原因。

4.2.2 標準模板

標準模板是根據諸多油井的實測曲線及示功圖和油井實際工作情況相對照，經分類歸納總結的經驗模板，具有廣泛的代表性。目前所建立的模板主要包括地下故障模板和地面故障模板兩大類。

4.2.2.1地下故障模板

地下故障導致電參曲線變化主要有兩大類型：

⑴懸點載荷變化幅度小，可能由斷脫、雙漏、抽噴、底部管漏等原因所致。其特征為：懸點載荷變化小導致雙波峰波谷消失，形成單峰單谷形態;整體載荷下降。正弦曲線越規范越能反應井下問題。

⑵懸點載荷非正常變化，及可能是由于卡泵造成。其特征為：在雙峰雙谷正常電參曲線形態上，功率異常突升;甚至功率出現平行段，平行段毛刺突出。

4.2.2.2地面故障模板

區別于雙峰雙谷的異型曲線基本屬于地面因素導致，如圖2所示：

⑴皮帶松、電機打滑：皮帶打滑導致電機頻繁加載卸載，電功率曲線毛刺增加、功率下降，尤其是在功率峰值處出現毛刺增多，波峰由尖變寬，形似草坪狀。

⑵減速箱故障：曲線上出現干擾狀豎條，多為機械原因造成。

⑶三相電缺相：三相電中的一相功率及電流為0，另外兩相突然增大。

⑷項序接反：曲線顯示三相電不同步，且其中一相電一直為負值。

⑸油井皮帶斷、電機空轉：電機做功僅用來維持自身運轉、電功率基本恒定，導致電流明顯降低，電流曲線變為平滑，電功率曲線接近一條直線，且功率大幅度下降。

⑹變壓器故障：電參曲線同時出現電壓電流同步異常或三相電不平衡。

4.2.3應用效果

經過實際應用，利用標準模板判斷故障的準確率達到80%以上，節約了大量的生產成本。

5問題討論

電參曲線替代傳統示功圖來判斷的油井工況是科技發展的必然趨勢。但目前在實際應用中還存在著一些難點：1、抽油機傳動系統上任何異常均會導致載荷變化，進而影響電機功率變化，給電參數曲線診斷帶來一定的難度。2、實測電參曲線與理論圖形有一定差異，有時不易判斷上、下沖程，給工況判斷帶來困難。3、一些電參曲線異常存在多解性，需要其他輔助手段判別、最終通過現場資料錄取驗證。

參考文獻：

[1]劉尊民，林海波，儀垂杰. 桿式抽油機功圖采集與曲線擬合方法研究[J]. 制造業自動化，2014，36（6）：81-82

[2]趙海濤，史明義等. 抽油機井綜合利用多元數據進行工況診斷的研究[J]. 中國石油和化工，2009（3）：48-50.S G Gibbs.

[3]王德喜. 電機有功功率曲線在抽油井分析中的應用[J]. 石油鉆采工藝，1988年05期

[4] 張乃祿，孫換春，郭永宏，等. 基于示功圖的油井工況智能分析[J]. 油氣田地面工程，2011，30（4）：8-9.