抽油机井杆柱应力预警方法与流程

本发明涉及油气田开发工程技术领域，特别是涉及到一种抽油机井杆柱应力预警方法。

背景技术：

在油田开发的过程中有杆泵采油是最主要的采油方式，杆断躺井是导致有杆泵井躺井的最主要的因素，约占到总躺井数的30.2％。

抽油杆柱受到不对称循环载荷和井液腐蚀的作用，其失效形式主要表现为疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。无论哪种失效形式，其杆断的实质为折算应力大于许用应力。而折算应力主要影响因素有两点：一是生产载荷过大，主要由于工况不合理、油井结蜡、回压过高等因素，导致折算应力超过许用应力发生杆断。二是受腐蚀、偏磨因素影响，抽油杆横截面减小，相应折算应力变大，直至超应力生产造成杆断。

近几年四化系统得到普遍推广和应用，该系统利用传感器、网络实现的对抽油机井悬点载荷、液量、压力、电流、电压等参数的实时采集与传输。单靠该四化系统无法实现杆断预警的功能，因此亟待开发一种杆柱应力预警方法，实现杆断预警的功能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种将杆柱应力计算方法与现场的四化系统相结合，实现对抽油机杆柱应力的智能预警功能，从而减少杆断躺井的发生的抽油机井杆柱应力预警方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：抽油机井杆柱应力预警方法，该抽油机井杆柱应力预警方法包括：步骤1，采集油井相关生产参数；步骤2，根据油井相关生产参数计算最大折算应力；步骤3，根据设置的杆柱应力预警参数对最大折算应力进行判断并报警；步骤4，管理人员收到报警信息后对抽油机井进行处置，使其恢复正常生产。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，采集的油井相关生产参数包括抽油杆最大载荷、最小载荷，抽油杆横截面积。

在步骤2中，最大折算应力计算公式为：

式中，fr------抽油杆横截面积；pmax----悬点最大载荷；pmin----悬点最小载荷。

在步骤3中，杆柱应力预警参数包括许用应力极限阈值和最大折算应力值。

在步骤3中，根据抽油杆使用频次将修复杆分为一到四级，同时结合每口井的腐蚀、偏磨、井筒情况，设定新杆和修复杆的不同许用应力极限阈值。

在步骤3中，新杆的极限阈值为100mpa，一级修复杆的极限阈值为95mpa，二级修复杆的极限阈值为90mpa，三级修复杆的极限阈值为85mpa，四级修复杆的极限阈值为80mpa，有腐蚀、偏磨情况的井，极限阈值乘以0.8-1.0的系数。

在步骤3中，抽油杆在低于极限阈值的情况下仍存在杆断风险，因此设置三级预警机制，根据折算应力接近极限阈值的程度进行不同等级的预警。

在步骤3中，一级预警为>极限阈值的70％，应对机制为加密观察；二级预警为>极限阈值的80％，应对机制为进行预处理，包括调整生产参数、热洗清蜡降负荷；三级预警为>极限阈值的90％，应对机制为立即停机，分析与治理。

在步骤3中，设置最大折算应力持续上升、上升趋势预警。

在步骤3中，设定6小时时段内，折算应力持续上升则预警或者在48小时内折算应力波动上升则预警。

本发明中的抽油机井杆柱应力预警方法，在研究分析抽油杆断脱实质的基础上，创新应用运用校正的折算应力计算公式，构建抽油杆应力预警方法，建立分级预警机制，实现对抽油杆应力的监控与预警。该方法借助四化系统建立预警模型，首先从源头数据库实时提取抽油杆最大载荷、最小载荷，应用公式计算抽油杆的实时折算应力。然后运用预警模型中设定的阈值、趋势等判定逻辑对折算应力进行评判，发现异常后进行预警。管理人员根据预警级别采取相应的治理对策，使得抽油杆应力状况恢复正常。

附图说明

图1为本发明的抽油机井杆柱应力预警方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中预警模型设置界面的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中设置后的预警模型的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的抽油机井杆柱应力预警方法的流程图。

步骤101：四化系统采集油井相关生产参数，并将其传输给多参数预警模型。在一实施例中，采集的油井相关生产参数包括抽油杆最大载荷、最小载荷，抽油杆横截面积。

步骤102：多参数预警模型根据相关生产参数计算最大折算应力。具体计算公式如下：

[σ-1]≥σc

式中，[σ-1]----许用应力；σc----折算应力；σa----循环应力的应力幅；

fr------抽油杆横截面积；pmax----悬点最大载荷；pmin----悬点最小载荷；

最终推导出最大折算应力公式：

步骤103：多参数预警软件根据设置的杆柱应力预警模型对最大折算应力进行判断并报警。预警模型的设置如下：

(1)预警参数设置

预警名称：超应力预警

判定指标：最大折算应力

判定类型：阈值/趋势

判定逻辑：阈值(超许用应力90％、超许用应力80％、超许用应力70％)，趋势(持续上升、上升趋势等)。

(2)判定方法及标准

①计算最大折算应力：应用四化大数据平台，实时提取抽油杆最大载荷、最小载荷，应用最大折算应力公式计算实时最大折算应力。

②设定判定逻辑：

一是设定许用应力极限阈值。在一实施例中，对于全部应用h级抽油杆(镍钼钢)，新杆的最大许用应力100mpa。考虑到现场实际应用的多为修复杆，在设定阈值时根据抽油杆使用频次将修复杆分为一到四级。同时结合每口井的腐蚀、偏磨、井筒等情况，设定各自的许用应力极限阈值，实现“一井一值”，具体见下表：

表1许用应力极限阈值的选择

抽油杆在低于极限值仍存在杆断风险，因此设置三级预警机制，根据折算应力接近极限阈值的程度进行不同等级的预警。采油管理人员根据预警级别，采取相应治理措施(如调参、热洗清蜡等)，及时降低抽油杆应力，预防杆断发生。

表2应力预警级别

二是设置最大折算应力持续上升、上升趋势预警，具体参数视具体油井情况而定。例如：设定6小时时段内，折算应力持续上升则预警或者在48小时内折算应力波动上升则预警。

步骤104：管理人员收到报警信息后对抽油机井进行处置，使其恢复正常生产。

在一实施例中，图2是进行预警模型设置的界面，在此界面，输入井号、阈值等参数，从而建立一口井的预警模型。图3是建立完成的某口井的预警模型。