游梁式抽油机井下工况监测方法研究

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1、摘要游梁式抽油机是国内外应用最广泛的抽油设备，抽油机的正常运行对于保证油井的安全、可靠生产具有十分重要的意义。抽油机是典型的旋转机械装置，其运动具有重复性与周期性，因而变化的电机输出扭矩中含有反映井下运行状况的重要信息。本文在总结前人建立的有杆抽油系统数学模型的基础上，提出一种改进的动态机理模型，并将电机扭矩作为监测油井井下工况的主要依据，文中对该监测方法进行了初步探讨与研究。主要内容有：对游梁式抽油机各构件进行运动分析及受力分析，建立了抽油机的动力学方程，求得了悬点及各构件的运动规律，为模拟有杆抽油系统的运动特性提供了依据。对抽油杆柱

2、微元进行受力分析，建立了描述抽油杆柱振动特性的波动方程，并采用混合差分法进行分析求解，得到了抽油杆柱各截面的示功图及悬点示功图。以某油井实际生产数据为例进行了验证，结果表明所求示功图与实测示功图吻合效果较好。为了降低有杆抽油系统建模过程中的复杂度，提出了一种基于动态机理建模的改进模型。该模型基于动能守恒原理对传统的转动惯量的计算方法进行简化，降低了模型对地面设备几何尺寸等数据的依赖。通过改变模型的下边界条件，可以得到相应工况的电机输出扭矩，仿真结果验证了该模型的有效性。将基于小波包能量及细化分析主频段能量的特征提取方法用于分析电机扭矩，

3、得到表征各种工况的特征向量，并运用灰色关联分析法进行故障分类。仿真数据表明，分析电机扭矩可以监测井下工况，该方法有待于采用现场数据进行验证以得到完善。关键词：游梁式抽油机，动念建模，井下工况，电机扭矩MonitoringofDown-holeWorkingConditionsofBeamPumpingUnitZhuQingqing(ControlTheoryandControlEngineering)DirectedbyProf．TianXueminAbstractBeampumpingunitisthemostwidelyusedap

4、paratusofpumpingathomeandabroad．Thenormaloperationofpumpingunitisveryimportanttoensurereliableproductionofoilfield．Pumpingunitisnotonlytypicalrotarymechanismbutalsohasoperationalcharacteristicsofrepeatandcycle．Sothereisimportantinformationtodescribedown-holeworkingcondit

5、ionsinthedifferentmotortorques．Basedontheconclusionofpreviousmathematicalmodelforsuckerrodpumpingsystem，animproveddynamicmechanismmodelisproposedandthemotortorqueismadetobeasthemainbasisformonitoringdown—holeworkingconditions．Themonitoringmethodispreliminarilystudiedinth

6、epaper．Maincontentsconcemedareasfollows：Accordingtothekinematicanalysisandloadanalysisofeachpartforthebeampumpingunit，thekineticsequationsareestablished．Aftersolvingtheequations，themotionlawofhangingpointandeachcomponentcouldbegained，whichprovidesthebasisforthesimulation

7、ofvibrationcharacteristicsofsuckerrodstring．Accordingtotheloadanalysisofthesuckerrodstringmicro-unit，thewaveequationthatdescribesthevibrationsofsuckerrodstringisestablished．Bymeansofthehybridalgorithm，differentsectionalandhangingpointdynamiccardscarlbeobtained．Simulation

8、ontheactualproductiondataofawellshowsthatthecomputeddynamometercardisconsistentwiththeactualdynamometer