一种皮带式抽油机实时工况诊断方法与制造工艺

文档序号:11128292
一种皮带式抽油机实时工况诊断方法与制造工艺
本发明属于采油设备工况诊断技术领域,具体涉及一种皮带式抽油机实时工况诊断方法。

背景技术:
皮带式抽油机是一种长冲程、慢冲次、纯机械传动的无游梁抽油机,由于其良好的采油工艺性能和可靠的机械性能,在油田得到了广泛应用,为油田创造了较好的经济效益。皮带式抽油机具有如下特点:重负荷、长冲程、低冲次;整机100%机械传动,折叠结构,具有操作简单,安装、运输方便,运行安全的特点;手刹车可靠性高,操作方便;节能效果好;管理简单、维护方便;皮带机具有电磁自动刹车保护系统。皮带式抽油机既可以实现探抽,也可以进行大排量提液,还特别适合稠油井的开采,其完善的配套工艺和不断的技术升级能够不断地满足各种工况的油井,具有高效、安全、可靠和节能的特点。但是,在皮带式抽油机广泛应用的同时,由于现场缺乏相应的工况诊断方法,无法对皮带式抽油机的生产进行实时精细的监测,使得井下及地面的异常情况不能及时发现和判断处理,给现场带来极大的损失。目前,对抽油机井的故障判断主要依赖示功图,示功图是悬点载荷同悬点位移之间的关系曲线图,测示功图的工具为动力仪。通过示功图可以测出抽油泵在提升过程中的最大载荷和最小载荷,以及增载、卸载等的变化情况,且利用示功图也可以判断出抽油机故障情况。但是,目前对示功图的分析主要依赖于人工或利用简单的几何分析来判断,人工分析严重依赖现场工作人员的丰富经验且效率低下,而几何分析法无法对复杂的功图形状进行准确判断,因此准确度不高。电功图由于具备测取方便,安装及维护成本低,分辨率高,信息反应全面,既能反应井下情况,也能反应地面情况,且能够长期连续测量等诸多优点,因此,它的应用越来越受各油田的重视。然而目前,电功图在油田的应用状况较为局限,电功图的优点没有得到充分的普及与利用,尤其是在油井工况诊断方面。

技术实现要素:
本发明的目的是提供一种基于电功图的皮带式抽油机实时工况诊断方法。为了实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:一种皮带式抽油机实时工况诊断方法,包括下列步骤:1)对皮带式抽油机的悬点运动模型进行分析和计算,得到悬点速度与位移的关系,建立皮带式抽油机的功率和悬点载荷转化模型;2)根据步骤1)所得的功率和悬点载荷转化模型,将典型示功图转化为以位移为横坐标、电机功率为纵坐标的电功图曲线,建立电功图工况诊断模型;3)采集皮带式抽油机的实时电功图,与步骤2)所得电功图工况诊断模型比较,实现实时工况诊断。步骤1)中,对悬点运动模型进行分析和计算为:抽油机的主动链轮以角速度ω顺时针旋转,抽油机悬点运动方向与往返架运动相反;以悬点位于下死点时为起点,在间谐运动段悬点位移Sw、速度Vw、和加速度aw分别为:Sw=R(1-cosθ);Vw=Rωsinθ;aw=Rω2cosθ;由抽油机的冲程、冲次可得主动链轮的角速度ω为:式中,Sw为往复架的位移,m;Vw为往复架的速度,m/s;aw为往复架的加速度,m/s2;R为主动链轮的半径,m;ω为主动链轮角速度,rad/s;θ为主轴销偏离基准线的转角,rad;S为抽油机的冲程,m;n为抽油机冲次,min-1;在匀速运动段,悬点运动速度等于简谐运动段的最大速度,即:Vw=Rω;aw=0。所得悬点速度与位移的关系按一个冲程内时间分段,悬点位移、速度、加速度分别为:式中,t1为上冲程时主轴销运动至被动链轮圆心对应基准面时对应的时间,s;t2为上冲程时主轴销运动至主动链轮圆心对应基准面时对应的时间,s;t3为悬点位于上死点对应的时间,s;t4为下冲程时主轴销运动至主动链轮圆心对应基准面时对应的时间,s;t5为下冲程时主轴销运动至被动链轮圆心对应基准面时对应的时间,s;tz为悬点运动一个冲程所用的总时间,s;其中,所得悬点速度与位移的关系按位移d分段,得到速度v与位移d关系如下:悬点位移d的区间为0~R,悬点速度悬点位移d的区间为R~R+H,悬点速度v=v0;悬点位移d的区间为R+H~S,悬点速度悬点位移d的区间为S~R+H,悬点速度悬点位移d的区间为R+H~R,悬点速度v=-v0;悬点位移d的区间为R~0,悬点速度其中,S=H+2R;悬点速度v向上为正。步骤1)中,根据能量守恒和皮带式抽油机的运行特点,得到如下的功率和悬点载荷转化模型:P·η电机·η传动=(W-W平)·v;式中,P为电机功率,KW;W平为平衡重,KN;W为悬点载荷,KN;η电机为电机效率,无因次;η传动为传动效率,无因次;ν为悬点运动速度,m/s;悬点载荷W如下:上冲程W=W杆+W液柱+F振动+f摩擦下冲程W=W杆+F振动-f浮力-f摩擦;其中,W杆为抽油杆在油中的重力,KN;W液柱为泵以上液柱的重力,KN;F振动为抽油杆振动载荷,KN;f摩擦为抽油杆柱与液柱之间的摩擦力,KN;f浮力为抽油杆在油中的浮力,KN。步骤2)中,从电功图工况诊断模型提取典型特征值,用于对皮带式抽油机井工况的直接诊断。所述典型特征值包括如下12种工况:1)正常工况:0.8<Rpjgl<1.2;2)欠平衡工况:Rpjgl<0.8;3)过平衡工况:Rpjgl>1.2;4)供液不足工况:(xD0-xD3)-(xU2-xU0)>0.1,||kU1,U2|-|kD2,D3||<0.5,|kD1,D2|<0.1;5)抽空工况:(xD0-xD3)-(xU2-xU0)>0.1,||kU1,U2|-|kD2,D3||<0.5,|kD1,D2|<0.1,xD2<0.2;6)气体影响工况:(xD0-xD3)-(xU2-xU0)>0.1,||kU1,U2|-|kD2,D3||<0.5,xD2<0.85,|kD1,D2|≥0.1;7)气锁工况:(xD0-xD3)-(xU2-xU0)>0.1,||kU1,U2|-|kD2,D3||<0.5,|kD1,D2|≥0.1,xD2<0.2;8)出砂工况:Num(k(i)·k(i+1)﹤-0.5δ0.02﹤...
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