试论应用电流变化判断抽油井异常工况

冯建山

摘  要：电流曲线诊断泵况方法是利用电机的电流、输入功率、电机转矩、抽油机减速箱扭矩及悬点载荷之间的数学系实现同位移下电流与载荷之间转换，从而拟合载荷—位移示功图。通过查阅资料与调研分析，建立电流与载荷关系数学模型。主要借助于间歇采油智能控制系统与角位移传感器配合来完成，数据采集完成后存储在远程服务器上，通过登录客户端进行实时监控和历史查询，并且能够实现数据、图形导出。从采集的电流曲线图形上无法对泵况进行对比与分析，必须将电流数据转换为载荷数据，更加直观地诊断泵况。

关键词：有杆泵抽油系统;电流图变化;抽油井;异常工况;机采效率

采油井的日常维护保养在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。

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。

2 电流法间接示功图测量的基本原理

电流法间接测量示功图系统的研发主要基于以下基本原理：（l）游梁式抽油机是以曲柄、连杆和游梁前、后臂组成的四连杆机构，当简化为简谐运动时，悬点运动规律仅与抽油机的机械结构有关，与其他参数无关。因此可以通过计算得出不同曲柄转角时抽油机光杆位移数据。（2）以曲柄平衡抽油机为例，当电动机带动抽油机运转时，在上冲程悬点承受杆柱和液柱载荷，电动机和平衡块共同作功，完成提液过程。下冲程抽油杆在其自重作用下，克服浮力下行，平衡块储存多余的能量。由能量守恒原理可得：电机瞬时输出功率=抽油机光杆瞬时功率+抽油机机械部分瞬时功率十抽油机机械部分的损耗。而对于一口井固定的一套抽油装置参数而言，抽油机机械部分瞬时功率与抽油机机械部分的损耗基本不变。因而，电机的输出功率就随着抽油机的悬点载荷而变化，即随着抽油机光杆载荷变化而变化。这样，使得用电机电流求光杆载荷成为可能。（3）建立电流与光杆载荷关系，利用实时监测到的电流数据，通过编制程序进行相应的计算与处理，绘制出示功图。通过上述分析可知，电流法间接示功图测量方法在原理上是可行的，从油田抽油机井有效管理角度来讲也是必要的，因此，该论文对电流法间接示功图测量方法进行详细研究，以便能随时通过电流数据绘制示功图，为抽油机井的有效管理提供有效的技术依据和措施。

3 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。

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。

4 抽油机工作电流与光杆瞬间载荷数学模型的推导

5 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，在對应时间、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，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。

参考文献

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