有杆泵抽油系统示功图量油技术研究

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1、中国石油大学(华东)硕士学位论文第1章绪论1．1课题的来源及意义目前国内各油田采用的油井计量方法主要有玻璃管量油、翻斗量油和三相分离计量方法等【ll，普遍存在应用装置多，工艺流程复杂等问题，难以适应地面系统简化优化的要求。另外，我国地域广阔，油井分散，对于比较分散，或者比较偏僻的油井，这些方法显得很不经济。因此，迫切需要研究在油井无计量站情况下，能够实现远程油井工况数据的自动录取、在无人值守情况下能及时掌握油井产量动态变化的技术。随着示功图诊断技术的不断进步和自动化技术的发展，实时监测各油井的工况变化以及瞬时、累计产液量的

2、变化成为可能。自从Gibbs提出抽油杆的波动方程后，国内外研究人员陆续展开了油井生产系统工作状况方面的研究，由工作人员的经验判断逐步转化为计算机自动诊断。自动诊断的主要思路是：根据地面示功图推导出井下泵的示功图，根据泵示功图通过专家系统进行诊断。但油井故障的计算机诊断技术现在还未做到定量化。实际上，油管的漏失、固定阀的漏失和游动阀的漏失以及供液不足的程度等都有可能从泵示功图及有关信息中得到。在油井故障计算机诊断的基础上，本文通过泵示功图对泵的漏失，充满度及柱塞冲程方面进行定量分析，从而折算出地面油井的产液量。示功图法油井计

3、量技术结合了采油工程技术、数据通信技术和计算机技术，以油井单井产量计量为核心，并辅以对油井进行工况监控，对采集的数据进行分析诊断优化，实现简化地面流程对油田现场生产，提高系统效率来说具有重要的现实意义。1．2国内外发展及研究现状油井井下工况诊断技术的发展带来了油井产液量计量形式的变化，油井故障诊断技术是功图法油井计量技术的理论基础。抽油井故障诊断技术【2】的研究，一直是国内外采油工程技术人员的一个重要研究课题。经过几十年的研究、实践，抽油井故障的分析与诊断技术有了相当大的发展，在此基础上，根据有杆抽油系统的理论知识，研究人

4、员在故障诊断基础上对油井产液量的计算进行了分析研究。使有杆抽油系统故障诊断技术进入了一个新的阶段，即从定性分析到部分定量分析。最初，油井抽油系统井下工况主要依靠操作人员的感觉来分析，这种方法较为原始，随着油井井下深度的加深及技术的发展，这种方法很快就被淘汰了。随着仪器仪表的发第1章绪论展，特别是光杆动力仪的出现，可以测出地面光杆载荷与位移的关系曲线，即我们所说的地面示功图。工作人员根据其特征可以推断油井与井下设备的运行状态。但这些分析是间接的，而且误差很大，因此这种由地面示功图推断油井工况的方法受到了很大程度上的限制。对地

5、面示功图的分析，带来了很多不确定性。后来，人们研制了直接测试井下泵示功图的仪器。但是这种方法耗资巨大，工艺比较复杂，很不经济，因此很难得到广泛应用Il¨。直到1963年，美国的W．ESnydert3】首先研究出了一种计算有杆抽油泵系统井下力和位移的方法，建立了抽油杆的无阻尼波动方程。该方法在上个世纪90年代成为世界各国有杆泵抽油井故障诊断的主要方法。各国学者相继在理论和算法上进行了改进，基本可以计算和诊断抽油井系统的整个工作状况，因而在国内外油田获得部分应用。1996年美国壳牌石油公司的Gibbs和Neely提出了有杆抽有

6、系统的计算机诊断技术，并于1967年9月26日获得美国专N权t4,5】。其基本原理是把抽油杆柱看作井下动态信号的传导线，抽油泵作为信号发送器。泵的工作状况以应力波的形式沿抽油杆柱传递到地面，被动力仪接收(动力仪作为接收器)。根据这个原理建立了带阻尼的波动方程作为描述应力波在抽油杆柱中传递过程的基本微分方程，以光杆动载荷及位移作为边界条件，可以得到抽油杆柱任意截面处的位移和载荷值，从而可以绘出抽油杆各截面及泵的示功图。根据这些示功图，可以对整个油井生产系统的工作状况作出分析和判断。随后很多人在模型完善及求解方面做了大量的工作

7、。1981年美国塔尔萨大学的D．R．Dot)r和Z．Schmitt[6】建立了二维振动的数学模型，同时考虑了抽油杆和液柱的运动，这比吉布思的一维振动数学模型要完善些。国外学者提出的一维和二维数学模型是根据国外油田现况建立的，假定油管是锚定的。但是在我国，大部分油井属于不锚定情况，二维模型不适合我国油田的现状。计算机诊断技术在我国是1983年开始引进及应用的。西安石油学院的余国安、高国华等【7】人针对国内油田的基本情况，建立了三维振动数学模型，同时考虑了抽油杆、油管、液柱的振动，适用于油管不锚定的情况，在理论上显然更加合理一

8、些。20世纪90年代中期，大庆石油学院首次在故障诊断基础上将油井产液量和油井示功图联系起来，提出了有杆泵抽油井示功图量油技术。但是该技术提出之后，并没有在油田现场得到大规模应用，相关的许多技术难点未能很好地解决。近几年，雅丹技术有限公司研发了抽油井故障诊断软件，并建立了抽油机井示功图法量油技术先导性试验