石油工程有杆抽油井工况诊断方法及程序本科学位论文.doc

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1、有杆抽油井工况诊断方法及程序摘要有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。及时、准确地掌握有杆抽油系统的工作状况，诊断油井所存在的问题，制定合理的技术措施，使油井及时恢复正常生产，提高举升效率和油井产量，对提高油田开发的综合经济效益具有十分重要意义。本文根据抽油机的几何结构，建立了抽油机悬点位移、速度、加速度等运动参数规律。在有杆泵抽油装置、泵的工作原理的基础上针对不同材质的组合抽油杆柱，对抽油杆微元体进行受力分析，并建立了描述抽油杆柱动力学特性的波动方程。从而建立诊断数学模型，以抽油机的悬点运动规律并结合悬点实测

2、示功图作为诊断模型的边界条件，通过有限差分法对模型进行数值求解，利用VB语言编写程序计算出抽油杆柱的位移和载荷，绘出示功图。根据新疆油田两口生产井资料，通过所编程序对油井进行实例计算，从实测悬点载荷、位移求解出抽油杆不同位置在任意时间段的位移和载荷，并绘出泵示功图。实现对抽油系统工况诊断，验证所编程序。关键词：有杆抽油；示功图；诊断；波动方程；有限差分33有杆抽油井工况诊断方法及程序目录摘要ⅠABSTRACTⅡ1绪论11.1研究目的和意义11.2国内外研究现状与发展趋势11.2.1国外发展概况11.2.2国内发展概况21.3本文的主要工作32游梁式抽油机动力学特性分

3、析42.1常规游梁式抽油机简介42.2抽油机悬点运动分析52.2.1简化分析52.2.2精确分析62.3悬点运动计算实例93抽油机诊断模型的建立及求解113.1杆柱动力学分析113.1.1抽油杆微元体受力分析113.2诊断数学模型波动方程的建立与求解133.2.1诊断数学模型的建立143.2.2诊断模型的有限差分法153.2.3诊断模型的求解173.3节点载荷及位移计算193.4阻尼系数的确定203.4.1多级杆阻尼系数的计算214计算机诊断技术的应用234.1井下抽油泵工况分析234.2示功图故障分类235有杆抽油井诊断实例265.1诊断程序界面265.2油井工况

4、诊断分析266结论与建议316.1结论316.2建议3133有杆抽油井工况诊断方法及程序致谢32参考文献33附录1诊断模型求解程序代码34附录2例子1实测悬点载荷数据37附录3例子2实测悬点载荷数据3833有杆抽油井工况诊断方法及程序1绪论1.1研究目的和意义有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。在我国，采油生产井中大约有90%采用有杆抽油技术，全国各油田产液量的60%，产液量的75%是靠有杆抽油技术采出的[1]。然而由于抽油泵是在近千米到数千米的井下，工况十分复杂，工作环境极其恶劣，不但受“机、杆、泵”抽油设

5、备的影响，而且直接受到“砂、蜡、气、水”的影响，故障发生率很高，1998年的统计结果表明：我国平均每口有杆抽油井年作业1.25次，严重影响油田的正常生产。因此，及时、准确地掌握有杆抽油系统井下设备的工作状况，诊断油井所存在的故障问题，制定合理的技术措施，使油井及时恢复正常生产，最大限度的提高原油产量、降低生产成本和提高抽油效率，对石油工业的发展和提高经济效益都具有非常重大的理论意义和现实意义[1]。石油工业的发展对抽油丼故障诊断技术的研究提出强烈要求。几十年来，抽油丼故障诊断技术一直是国内外采油工程技术人员的一个重要研究课题，经过长期的研究与实践，抽油丼故障诊断技术

6、取得了相当大的发展。1.2国内外研究现状与发展趋势自从有杆泵在油田服役以来，有杆抽油井的故障诊断先后经历了从靠感觉分析到靠仪器测量分析，从仪器测量分析到计算机处理分析，并向智能化诊断不断迈进的发展过程。近几十年来诊断技术得到了飞速的发展，特别是计算机诊断技术的出现，使有杆抽油系统故障诊断技术进入了一个崭新的阶段，即从定性分析到部分定量分析、从人工到初级智能。具体发展历程如下：1.2.1国外发展概况早期的油井故障诊断仅靠手感，工作人员用手握住光杆，上下运动几个冲程，凭感觉来判断抽油泵的某些故障，这种方法只适用于浅井，并且误差比较大[3]。33有杆抽油井工况诊断方法及程

7、序到了二十年代，1927年发明地面光杆动力仪，利用光杆动力仪绘制光杆载荷与位移的关系曲线，即光杆示功图，然后对光杆示功图进行解释，以判断油井与设备故障，几十年来，许多国家进行了大量的研究工作：一方面，不断改进动力仪，提高检测精度；另一方面，不断改进示功图的解释方法，扩大解释范围[4]。1936年美国的Gilbert和Surgent发明井下动力仪。这种方法是将井下动力仪随同抽油泵一起下入丼内，用其直接测量泵示功图，因这种方法耗资甚巨，工艺也较复杂，没有得到推广应用[5]。1966年美国壳牌石油公司的Gibbs建立了带阻尼的波动方程作为描述应力波在抽油杆柱中过程的基