基于电流图变化判断抽油井井下异常工况可行性探讨

刘俊龙，杨 勇，高 诚

（青海省海西州芒崖花土沟采油三厂花土沟采油作业区，青海海西 816401）

基于电流图变化判断抽油井井下异常工况可行性探讨

刘俊龙，杨 勇，高 诚

（青海省海西州芒崖花土沟采油三厂花土沟采油作业区，青海海西 816401）

采油井的日常维护保养在花土沟油田的生产中占有重要地位，而电流图是抽油井每天录取的资料之一，具有可延续性和及时性的特点，可比性强，因此电流图是观察油井动态变化的重要参数之一。通过对抽油机工作原理的描述，进而简化抽油机四连杆运动，在此基础上通过数学模型的演练，建立电流变化和抽油机运动的简化数学模型，探讨基于电流图变化判断抽油井井下异常工况的可行性，及时推断出油井的工作状况，提高油井机采效率。

电流图；抽油井；四连杆；数学模型

1 游梁式抽油机采油原理

有杆泵采油技术是目前最为常见的一种人工举升机械采油方式。有杆泵抽油系统主要分为以下三个部分：一是地面设备即抽油机，它由主机和附机两大部分组成，主机部分包括游梁、连杆、曲柄机构，底座，减速箱，平衡块，横梁，支架，驴头，悬绳器，刹车等组成。附机部分包括电机以及电源控制柜等组成；二是井筒中的抽油泵（包括固定阀、泵筒等），位于井内油管的最下端；三是中间部分抽油杆及活塞（包括游动阀），它把地面抽油机设备运转的动力传给井下活塞做往复运动，这三部分构成了有杆泵抽油系统。游梁式抽油机的工作原理是通过电机运转带动皮带，输送能量至变速箱，而后经过变速箱输出轴带动曲柄做低速旋转运动，从而使得连杆带动油梁上下运动，使得游梁前面的驴头也随之上下摆动，最终带动抽油杆及活塞做上下运动，将井下液体提至地面[1]。

2 常规抽油机电流光杆位移数学模型的建立

根据能量守恒原理，在抽油机工作的整个过程中能量在转化或转移的过程中其总量保持不变。因此，抽油机在运转过程中，当光杆在某一时刻运动至某一位置时，机械部分的瞬时功率与损耗是一定的，将其统称为功率消耗，即在这一时期内功率消耗是不变的。简单来说，电机的瞬时输出功率为机械部分瞬时功率、损耗和光杆的瞬时功率三者之和。为简化计算，将机械部分的瞬时功率与机械部分的损耗之和统称为功率消耗[2]。

下面从光杆位移、电机输出功率、光杆功率及抽油机部分瞬时功率与抽油机部分损耗之和出发，建立抽油机电流、光杆载荷、位移之间的关系。

3 抽油机工作电流与光杆瞬间载荷数学模型的推导

由能量守恒原理可知：抽油机电机的瞬时的输出功率为抽油机光杆瞬时功率与抽油机功率消耗之和，则：

电机的瞬时输出功率为：

式中：PN-电机的额定功率，kW；P0-电机的空耗功率，KW；ηN-电机的额定效率。

光杆瞬时功率为：

因此结合公式，光杆载荷为：

结合式（3）与（5），根据整理光杆速度的计算公式整理计算，可得瞬时光杆（悬点）载荷公式为：

式（6）即为电流与光杆（悬点）载荷关系的数学计算公式，该式表明：抽油机的悬点载荷与电流、时间、电压、额定功率、电机效率等参数是一种多元、非线性函数的关系。

4 结论

通过对抽油机运转状态下电流与载荷数学关系建立，可以得知，抽油机电流的变化可以反映光杆载荷的变化。对式（3）～（6）简化，可以得出以下结论，在对应时间、对应抽油机结构角上，电压、功率因数、额定功率、电机效率是一定的，光杆载荷fg（t）与电流I（t）呈一定的非线性函数关系，简单来说，瞬时电流与光杆载荷呈二次函数的非线性关系。因此，从理论上来说，可以通过电流变化的时间关系图来判断抽油机光杆载荷的变化，进而判断抽油机及井下杆柱的异常情况，总之，通过电流图来诊断井下杆柱的异常情况从理论上说是可行的。

[1] 崔振华，余国安.有杆抽油系统[M].北京：石油工业出版社，1994.

[2] 董世民，张士军.抽油机设计计算与计算机实现[M].北京：石油工业出版社，1994.

Discussion on the Feasibility of Judging the Underground Abnormal Conditions of Pumping Well Based on the Change of Current

Liu Jun-long，Yang Yong，Gao Cheng

The daily maintenance of oil recovery wells occupies an important position in the production of Huatugou oil field，and the current diagram is one of the daily data of pumping wells.It has the characteristics of continuity and timeliness and comparability.Is one of the important parameters to observe the dynamic changes of oil wells.Based on the description of the working principle of the pumping unit，the simplified four-link motion of the pumping unit is simplified.Based on the exercise of the mathematical model，the simplified mathematical model of the current change and the movement of the pumping unit is established，The feasibility of the oil well underground conditions，timely deduce the working conditions of the wells to improve the efficiency of oil wells.

current map；pumping well；four connecting rod；mathematical model

TE93

B

1003–6490（2017）10–0037–01

2017–07–22

刘俊龙（1986—），男，青海海西人，工程师，主要从事采油方面的工作。