国内外油井下工况诊断技术发展现状

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1、国内外油井下工况诊断技术发展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堀技术⑴的理论基础。抽油井故障诊断技术⑷的研究，一直是国内外采油工程技术人员的一个重耍研究课题。经过儿十年的研究、实践，抽油井故障的分析与诊断技术有了相当人的发展，在此基础上，根据有杆抽油系统的理论知识，研究人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來分析，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

2、被淘汰了。随着仪器仪表的发展，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。对地面示功图的分析，带來了很多不确定性。后來，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。直到1963年，美国的W.ESnyder^首先研究岀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tit界各

3、国冇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提出了有杆抽油系统的计算机诊断技术，并于1967年9月26日获得美国专利权阴】。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

4、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。1981年美国塔尔萨大学的D.R.Doty和乙Schmitt同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®⑼人针对国内油田的基本情况，建立了三维振动数

5、学模型，同时考虑了抽油杆、油管、液柱的振动，适用于汕管不锚定的情况，在理论上显然更加合理—些。1990年，王淑梅用数学方法将地面示功图转换成泵示功图，再按照一定的公式计算出抽油机井产液量⑴】。在国内，她首次将抽油机井计算机故障诊断技术冋与示功图定量解释技术相结合，借助于微机手段实现了地面示功图向井下泵示功图的转换计算，通过对泵示功图的分析、计算得到抽油机井的产液量，为示功图星油概念的技术化做出了重大贡献。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昴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

6、，相关的许多技术难点未能很好地解决。1996年，石在虹在考虑气体压缩多变过程的情况下，利用示功图计算出了抽油机井的产液Ml，31o2004年，张兴华等人在有杆抽油系统的有限元模型基础上，将计算程序植入井口仪器，以实测悬点示功图数据为输入，求得井口产液量冋。据论文显示，精度基本满足油田生产精度要求，但计晟结果需要现场工作人员定期去井口读取，不能满足连续计量的要求，因此未见推广。但是他指岀:将示功图量油方法与示功图远程传输技术相结合，足示功图量油技术发展的趋势。2005年以來，大港油田公司与中国石油大学雅丹石油技术开发有限公司合作开展了抽油机井示功图量油技术研究与先导试验3,形

7、成了一套示功图量油理论和方法。其技术关键是示功图特征的识别、阀开闭点位置的确定、柱塞有效冲程、泵的充满系数和漏失量的计算。2006年，严长亮等人对示功图量油技术做了较全面的介绍并建立了确定泵示功图上阀开闭点位置的数学模型，为柱塞有效冲程的计算提供了新的思路在油田开采的过程中，当油井分布的地点非常分散，地理环境十分恶劣，而目-抽油井井下条件复杂，抽油泵在井下上千米甚至几千米处工作，在抽油杆柱传递运动到井下抽油泵的过程中存在许多不明的因素，会导致抽油效率降低，甚至造成油井爭故。例如，在供液不足时会发生“液击”，产生极大