[發明專利]一種利用電參“示功圖”識別供液不足的方法

有效

• 申請號: 201910317187.0
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110043246B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 戚興;鞏宏亮;常瑞清;孫春龍;王國慶;王翠
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司;大慶油田有限責任公司
• 主分類號: E21B47/009
• 分類號: E21B47/009
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 張海霞

1.一種利用電參“示功圖”識別供液不足的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，首先通過電機齒圈轉速傳感器采集電機軸的瞬時轉速ω，通過三相電參采集器采集電機輸入端的瞬時功率P，通過曲柄霍爾位置傳感器采集一個沖次所用的時間t_n；

步驟2，將曲柄旋轉一周劃分360等份，即曲柄每旋轉1°所對應的曲柄角度為θ₁，θ₂，θ₃，…θ₃₆₀，通過三相電參采集器實時采集不同曲柄角度θ_i下所對應電機輸入端的瞬時功率P(θ_i)和電機軸瞬時轉速ω(θ_i)；其中θ_i為曲柄角度；

步驟3，根據采集的不同曲柄角度θ_i下所對應電機輸入端的電機瞬時功率P(θ_i)和電機軸瞬時轉速ω(θ_i)以及電機效率η_m，并計算出不同曲柄角度θ_i下所對應的電機軸扭矩M_m(θ_i)：

其中，η_m-電機效率；ω(θ_i)-不同曲柄角度所對應的電機軸瞬時轉速，rad/min；P(θ_i)-不同曲柄角度所對應的電機瞬時功率，kW；M_m(θ_i)-不同曲柄角度所對應的電機軸扭矩，N·m；

步驟4，已知電機軸與皮帶輪的傳動比i_belt，皮帶傳動效率η_belt和減速箱傳動比i_gb，減速箱傳動效率η_gb，根據不同曲柄角度θ_i下的電機軸扭矩M_m(θ_i)進而能夠計算出不同曲柄角度θ_i下的所對應的曲柄軸凈扭矩M_n(θ_i)：

M_n(θ_i)＝M_m(θ_i)×i_belt×η_belt×i_gb×η_gb

其中，i_belt-電機軸與皮帶輪的傳動比；i_gb-減速箱傳動比；η_belt-皮帶傳動效率，％；η_gb-減速箱傳動效率，％；M_n(θ_i)-不同曲柄角度所對應曲柄軸凈扭矩，N·m；

步驟5，根據游梁式抽油機型號查詢其最大平衡扭矩M_emax，根據公式計算出不同曲柄角度θ_i下的曲柄軸平衡扭矩M_e(θ_i)：

M_e(θ_i)＝M_emaxsinθ_i

其中，M_emax-抽油機最大平衡扭矩；M_e(θ_i)-不同曲柄角度下所對應的曲柄軸平衡扭矩，N·m；

步驟6，根據不同曲柄角度所對應的曲柄凈扭矩M_n(θ_i)和曲柄平衡扭矩M_e(θ_i)的關系，即可算出不同曲柄角度θ_i下所對應的懸點載荷在曲柄軸上作用的負荷扭矩M_w(θ_i)：

M_w(θ_i)＝M_n(θ_i)-M_e(θ_i)

其中，M_w(θ_i)-不同曲柄角度所對應的懸點載荷在曲柄軸處的負荷扭矩，N·m；

步驟7，在光桿上安裝懸點位置傳感器，同步標定不同曲柄角度θ_i下所對應懸點位置S_A(θ_i)，確定了抽油機曲柄對應抽油機井口懸點在上死點和下死點的旋轉角度，同時也確定了不同曲柄角度θ_i所對應的扭矩因數

其中，-不同曲柄角度下的扭矩因數；θ_i-曲柄角度，°；i-曲柄角度對應的編號；t_n-曲柄旋轉一周，即一個沖次所用的時間，s；Δt-曲柄每旋轉1°所用的時間，并將曲柄旋轉一周看成勻速運動，s；n--抽油機沖次，次/分；ν(θ_i)-在曲柄角度θ_i下的懸點瞬時速度，m/s；ω_b-曲柄旋轉速度，deg/s；

步驟8，根據步驟7得到的扭矩因數計算出不同曲柄角度θ_i下的所對應的懸點載荷W_算(θ_i)：

其中，W_算(θ_i)-不同曲柄角度所對應的計算出的懸點載荷，kN；

步驟9，在光桿上安裝的載荷傳感器，同步標定實測不同曲柄角度θ_i下的載荷系數f(θ_i)：

其中，W_測(θ_i)-不同曲柄角度所對應的懸點載荷，kN；f(θ_i)-不同曲柄角度所對應的實測懸點載荷與計算懸點載荷的載荷系數；

步驟10，通過上述步驟得到了不同曲柄角度所對應的扭矩因數懸點位置S_A(θ_i)、載荷系數f(θ_i)，拆掉光桿上的懸點位置傳感器和載荷傳感器，重新采集電機軸的瞬時轉速和電機輸入端的瞬時功率，重復步驟3～6和步驟8，最終得到不同曲柄角度θ_i所對應的校正懸點載荷W_校(θ_i)：

W_校(θ_i)＝f(θ_i)×W_算(θ_i)

W_校(θ_i)-不同曲柄角度所對應的校正懸點載荷，kN；

步驟11，將校正的懸點載荷W_校(θ_i)與懸點位置S_A(θ_i)根據曲柄角度進行一一對應，即能繪制出懸點載荷與懸點位置的地面示功圖曲線；

步驟12，根據示功圖的形狀計算出井下泵的充滿度Φ：

式中，Φ-泵的充滿度，％；S-柱塞的總沖程，m；S_p-柱塞有效沖程，m；

步驟13，當充滿度Φ＝100％時，則認為該井供液充足；當充滿度70％≤Φ＜100％時，則認為該井輕度供液不足；當Φ＜70％時，則認為該井嚴重供液不足。

2.根據權利要求1所述的一種利用電參“示功圖”識別供液不足的方法，其特征在于，步驟4中，在將曲柄角度θ_i＝0°時，扭矩因數為0.06，θ_i＝180°時扭矩因數為-0.06。