[發明專利]一種有桿抽油系統效率實時監測方法

在審

• 申請號: 201310219500.X
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN104213904A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 楊瑞;辛宏;慕立俊;曾亞勤;黃偉;郭方元;李明江;呂億明;韓二濤
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B47/009
• 分類號: E21B47/009
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 張少宏

1.一種有桿抽油系統效率實時監測方法，其特征在于含有數據采集步驟和數據分析步驟；

數據采集步驟含有以下步驟；

建立抽油機功圖法油井自動計量與監測系統，全天候不間斷地對所轄區塊內油井的運行狀況進行實時監測步驟，每十分鐘實時采集功圖數據，并進行產液量計算；建立電參數數據采集系統，實時采集三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因素等參數，將實時采集的大量數據存儲在專用的數據庫中；

數據分析步驟含有以下步驟；

開發系統實時效率監測軟件，通過對專用數據庫中的實時采集數據進行計算分析，得到反映系統運行狀況的動態參數（系統效率、地面效率、井下效率、平衡度），對比階段狀態運行變化趨勢，繪制出了各技術指標隨時間變化的趨勢圖，用于指導生產。

2.根據權利要求1所述的一種有桿抽油系統效率實時監測方法，其特征在于：

⑴實時監測步驟；

根據抽油機懸點位移變化曲線，通過下式計算出所測周期中抽油機懸點的實際沖程D_sus；

D_sus＝max(S)-min(S)；

將D_sus代入下式計算出當前抽油機井的泵效α；

α=Q60·Twork·N·Dsus·(π·D24);]]>

通過下式計算出液柱的重量W_o(kN)；

Wo=ρoil·9.8·Hm·π·D2-Drend24;]]>

（其中，Dr_end為最末一級桿柱的直徑）

由下式計算得到桿柱總長度的變化量Dl(m)；

Δl=Σi=1n4·LiEi·π·Di;]]>

（其中，L_i表示第i級桿的長度，E_i表示第i級桿的彈性模量，D_i表示第i級桿的直徑，n為桿柱的級數）；

通過下式進一步計算得到泵利用率η_ρ；

ηρ=α·DsusDsus-Δl;]]>

根據實測的沖刺，利用下式得到一個沖程周期的時間T(s)；

T=60N;]]>

由抽油機懸點位移及對應的載荷曲線，得到抽油機所在測試的沖程周期中的懸點示功圖；通過對功圖的面積運用數值積分算法得到在一個沖程周期中抽油機對懸點載荷所作的功（光桿功）W_r(kJ)；

根據下式得到懸點在一個沖程周期中的平均功率（平均光桿功率）P_r(kW)；

Pr‾=WrT;]]>

根據油井的含水率、原油密度，利用下式計算得到油水混合液的密度ρ_l(t/m³)；

ρ_l＝(1-η_water)·ρ_oil+η_water；

根據油井動液面深度以及油壓與套壓的取值，通過下式得到液體的有效舉升高度H(m)；

H=Hm+(Po-Pc)·1000ρl·9.8;]]>

將計算得到的一個沖程周期中的平均水功率與平均光桿功率代入下式，計算出有桿抽油系統的平均井下效率

ηd‾=Ph‾Pr‾;]]>

根據電動機輸入功率變化曲線，利用積分的方法得到電動機平均輸入功率，再由下式計算出有桿抽油系統的平均地面效率

ηu‾=Pr‾P‾mi;]]>

根據下式，得到整個有桿抽油系統的平均系統效率

ηsys‾=ηu‾·ηd‾;]]>

由電動機的特性參數以及電動機的輸入功率，得到電動機在一個沖程周期中的負載率λ的變化曲線；根據下式，求出電動機的輸出功率P_mo(kW)的變化曲線：P_mo(t)=P_o·λ(t)；

（其中，P_o表示電動機的額定功率，kW）；

考慮由傳動皮帶與減速箱構成的減速裝置傳動效率影響，由下式得到減速箱的輸出功率P_ro隨時間變化的曲線；

P_ro(t)＝η_r·P_mo(t)；

（其中，η_r表示減速裝置的平均傳動效率）

將P_ro與W_r代入下式，即求出在一個沖程周期中的抽油機四連桿機構平均傳動效率；ηlink‾′=∫0TPro(t)WrPro;]]>

由懸點的位移曲線及抽油機四連桿機構的傳動關系，得到曲柄的角位移曲線，對角位移曲線進行數值微分并濾波，即得到曲柄轉速ω隨時間變化的曲線，因為曲柄軸即為減速箱的輸出軸，所以通過下式計算得到曲柄軸上的凈扭矩隨時間變化的曲線；

Tn(t)=Pro(t)ω(t);]]>

根據曲柄凈扭矩變化曲線，通過下式即計算出抽油機的平衡度Epst；

Epst=max(Tnd)max(Tnu)]]>

（其中，max(T_nu)表示上沖程曲柄凈扭矩的峰值，max(T_nd)表示下沖程曲柄凈扭矩的峰值）；

由抽油機的懸點載荷及傳動特性，得到曲柄上所承受的負載扭矩T_l，根據下式計算得到曲柄平衡扭矩T_b；

T_b＝T_l-T_n；

⑵數據分析步驟：

①通過安裝在井口懸繩器上的載荷傳感器和游梁下方的位移傳感器，對抽油機井抽油桿載荷和位移進行測量；

②載荷和位移電信號通過電纜線傳至井組控制箱內控制終端（RTU），再通過井組天線，將采集數據以波的形式傳至主站中心接收天線進行數據接收；

③通過數據處理點（控制中心）無線服務器將接收到的信號轉換為數字信號傳至站內計算機；

④利用計算機上的油井監測、計量軟件對油井工況進行24小時連續監測并進行故障診斷分析和產液量計算。