利用电功率曲线对抽油机井进行工况诊断

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1、3利用电功率曲线对抽油机井进行工况诊断*陈（燕山大学机械工程学院）摘要：针对。关键词：抽油机；实测电功率；特征参数；工况诊断；人工神经网络———————————————*基金项目：国家自然科学基金资助项目“游梁式抽油机井系统效率极限值的仿真研究”（50974108）；国家自然科学基金资助项目“整体区块抽油机井运行仿真优化的基础理论研究”（51174175）。31引言目前对于抽油机井工况的示功图诊断技术已有较多研究，通过示功图基本能够判断出油井的工作状况[1-2]。然而示功图的测量比较繁琐，因此人们提出了通过测量电参数直接判断油井工况的思想[3]。抽油机

2、电参数是比较容易测得的物理量，并且当工况发生变化时，悬点载荷同样发生变化，进而引起电参数的变化，所以电参数与油井工况之间存在着必然的联系。文献[3]只是对基于实测电参数的油井工况诊断技术给出了定性分析，并没有建立相应的模型。笔者通过统计分析，得到了不同工况实测电功率曲线的变化规律，并建立了描述油井工况的电功率曲线特征参数计算模型。2不同工况电功率曲线特征本文根据某油田数千口油井的实测数据，通过统计分析，将油井不同工况的电功率曲线分类，并与正常工况电功率曲线进行对比，得到了不同工况的电功率曲线特征及描述其特征的参数计算模型。各种工况的电功率曲线特征及其计

3、算模型分别如下。2.1正常工况电功率曲线特征对于正常工作的油井，上冲程时，抽油机在电动机和平衡块的共同作用下提升杆柱；下冲程时，电动机的能量一部分克服悬点载荷，一部分存储在平衡块中。功率曲线如图1所示。功率曲线在上冲程和下冲程分别有一个峰值，对于平衡度较好的抽油机，电动机在抽油机上冲程和下冲程时所做的功一致，其两个峰值的比值在0.8~1.2之间。图1正常工况电功率曲线特征2.2供液不足电功率曲线特征供液不足时，抽油机下冲程悬点载荷无法立即卸载，而是经过一段时间后才开始卸载。通过统计分析，发现电动机功率曲线在抽油机下冲程时发生突变，为便于对电功率曲线特征

4、做统计分析，将电功率及曲柄转角做归一化处理，图2为供液不足电功率归一化曲线。图2供液不足电功率归一化图形从图中可以看到，电功率曲线在曲柄转角归一化横坐标区间(0.8,0.9)内有一明显的突变。图3为电功率的斜率曲线，从斜率曲线可以看到在功率曲线突变处的斜率明显高于其它点。3图3供液不足电功率斜率通过分析实测电功率与悬点示功图，发现电功率发生突变的位置与悬点载荷延迟卸载的位置正好对应，可见电功率在此发生的突变的确是悬点载荷延迟卸载引起的。根据其特征，首先判断电功率曲线斜率的最大值是否在曲柄转角的归一化横坐标区间(0.6,0.9)内，用特征参数TZ1表示，

5、值为1或0；其次计算斜率最大值与平均功率的差值，将此差值与斜率最大值的比值记为特征参数TZ2。供液不足的判断依据为.(1)式中TZ2min1——设定的边界值，根据该油田所给油井数据，统计计算得该值为0.66。2.3柱塞上碰泵电功率曲线特征在抽油机上冲程结束时，由于柱塞突然撞击泵筒，泵筒给柱塞一个冲击载荷。通过统计分析，发现在上冲程对应曲柄转角归一化横坐标区间(0.4,0.5)内，电功率产生了一个尖峰，如图4所示。而正常工况的电功率曲线在该区间内比较光滑。图4上碰泵电功率归一化图形从电功率的斜率曲线上更能清楚得看到此突变处的斜率明显高于其它点，如图5所示

6、。图5上碰泵电功率斜率根据其特征，首先判断功率曲线斜率的最大值是否在曲柄转角的归一化横坐标区间(0.4,0.5)内，用特征参数TZ3表示，值为1或0；其次用特征值TZ2描述该斜率最大值与平均斜率的关系。上碰泵的判断依据为(2)式中TZ2min2——设定的边界值，根据该油田所给油井数据，统计计算得该值为0.5。2.4柱塞卡死电功率曲线特征通过统计分析，柱塞卡死时，电动机的功率曲线总体呈现出先升高后下降的趋势，功率最大值出现在上死点附近，如图6所示。图6柱塞卡死电功率归一化图形图7为柱塞卡死时的电功率斜率曲线，从图中可以看到，在上冲程时，斜率大部分为正值，

7、而下冲程时，斜率大部分为负值。图7柱塞卡死电功率斜率3根据其特征，将上冲程功率曲线的斜率大于零的点与总点数的比值设为特征参数TZ4，将下冲程功率曲线斜率小于零的点与总点数的比值设为特征参数TZ5。柱塞卡死的判断依据为(3)式中TZ4min——设定的边界值，根据该油田所给油井数据，统计计算得该值为0.4。TZ5min——设定的边界值，根据该油田所给油井数据，统计计算得该值为0.38。2.4抽油杆断脱电功率曲线特征通过统计分析发现，当抽油杆断脱时，电动机的平均功率都比较低，将电动机平均功率与额定功率的比值TZ6设为抽油杆断脱的电功率曲线特征参数。抽油杆断脱

8、的判断依据为(4)式中TZ6max——设定的边界值，根据该油田所给油井数据，统计计算得该值为0