機(jī)采井泵況分析ppt課件

1、一、機(jī)采井工況分析理論基一、機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)礎(chǔ)知識(shí) 二、抽油機(jī)井示功圖分析二、抽油機(jī)井示功圖分析 三、機(jī)采井疑難工況處理方三、機(jī)采井疑難工況處理方法法 四、系統(tǒng)效率計(jì)算方法四、系統(tǒng)效率計(jì)算方法 五、采油工程數(shù)據(jù)庫的維護(hù)五、采油工程數(shù)據(jù)庫的維護(hù) 采油工程的任務(wù)：就是通過在生產(chǎn)井和注入井上采取一采油工程的任務(wù)：就是通過在生產(chǎn)井和注入井上采取一系列的工程工藝技術(shù)措施，利用生產(chǎn)井和注入井直系列的工程工藝技術(shù)措施，利用生產(chǎn)井和注入井直接作用于油藏，使油、氣暢流入井，并舉升到地面進(jìn)行接作用于油藏，使油、氣暢流入井，并舉升到地面進(jìn)行分離和計(jì)量。分離和計(jì)量。采油工程的工作目標(biāo)：是盡可能的發(fā)展、應(yīng)用先

2、進(jìn)、高采油工程的工作目標(biāo)：是盡可能的發(fā)展、應(yīng)用先進(jìn)、高效、實(shí)用的工藝技術(shù)，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)界限允許的條件下，效、實(shí)用的工藝技術(shù)，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)界限允許的條件下，力爭(zhēng)不斷的提高油氣田的采收率。力爭(zhēng)不斷的提高油氣田的采收率。 一、機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)一、機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí) 一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí) 現(xiàn)代鉆井工藝技術(shù)的標(biāo)志為：多井底的分支井；單現(xiàn)代鉆井工藝技術(shù)的標(biāo)志為：多井底的分支井；單井底的斜井、水平井等。井底的斜井、水平井等。 單井底的井分類：按在目的層段中的井身軸線與鉛單井底的井分類：按在目的層段中的井身軸線與鉛垂線間的夾角來分。垂線間的夾角來分。 單

3、井底的井分單井底的井分鉛直井直井鉛直井直井55（大慶取（大慶取3 3）定向井定向井5 57070斜直井斜直井5 54545斜井存在造斜段）斜井存在造斜段）水平井直井水平井直井70709090分支井的定義分支井的定義: 分支井就是在一個(gè)主井筒中側(cè)鉆出兩個(gè)或兩個(gè)以上的分支井筒的井。 分支井主井筒可以是直井、定向井，也可以是水平井。 分支井可從新鉆一口井開始，也可以從老井中側(cè)鉆有效井眼必須是兩個(gè)或兩個(gè)以上）一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（一）、名

4、詞解釋：（一）、名詞解釋： 表層套管表層套管技術(shù)套管技術(shù)套管（可以是（可以是多層）多層）油層套管油層套管1 1、油、水井的井身結(jié)構(gòu)：、油、水井的井身結(jié)構(gòu)： 所謂井身結(jié)構(gòu)，指的是下入所謂井身結(jié)構(gòu)，指的是下入套管的層次，各層套管的直徑和套管的層次，各層套管的直徑和下入深度，套管外水泥返高及相下入深度，套管外水泥返高及相應(yīng)的鉆頭完鉆井深，人工井底、應(yīng)的鉆頭完鉆井深，人工井底、管鞋、膠木塞、承托環(huán)等。井下管鞋、膠木塞、承托環(huán)等。井下的數(shù)據(jù)均以方補(bǔ)芯上平面算起。的數(shù)據(jù)均以方補(bǔ)芯上平面算起。 導(dǎo)管：為防止鉆井時(shí)井口周圍導(dǎo)管：為防止鉆井時(shí)井口周圍地層坍塌、以便使鉆井泥漿循環(huán)，地層坍塌、以便使鉆井泥漿循環(huán)，人

5、為在開鉆前下入的幾米大直徑管人為在開鉆前下入的幾米大直徑管通常為水泥管）。通常為水泥管）。（一）、名詞解釋：（一）、名詞解釋： 一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí) 表層套管：為加固上部疏松巖層避免其坍塌和安裝封井器，防止鉆井表層套管：為加固上部疏松巖層避免其坍塌和安裝封井器，防止鉆井過程中發(fā)生井噴而下入的套管。過程中發(fā)生井噴而下入的套管。 技術(shù)套管：為控制在鉆井過程中所遇到的復(fù)雜地層，所下入的用于隔技術(shù)套管：為控制在鉆井過程中所遇到的復(fù)雜地層，所下入的用于隔絕目的層以上的高壓水層、氣層及流砂層等而下入的套管。絕目的層以上的高壓水層、氣層及流砂層等而下入的套管。 油層

6、套管：為鞏固油層井段、封隔生產(chǎn)層和非生產(chǎn)層，防止油、氣、油層套管：為鞏固油層井段、封隔生產(chǎn)層和非生產(chǎn)層，防止油、氣、水串通干擾，以便分層實(shí)施開采而下入的套管。水串通干擾，以便分層實(shí)施開采而下入的套管。 完鉆井深、水泥返高和人工井底。完鉆井深、水泥返高和人工井底。 完鉆井深：裸眼完鉆井底到方補(bǔ)芯上平面間的距離。完鉆井深：裸眼完鉆井底到方補(bǔ)芯上平面間的距離。 水泥返高：固井后，套管和井壁的環(huán)形空間中水泥上返高度，即水泥水泥返高：固井后，套管和井壁的環(huán)形空間中水泥上返高度，即水泥環(huán)上平面到方補(bǔ)芯上平面間的距離。環(huán)上平面到方補(bǔ)芯上平面間的距離。 人工井底：固井后，殘留在套管水泥基的上平面，即水泥基的上

7、平面人工井底：固井后，殘留在套管水泥基的上平面，即水泥基的上平面到方補(bǔ)芯上平面間的距離。到方補(bǔ)芯上平面間的距離。一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（一）、名詞解釋：（一）、名詞解釋： 2 2、機(jī)械采油：利用各種機(jī)械將油從井底舉升到地面的方法叫機(jī)械采油。、機(jī)械采油：利用各種機(jī)械將油從井底舉升到地面的方法叫機(jī)械采油。3 3、泵：是一種對(duì)流體實(shí)施能量補(bǔ)充的裝置。、泵：是一種對(duì)流體實(shí)施能量補(bǔ)充的裝置。4 4、泵的揚(yáng)程：指泵將能量傳給流體后，使單位重量的流體所獲得的總能、泵的揚(yáng)程：指泵將能量傳給流體后，使單位重量的流體所獲得的總能量。量。 2122221122whgVrPhH

8、gVrPZ5 5、有效厚度、有效厚度: :指在目前的科技水平和工藝技術(shù)條件下指在目前的科技水平和工藝技術(shù)條件下, ,人為所能開采的人為所能開采的油層厚度。油層厚度。 6 6、動(dòng)液面：是指油井機(jī)采井正常生產(chǎn)時(shí)，油套環(huán)形空間、動(dòng)液面：是指油井機(jī)采井正常生產(chǎn)時(shí)，油套環(huán)形空間中的液面。動(dòng)液面深度是指方補(bǔ)芯上平面到動(dòng)液面間的距離，中的液面。動(dòng)液面深度是指方補(bǔ)芯上平面到動(dòng)液面間的距離，也可近似的認(rèn)為是從井口底平面到動(dòng)液面間的距離。也可近似的認(rèn)為是從井口底平面到動(dòng)液面間的距離。一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（一）、名詞解釋：（一）、名詞解釋： 8 8、采油氣井口裝置：在完井以

9、后，用于控制油氣井的流量和、采油氣井口裝置：在完井以后，用于控制油氣井的流量和井口壓力，開、關(guān)以及井下作業(yè)時(shí)進(jìn)行井口操作用的裝置。井口壓力，開、關(guān)以及井下作業(yè)時(shí)進(jìn)行井口操作用的裝置。 井口裝置命名標(biāo)準(zhǔn)：井口裝置命名標(biāo)準(zhǔn)：例例 “ “KY24.5/78” KY24.5/78” 其正確的解釋為：其正確的解釋為：K K為控制的為控制的“控控字的漢語拼音字頭。字的漢語拼音字頭。Y Y為采油的為采油的“油油字的漢語拼音字頭。字的漢語拼音字頭。額定工作壓力為額定工作壓力為24.5MPa24.5MPa。采油樹主通徑為采油樹主通徑為77.8mm77.8mm，通徑代號(hào)為，通徑代號(hào)為7878。一、一、 機(jī)采井工況

10、分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（一）、名詞解釋：（一）、名詞解釋： 9 9、套管頭：是連接套管和各種井口裝置的一種部件，用以支持技術(shù)套管和油層、套管頭：是連接套管和各種井口裝置的一種部件，用以支持技術(shù)套管和油層套管的重力，密封各層套管間的環(huán)形空間，為安裝防噴器、油管頭和采油樹等套管的重力，密封各層套管間的環(huán)形空間，為安裝防噴器、油管頭和采油樹等上部井口裝置提供過渡連接。并且通過套管頭本體上的兩個(gè)側(cè)口多級(jí)套管上部井口裝置提供過渡連接。并且通過套管頭本體上的兩個(gè)側(cè)口多級(jí)套管頭），可以進(jìn)行補(bǔ)擠水泥，監(jiān)控井沉和注平衡液等作業(yè)。頭），可以進(jìn)行補(bǔ)擠水泥，監(jiān)控井沉和注平衡液等作業(yè)。1010、油管

11、頭：是安裝與采油樹和套管頭之間的部件，其上法蘭平面為計(jì)算油補(bǔ)、油管頭：是安裝與采油樹和套管頭之間的部件，其上法蘭平面為計(jì)算油補(bǔ)距和井深數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)面。距和井深數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)面。 功能為：功能為： 支撐井內(nèi)油管重量；支撐井內(nèi)油管重量； 與油管懸掛器配合密封油管和套管的環(huán)形空間；與油管懸掛器配合密封油管和套管的環(huán)形空間； 為下接套管頭，上接采油樹提供過渡；為下接套管頭，上接采油樹提供過渡； 通過油管頭四通體上的兩個(gè)側(cè)口接套管閘門），完成注平衡通過油管頭四通體上的兩個(gè)側(cè)口接套管閘門），完成注平衡液及洗井等作業(yè)液及洗井等作業(yè) 油管懸掛器則用于懸掛油管。油管懸掛器則用于懸掛油管。 一、一、 機(jī)采井工況分析理論

12、基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（二）、液面的確定（二）、液面的確定 目前常見的液面確定方法有兩種即：溫度法和聲波法目前常見的液面確定方法有兩種即：溫度法和聲波法 1 1、溫度法、溫度法 溫度法是通過向井內(nèi)下入溫度測(cè)量裝置，通過測(cè)量油套環(huán)空中的溫度變化溫度法是通過向井內(nèi)下入溫度測(cè)量裝置，通過測(cè)量油套環(huán)空中的溫度變化情況來確定液面所在位置的方法。溫度法是較為原始的液面確定方法，當(dāng)溫度情況來確定液面所在位置的方法。溫度法是較為原始的液面確定方法，當(dāng)溫度測(cè)量裝置碰到液面后，溫度會(huì)產(chǎn)生突變，該方法確定的液面位置相對(duì)精度較高，測(cè)量裝置碰到液面后，溫度會(huì)產(chǎn)生突變，該方法確定的液面位置相對(duì)精度較高，但是測(cè)

13、量過程相對(duì)較為復(fù)雜。但是測(cè)量過程相對(duì)較為復(fù)雜。2 2、聲波法、聲波法 聲波法是在井口使用專用設(shè)備回聲儀產(chǎn)生一個(gè)聲源，利用接受到的反射波聲波法是在井口使用專用設(shè)備回聲儀產(chǎn)生一個(gè)聲源，利用接受到的反射波來計(jì)算液面深度的方法。聲波法測(cè)量液面的過程簡(jiǎn)單，但受干擾的因素較多，測(cè)來計(jì)算液面深度的方法。聲波法測(cè)量液面的過程簡(jiǎn)單，但受干擾的因素較多，測(cè)量的相對(duì)精度較低，目前國(guó)內(nèi)廣泛采用此種方法。量的相對(duì)精度較低，目前國(guó)內(nèi)廣泛采用此種方法。音標(biāo)：是一個(gè)外徑為音標(biāo)：是一個(gè)外徑為9090，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為600mm600mm的加長(zhǎng)短節(jié)。的加長(zhǎng)短節(jié)。一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)2 2、

14、聲波法、聲波法在此以有音標(biāo)井為例：聲波反射曲線如圖所示。在此以有音標(biāo)井為例：聲波反射曲線如圖所示。令：令：hh為音標(biāo)的下入深度為音標(biāo)的下入深度 m m t1 t1為接收到音標(biāo)反射波所用的時(shí)間為接收到音標(biāo)反射波所用的時(shí)間 S S t t為接收到液面反射波所用的時(shí)間為接收到液面反射波所用的時(shí)間 S S V V聲波的傳播速度聲波的傳播速度 m/sm/s L L動(dòng)液面深度動(dòng)液面深度 m m聲波的傳播速度的確定：聲波的傳播速度的確定： 12thV 動(dòng)液面深度的確定：動(dòng)液面深度的確定： 12tthtVL備注：無音標(biāo)的井采用油管節(jié)箍波來近似計(jì)算聲波的傳播速度。備注：無音標(biāo)的井采用油管節(jié)箍波來近似計(jì)算聲波的傳

15、播速度。目前用雙聲目前用雙聲道回聲儀道回聲儀一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)4 4、液面測(cè)試結(jié)果的應(yīng)用、液面測(cè)試結(jié)果的應(yīng)用、實(shí)測(cè)沉沒度的計(jì)算方法、實(shí)測(cè)沉沒度的計(jì)算方法 令：h動(dòng)實(shí)測(cè)動(dòng)液面深度 m h泵實(shí)際下泵深度 m h沉實(shí)測(cè)沉沒度 m、折算動(dòng)液面、沉沒度等的計(jì)算方法 折算動(dòng)液面 單位m 動(dòng)泵沉hhhgPhhc310動(dòng)動(dòng)折折算沉沒度折算沉沒度 單位單位m m動(dòng)折泵沉折hhh、泵口吸入壓力、泵口吸入壓力 單位單位MPa MPa 1000沉折泵hgP 、計(jì)算流壓、計(jì)算流壓 單位單位MPa MPa 1000ghHPPc動(dòng)流HH油層中部深度油層中部深度 m m一、一、 機(jī)

16、采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（三）、大慶油田常用的三種舉升方式（三）、大慶油田常用的三種舉升方式 大慶油田自1981年大面積轉(zhuǎn)抽以來，宣告了自噴開采階段的結(jié)束，隨之油田進(jìn)入了強(qiáng)采即“機(jī)械采油階段。 機(jī)采階段大慶油田在用的舉升方式主要有三種：三種常規(guī)舉升工藝技術(shù)簡(jiǎn)介三種常規(guī)舉升工藝技術(shù)簡(jiǎn)介 在在2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代前蘇聯(lián)人依據(jù)力學(xué)理論中的年代前蘇聯(lián)人依據(jù)力學(xué)理論中的“四連桿四連桿機(jī)構(gòu)發(fā)明了游梁式抽油機(jī)。機(jī)構(gòu)發(fā)明了游梁式抽油機(jī)。 1、抽油機(jī)、抽油機(jī)游梁式節(jié)能抽油機(jī)游梁式節(jié)能抽油機(jī) 對(duì)于有游梁的抽油機(jī)而言，指在平衡狀態(tài)下，只要是滿足其凈扭矩曲線波動(dòng)范圍小與常規(guī)機(jī)比較）、

17、且趨于平穩(wěn)，無負(fù)凈扭矩值出現(xiàn)的抽油機(jī)，我們將其定義為節(jié)能抽油機(jī)。、節(jié)能抽油機(jī)的定義：、節(jié)能抽油機(jī)的定義：游梁式抽油機(jī)游梁式抽油機(jī)、三種機(jī)型的凈扭矩曲線對(duì)比圖：、三種機(jī)型的凈扭矩曲線對(duì)比圖： 常規(guī)機(jī)、偏置機(jī)、雙驢頭凈扭距對(duì)比圖常規(guī)機(jī)、偏置機(jī)、雙驢頭凈扭距對(duì)比圖-40-25-10520355065050100150200250300350400曲柄轉(zhuǎn)角 度凈扭距 KN.m常規(guī)機(jī)凈扭矩偏置機(jī)凈扭矩雙驢頭凈扭矩 對(duì)于非節(jié)能抽油機(jī)而言，其本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就允許其做對(duì)于非節(jié)能抽油機(jī)而言，其本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就允許其做負(fù)功，這是一種正常現(xiàn)象；對(duì)于節(jié)能抽油機(jī)而言則是因?yàn)槠湄?fù)功，這是一種正?，F(xiàn)象；對(duì)于節(jié)能抽油機(jī)而言則

18、是因?yàn)槠涫テ胶舛霈F(xiàn)了做負(fù)功，這是一種不正常現(xiàn)象。失去平衡而出現(xiàn)了做負(fù)功，這是一種不正常現(xiàn)象。 、對(duì)有游梁抽油機(jī)電機(jī)做負(fù)功的科學(xué)解釋：、對(duì)有游梁抽油機(jī)電機(jī)做負(fù)功的科學(xué)解釋：游梁式抽油機(jī)游梁式抽油機(jī)、活塞式抽油泵、活塞式抽油泵 泵型號(hào)命名標(biāo)準(zhǔn)泵型號(hào)命名標(biāo)準(zhǔn)泵筒型式：對(duì)于金屬柱塞的泵，厚壁筒填泵筒型式：對(duì)于金屬柱塞的泵，厚壁筒填“H”H”，薄壁筒填，薄壁筒填“W”W”，組合泵筒指，組合泵筒指襯套泵填襯套泵填“L”L”；對(duì)于軟密封柱塞的泵，薄壁筒填；對(duì)于軟密封柱塞的泵，薄壁筒填“S”S”，厚壁筒填，厚壁筒填“P”P”。 備注：壁厚為備注：壁厚為4mm4mm的為薄壁筒，的為薄壁筒，5mm5mm以上的

19、為厚壁筒。以上的為厚壁筒。加長(zhǎng)短節(jié)：是起調(diào)整彌補(bǔ)桿管彈性變形量作用的，常規(guī)襯套普通泵、桿加長(zhǎng)短節(jié)：是起調(diào)整彌補(bǔ)桿管彈性變形量作用的，常規(guī)襯套普通泵、桿式泵均需要配備加長(zhǎng)短節(jié)，但是整筒泵一般情況下不需要配備加長(zhǎng)短節(jié)。式泵均需要配備加長(zhǎng)短節(jié)，但是整筒泵一般情況下不需要配備加長(zhǎng)短節(jié)。 2、電動(dòng)潛油離心泵、電動(dòng)潛油離心泵 電動(dòng)潛油離心泵簡(jiǎn)稱電泵，由前蘇聯(lián)人電動(dòng)潛油離心泵簡(jiǎn)稱電泵，由前蘇聯(lián)人A.S.A.S.艾魯托諾夫先生發(fā)明，艾魯托諾夫先生發(fā)明，19231923年電泵被引入美國(guó)，年電泵被引入美國(guó)，美國(guó)第一臺(tái)潛油電泵在洛杉磯問世。美國(guó)第一臺(tái)潛油電泵在洛杉磯問世。19261926年美國(guó)年美國(guó)開始在坎隆斯的魯

20、賽爾油田應(yīng)用潛油電泵抽油。開始在坎隆斯的魯賽爾油田應(yīng)用潛油電泵抽油。 我國(guó)是從我國(guó)是從19641964年首先在沈陽機(jī)電局開始研制年首先在沈陽機(jī)電局開始研制4040方方/ /日潛油電泵的，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指日潛油電泵的，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)沒有達(dá)到要求，另外由于當(dāng)時(shí)的一些其它原因，標(biāo)沒有達(dá)到要求，另外由于當(dāng)時(shí)的一些其它原因，被迫停止研制。被迫停止研制。19811981年天津電機(jī)廠首先研制成功年天津電機(jī)廠首先研制成功200200方方/ /日日800800米揚(yáng)程潛油電泵。米揚(yáng)程潛油電泵。 三種常規(guī)舉升工藝技術(shù)簡(jiǎn)介三種常規(guī)舉升工藝技術(shù)簡(jiǎn)介 潛油電泵是井下工作的多級(jí)離心泵，同潛油電泵是井下工

21、作的多級(jí)離心泵，同油管一起下入井內(nèi)，地面電源通過變壓器、油管一起下入井內(nèi)，地面電源通過變壓器、控制屏、接線盒和動(dòng)力電纜將電能輸送給井控制屏、接線盒和動(dòng)力電纜將電能輸送給井下潛油電機(jī)，使?jié)撚碗姍C(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵旋下潛油電機(jī)，使?jié)撚碗姍C(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，把油井中的井液轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，把油井中的井液舉升到地面。舉升到地面。 2 2、電動(dòng)潛油離心泵、電動(dòng)潛油離心泵 三種常規(guī)舉升工藝技術(shù)簡(jiǎn)介三種常規(guī)舉升工藝技術(shù)簡(jiǎn)介3 3、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵、螺桿泵采油系統(tǒng)的組成：、螺桿泵采油系統(tǒng)的組成：電控部分：電控箱是螺桿泵的控制部電控部分：電控箱是螺桿泵的控制部分，控制電機(jī)的

22、啟、停。該裝置能自分，控制電機(jī)的啟、停。該裝置能自動(dòng)顯示、記錄螺桿泵正常生產(chǎn)時(shí)的電動(dòng)顯示、記錄螺桿泵正常生產(chǎn)時(shí)的電流、電壓等數(shù)據(jù)，有過、欠載自動(dòng)保流、電壓等數(shù)據(jù)，有過、欠載自動(dòng)保護(hù)功能。護(hù)功能。地面驅(qū)動(dòng)部分：地面驅(qū)動(dòng)裝置是螺桿地面驅(qū)動(dòng)部分：地面驅(qū)動(dòng)裝置是螺桿泵系統(tǒng)的主要地面設(shè)備，是把動(dòng)力傳泵系統(tǒng)的主要地面設(shè)備，是把動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)星行運(yùn)遞給井下泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)星行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽吸液體的機(jī)械裝置。動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽吸液體的機(jī)械裝置。3 3、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵 螺桿泵是有別于“活塞式抽油泵和電動(dòng)潛油泵的一種容積式泵，如下圖1：2結(jié)構(gòu)）： e e轉(zhuǎn)子偏心距轉(zhuǎn)子偏心距 mmmm D

23、 D轉(zhuǎn)子截圓直徑轉(zhuǎn)子截圓直徑 mmmm T T（T=2tT=2t定子導(dǎo)程定子導(dǎo)程 mmmm螺桿泵的三個(gè)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：螺桿泵的三個(gè)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：3 3、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵、地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵 它是借助于單螺旋線的轉(zhuǎn)子與雙螺旋線它是借助于單螺旋線的轉(zhuǎn)子與雙螺旋線的定子配合時(shí)產(chǎn)生的空腔實(shí)現(xiàn)抽吸液體入的定子配合時(shí)產(chǎn)生的空腔實(shí)現(xiàn)抽吸液體入泵舉升液體出井。泵舉升液體出井。、螺桿泵的工作原理：、螺桿泵的工作原理：、螺桿泵的型號(hào)表示方法：、螺桿泵的型號(hào)表示方法：地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵 螺桿泵定子加工質(zhì)量在工藝上難于保證螺桿泵定子加工質(zhì)量在工藝上難于保證 體現(xiàn)在：脫膠體現(xiàn)在：脫膠 起泡起泡 溶漲溶漲 三種現(xiàn)象上三

24、種現(xiàn)象上螺桿泵井旋轉(zhuǎn)桿的撓曲變形的合理扶正問題沒螺桿泵井旋轉(zhuǎn)桿的撓曲變形的合理扶正問題沒有從根本上得到解決，一定程度的縮短了其工作有從根本上得到解決，一定程度的縮短了其工作時(shí)效檢泵周期）。時(shí)效檢泵周期）。 螺桿泵井供排關(guān)系的協(xié)調(diào)問題也就是合理沉沒螺桿泵井供排關(guān)系的協(xié)調(diào)問題也就是合理沉沒度的控制沒有從根本上得到解決，一定程度的影響了度的控制沒有從根本上得到解決，一定程度的影響了其產(chǎn)能效益的發(fā)揮。其產(chǎn)能效益的發(fā)揮。螺桿泵井的功況診斷技術(shù)尚未完善，給其日螺桿泵井的功況診斷技術(shù)尚未完善，給其日常管理帶來了一些不便。常管理帶來了一些不便。存在問題：存在問題：一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況

25、分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（四）、工況分析中的相關(guān)計(jì)算內(nèi)容（四）、工況分析中的相關(guān)計(jì)算內(nèi)容1 1、泵效的計(jì)算、泵效的計(jì)算 容積效率容積效率( (泵效泵效) ) %100%100ttvQQQQ式中：式中：Q Q泵的實(shí)際排量泵的實(shí)際排量 m3/dm3/d Qt Qt泵的理論排量泵的理論排量 m3/dm3/d 混合液體即含水原油的密度混合液體即含水原油的密度 t/m3t/m3wowwff1混合液的密度混合液的密度 式中：式中： o o 原油密度單位原油密度單位 t/m3t/m3，計(jì)算時(shí)取，計(jì)算時(shí)取0.86 t/m30.86 t/m3。 ww水的密度水的密度 單位單位 t/m3t/m3，計(jì)算時(shí)取，計(jì)算時(shí)取1.0

26、 t/m31.0 t/m3。 fwfw油井的含水率油井的含水率 % %一、一、 機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)采井工況分析理論基礎(chǔ)知識(shí)（四）、工況分析中的相關(guān)計(jì)算內(nèi)容（四）、工況分析中的相關(guān)計(jì)算內(nèi)容2 2、理論排量的計(jì)算、理論排量的計(jì)算單作用活塞泵理論排量單作用活塞泵理論排量QtQt：144042nSDQt式中：式中：QtQt理論排量理論排量 m3/dm3/d D D抽油泵的直徑抽油泵的直徑 m m S S使用的光桿沖程使用的光桿沖程 m m n n抽油機(jī)的沖次抽油機(jī)的沖次 n/minn/min 式中：式中：QQ每分鐘的理論排量每分鐘的理論排量 mm3/minmm3/min q q每轉(zhuǎn)的排量每轉(zhuǎn)

27、的排量 mm3mm3 e e轉(zhuǎn)子偏心距轉(zhuǎn)子偏心距 mmmm D D轉(zhuǎn)子截圓直徑轉(zhuǎn)子截圓直徑 mmmm T T（T=2tT=2t定子導(dǎo)程定子導(dǎo)程 mmmm QV QV理論排量理論排量 m3/dm3/d螺桿泵理論排量螺桿泵理論排量Q Q：利用結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算利用結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算DTneQ 4DTeq 4利用每轉(zhuǎn)排量利用每轉(zhuǎn)排量q計(jì)算計(jì)算QV ：備注：實(shí)際應(yīng)用中備注：實(shí)際應(yīng)用中q q的單位為的單位為mlml6101440nqQV二、抽油機(jī)井示功圖分析二、抽油機(jī)井示功圖分析在此僅討論單作用的有桿活塞泵在此僅討論單作用的有桿活塞泵( (一一) )、理論示功圖、理論示功圖1 1、示功圖：是指反映深井泵工作狀況的一

28、種二維圖形。、示功圖：是指反映深井泵工作狀況的一種二維圖形。 2 2、地面示功圖：因?yàn)榱εc位移的矢量積我們將其稱為功，故此應(yīng)用動(dòng)、地面示功圖：因?yàn)榱εc位移的矢量積我們將其稱為功，故此應(yīng)用動(dòng)力儀實(shí)際測(cè)量的懸點(diǎn)載荷隨光桿運(yùn)動(dòng)位移間的變化圖形就叫力儀實(shí)際測(cè)量的懸點(diǎn)載荷隨光桿運(yùn)動(dòng)位移間的變化圖形就叫“地面示功地面示功圖圖”。 3、理論載荷、理論載荷指通過對(duì)抽油泵工作時(shí)的受力分析，借助于力學(xué)理論通過計(jì)算得指通過對(duì)抽油泵工作時(shí)的受力分析，借助于力學(xué)理論通過計(jì)算得到的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷。到的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷。 理論載荷的計(jì)算方法有兩種即：理論載荷的計(jì)算方法有兩種即：不考慮抽油桿彈性時(shí)的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷不考慮抽油桿彈

29、性時(shí)的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷考慮抽油桿彈性時(shí)的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷考慮抽油桿彈性時(shí)的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷 在此僅給出在此僅給出“忽略了抽油桿彈性忽略了抽油桿彈性的載荷計(jì)算方法。在該種方的載荷計(jì)算方法。在該種方法中我們計(jì)算懸點(diǎn)載荷所依據(jù)的力學(xué)理論是法中我們計(jì)算懸點(diǎn)載荷所依據(jù)的力學(xué)理論是“牛頓第二定律牛頓第二定律即：即：MaF 二、抽油機(jī)井示功圖分析二、抽油機(jī)井示功圖分析理論示功圖的分類：理論示功圖的分類：動(dòng)載荷條件下的動(dòng)載荷條件下的“理論示功圖理論示功圖”靜載荷條件下的靜載荷條件下的“理論示功圖理論示功圖” 第一類理論示功圖 第二類理論示功圖此時(shí)的抽油桿為勻速直線運(yùn)動(dòng)。 此時(shí)的抽油桿為變速直線運(yùn)動(dòng)。二、抽油機(jī)井示功

30、圖分析二、抽油機(jī)井示功圖分析( (二二) )、理論示功圖的建立、理論示功圖的建立1 1、理論負(fù)荷線的確定、理論負(fù)荷線的確定利用利用 有：有：MaF 上沖程過程中的懸點(diǎn)載荷上行載荷） ivubuulrPPFPIWWP上下沖程過程中的懸點(diǎn)載荷下行載荷）下沖程過程中的懸點(diǎn)載荷下行載荷） vdbddrPFPIWP下式中：式中： 、 懸點(diǎn)上行和下行載荷懸點(diǎn)上行和下行載荷 KNKN 、 上、下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱載荷上、下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱載荷 KNKN 作用在活塞上的液柱載荷作用在活塞上的液柱載荷 KNKN 、 上、下沖程中的最大慣性載荷上、下沖程中的最大慣性載荷 KNKN 、 上、下

31、沖程中井口回壓造成的懸點(diǎn)載荷上、下沖程中井口回壓造成的懸點(diǎn)載荷 KNKN 、 上、下沖程中的最大摩擦載荷上、下沖程中的最大摩擦載荷 KNKN 振動(dòng)載荷振動(dòng)載荷 KNKN 上沖程中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷上沖程中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷 KNKN上P下PrWrWlWuIdIbuPbdPuFdFvPiP靜載荷條件下的靜載荷條件下的“理論示功理論示功圖圖”0F利用利用 有：有：1 1、上理論載荷線計(jì)算公式如下：、上理論載荷線計(jì)算公式如下：10001000gLqgLffWWFrlrPrlU將上式變形有：將上式變形有：rlrlslPUWWgLfgLfF100010002 2、下理論載荷線計(jì)算

32、公式如下：、下理論載荷線計(jì)算公式如下：1000gLfWlsrr3 3、沖程損失、沖程損失的計(jì)算的計(jì)算 ：應(yīng)用胡克定律應(yīng)用胡克定律 有：有：AELFtfrnnrrftrfLEWfLfLfLEW100010002211靜載荷條件下的靜載荷條件下的“理論示功理論示功圖圖”式中：式中： 作用在活塞全面積上的液柱載荷作用在活塞全面積上的液柱載荷 KNKN 活塞的截面積活塞的截面積 m2m2 抽油桿截面積抽油桿截面積 m2 m2 抽油桿材料鋼的密度抽油桿材料鋼的密度 LL抽油桿柱長(zhǎng)度抽油桿柱長(zhǎng)度 m m 靜液柱載荷引起的抽油桿彈性變靜液柱載荷引起的抽油桿彈性變形形 m m 靜液柱載荷引起的油管彈性變形靜液

33、柱載荷引起的油管彈性變形 m mlW385. 7mtsrfsPfrt E E鋼的彈性模量鋼的彈性模量 (E=2.1(E=2.11011 Pa) MPa 1011 Pa) MPa 油管錨定時(shí)油管的彈性變形量為零。油管錨定時(shí)油管的彈性變形量為零。 動(dòng)載荷條件下的動(dòng)載荷條件下的“理論示功理論示功圖圖” 由于考慮功圖因慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)，需要進(jìn)行較復(fù)雜的精確計(jì)算，故在此僅給出不計(jì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)荷線與彈性損失的近似計(jì)算方法。MaF 利用利用 進(jìn)行計(jì)算時(shí)，加速度的確定很重要進(jìn)行計(jì)算時(shí)，加速度的確定很重要1 1、懸點(diǎn)加速度的確定、懸點(diǎn)加速度的確定懸點(diǎn)加速度的確定方法有懸點(diǎn)加速度的確定方法有 （四連桿機(jī)構(gòu)）（四連桿機(jī)構(gòu)）

34、精確計(jì)算方法精確計(jì)算方法近似計(jì)算方法近似計(jì)算方法簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)在此僅討論曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)在此僅討論曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)動(dòng)載荷條件下的動(dòng)載荷條件下的“理論示功理論示功圖圖”1 1、懸點(diǎn)加速度的確定、懸點(diǎn)加速度的確定 如下圖，當(dāng)如下圖，當(dāng)t t時(shí)刻曲柄沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過時(shí)刻曲柄沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過度時(shí)，游度時(shí)，游梁后端點(diǎn)梁后端點(diǎn)B B移動(dòng)的距離為移動(dòng)的距離為SBSB。 令：令：=0=0時(shí)，驢頭處在下死點(diǎn)；時(shí)，驢頭處在下死點(diǎn)；=180=180，驢，驢頭處在上死點(diǎn)。頭處在上死點(diǎn)。 CoslCosrrCosCosllrSB11利用正弦定理有：利用正弦定理有：SinrSinllr令：22111Si

35、nlCosrSB利用級(jí)數(shù)展開利用級(jí)數(shù)展開 有：有：221Sin2112222SinSin21212222SinrCosrSinlCosrSB動(dòng)載荷條件下的動(dòng)載荷條件下的“理論示功理論示功圖圖”1 1、懸點(diǎn)加速度的確定、懸點(diǎn)加速度的確定221SinCosrSBB B點(diǎn)的速度：點(diǎn)的速度： 2222SinSinrCosSinSinrdtdSVBBB B點(diǎn)的加速度：點(diǎn)的加速度： 22CosCosrdtdVWBB懸點(diǎn)懸點(diǎn)A A點(diǎn)的加速度：點(diǎn)的加速度：22CosCosrbaWA懸點(diǎn)的最大加速度即在上、下死點(diǎn)處：懸點(diǎn)的最大加速度即在上、下死點(diǎn)處： lrSrbaWA121220max0lrSrbaWA1212

36、2180max02 2、最大、最小載荷建議做為理論負(fù)荷線）、最大、最小載荷建議做為理論負(fù)荷線）179012nSWWPlrMaxlrnSWWPrr117902min3 3、沖程損失的計(jì)算、沖程損失的計(jì)算 動(dòng)載荷條件下的動(dòng)載荷條件下的“理論示功理論示功圖圖”PtrPeeeSSS對(duì)于多級(jí)抽油桿對(duì)于多級(jí)抽油桿rnnrrfrfLfLfLEWe22111000對(duì)于油管對(duì)于油管tftfLEWe1000慣性載荷使抽油桿增加的沖慣性載荷使抽油桿增加的沖 niriirPnSEfLwe1217901000niriirtniriifnSEfLwfLfLEWS121179010001000三、機(jī)采井疑難工況處理方法三、

37、機(jī)采井疑難工況處理方法四、系統(tǒng)效率計(jì)算方法四、系統(tǒng)效率計(jì)算方法 第二采油廠第二采油廠20192019年生產(chǎn)耗電狀況表年生產(chǎn)耗電狀況表序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目項(xiàng)目耗電量耗電量（10104 4kWhkWh）占總耗電的比例占總耗電的比例（% %）一一生產(chǎn)用電生產(chǎn)用電143163.3143163.397.3997.391 1采油采油58932.358932.340.0940.092 2集輸集輸10201.810201.86.946.943 3注水注水56403.956403.938.3738.374 4供水供水3513.33513.32.392.395 5天然氣天然氣147014701 16 6注聚注聚4336.

38、54336.52.952.957 7其它其它8305.58305.55.655.65二二非生產(chǎn)用電非生產(chǎn)用電3836.73836.72.612.61三三全廠自用電全廠自用電147000147000100100（一）、機(jī)采井的能耗現(xiàn)狀（一）、機(jī)采井的能耗現(xiàn)狀第二采油廠機(jī)采井耗電狀況統(tǒng)計(jì)表第二采油廠機(jī)采井耗電狀況統(tǒng)計(jì)表 （一）、機(jī)采井的能耗現(xiàn)狀（一）、機(jī)采井的能耗現(xiàn)狀 時(shí)間時(shí)間項(xiàng)目項(xiàng)目20002000年年20192019年年20192019年年20192019年年20192019年年20192019年年井?dāng)?shù)井?dāng)?shù)( (口口) )459245924853485351045104520452045315

39、531554845484年產(chǎn)油年產(chǎn)油(10(104 4t)t)1061.191061.191075.921075.921033.061033.061019.911019.911012.161012.16906.01906.01年產(chǎn)液年產(chǎn)液(10(104 4t)t)6797.646797.647105.027105.027583.377583.377885.197885.198139.638139.638071.008071.00總裝機(jī)功率總裝機(jī)功率(10(104 4kw)kw)17.6917.6918.0018.0019.6219.6219.7919.7919.7519.7520.1820.1

40、8噸油耗電噸油耗電(kwh/t)(kwh/t)42.4042.4046.5146.5152.7452.7453.7853.7854.3254.3265.0565.05噸液耗電噸液耗電(kwh/t)(kwh/t)6.626.627.047.047.187.186.966.966.756.757.307.30總耗電量總耗電量(10(104 4 kwh) kwh)44997.8144997.8150044.0550044.0554484.2454484.2454847.6554847.6554979.6654979.6658932.3058932.30占年總耗電量的百占年總耗電量的百分比分比(%)(

41、%)32.9832.9835.3435.3437.8037.8038.0938.0937.7837.7840.21 40.21 全廠耗電量全廠耗電量(10(104 4 kwh) kwh)136436136436141588141588144146144146144005144005145536145536146562146562 截止到截止到2019年底薩南油田的機(jī)采總井總裝機(jī)功率為年底薩南油田的機(jī)采總井總裝機(jī)功率為20.18104KW，平，平均單井裝機(jī)功率為均單井裝機(jī)功率為36.83KW；機(jī)采井平均系統(tǒng)效率為；機(jī)采井平均系統(tǒng)效率為24.89%。 （一）、機(jī)采井的能耗現(xiàn)狀（一）、機(jī)采井的能耗現(xiàn)

42、狀 依據(jù)我廠依據(jù)我廠05年機(jī)采井井口的電能測(cè)試結(jié)果推算，全廠機(jī)采井的日耗電量為年機(jī)采井井口的電能測(cè)試結(jié)果推算，全廠機(jī)采井的日耗電量為161.4584104 KW.h，占全廠總用電量的，占全廠總用電量的40.21%。 1、抽油機(jī)井平均單井日耗電量為、抽油機(jī)井平均單井日耗電量為315.7549KW.h； 2、電泵井平均單井日耗電量為、電泵井平均單井日耗電量為767.555 KW.h； 3、螺桿泵井平均單井日耗電量為、螺桿泵井平均單井日耗電量為152.1451 KW.h。 （二）、系統(tǒng)效率的定義（二）、系統(tǒng)效率的定義 在此我們將消耗能量后、對(duì)外做功的某一整體稱之為一在此我們將消耗能量后、對(duì)外做功的某

43、一整體稱之為一個(gè)系統(tǒng)。個(gè)系統(tǒng)。 系統(tǒng)效率：指整個(gè)系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)效率：指整個(gè)系統(tǒng)的效率。 定義：定義：總有用總功率有用功率PP式中：式中： 效率效率 % % P P有用有用有用功率有用功率 KWKW P P總總總功率總功率 KWKW 注：注：1KW=103W 1W=1 N.m/S=1 V.A1KW=103W 1W=1 N.m/S=1 V.A （二）、機(jī)采井系統(tǒng)效率的定義（二）、機(jī)采井系統(tǒng)效率的定義抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率定義為：抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率定義為：式中：式中： 機(jī)采井的系統(tǒng)效率機(jī)采井的系統(tǒng)效率 % % 地面地面地面機(jī)械設(shè)備的效率地面機(jī)械設(shè)備的效率 % % 地下地下井下泵的工作效率井下泵的工作效

44、率 % % 地下地面電電水光水電光PHgQPPPPPP864001 1、舉升高度、舉升高度H H的確定方法：的確定方法： 如下圖：在如下圖：在1-11-1，2-22-2斷面上應(yīng)用伯努利方程：斷面上應(yīng)用伯努利方程：212221220whgvrPhHgvrP油套當(dāng)忽略當(dāng)忽略hw1-2hw1-2和和v1v1時(shí)有時(shí)有 gvrPPhH222套油當(dāng)忽略當(dāng)忽略v2v2時(shí)有時(shí)有 gPPhH1000套油用輸入功率加權(quán)平均法計(jì)算一個(gè)區(qū)塊的平均系統(tǒng)效率，即：用輸入功率加權(quán)平均法計(jì)算一個(gè)區(qū)塊的平均系統(tǒng)效率，即： niiniiiaPP1111式中：式中：a a 一個(gè)區(qū)塊某種機(jī)械采油井的平均系統(tǒng)效率。一個(gè)區(qū)塊某種機(jī)械采油

45、井的平均系統(tǒng)效率。 P1i P1i 機(jī)械采油井系統(tǒng)單井輸入功率機(jī)械采油井系統(tǒng)單井輸入功率 KWKW i i 機(jī)械采油井單井系統(tǒng)效率；機(jī)械采油井單井系統(tǒng)效率； n n 一個(gè)區(qū)塊機(jī)械采油井測(cè)試井?dāng)?shù)。一個(gè)區(qū)塊機(jī)械采油井測(cè)試井?dāng)?shù)。2 2、一個(gè)區(qū)塊某種機(jī)械采油井的平均系統(tǒng)效率、一個(gè)區(qū)塊某種機(jī)械采油井的平均系統(tǒng)效率（三）、影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素：（三）、影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素：地面設(shè)備因素地面設(shè)備因素地下泵系統(tǒng)因素地下泵系統(tǒng)因素影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素 以抽油機(jī)井為例，統(tǒng)計(jì)我廠系統(tǒng)效率在以抽油機(jī)井為例，統(tǒng)計(jì)我廠系統(tǒng)效率在20%60%的的245口井的能耗分布口井的能耗分布情況如下

46、：情況如下：抽油機(jī)井的能耗分布統(tǒng)計(jì)表抽油機(jī)井的能耗分布統(tǒng)計(jì)表 井?dāng)?shù)井?dāng)?shù)平均單井平均單井消耗功率消耗功率KWKW光桿功率光桿功率KWKW有效功率有效功率KWKW地面效率地面效率% %地下效率地下效率% %系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率% %24510.266.583.1464.147.730.57由此可見，對(duì)于抽油機(jī)井而言由此可見，對(duì)于抽油機(jī)井而言 “地下效率的提高不容忽地下效率的提高不容忽視視1.1.11.1.1泵功圖建立理論的發(fā)展現(xiàn)狀泵功圖建立理論的發(fā)展現(xiàn)狀 伴隨著人們對(duì)有桿泵系統(tǒng)工作原理認(rèn)識(shí)的逐步深入，伴隨著人們對(duì)有桿泵系統(tǒng)工作原理認(rèn)識(shí)的逐步深入，示功圖智能診斷理論被不斷的完善，目前已誕生的示功圖智能診

47、斷理論被不斷的完善，目前已誕生的“泵泵功圖建立理論連續(xù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型）功圖建立理論連續(xù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型）”已達(dá)到了已達(dá)到了三種，即：三種，即： 微分方程微分方程S.GlbbsS.Glbbs波動(dòng)方程）波動(dòng)方程） 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 在國(guó)內(nèi)的診斷系統(tǒng)中，目前多采用在國(guó)內(nèi)的診斷系統(tǒng)中，目前多采用“微分方程微分方程S.GlbbsS.Glbbs波動(dòng)方程或傳遞函數(shù)波動(dòng)方程或傳遞函數(shù)”。 在國(guó)外的診斷中也僅少部分采用在國(guó)外的診斷中也僅少部分采用“狀態(tài)方程狀態(tài)方程”， 我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)采用了我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)采用了“狀態(tài)方程狀態(tài)方程”。 1.1.21.1.2診斷理論的發(fā)展現(xiàn)狀診

48、斷理論的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.2.11.1.2.1阻尼系數(shù)的計(jì)算方法的完善阻尼系數(shù)的計(jì)算方法的完善 在國(guó)外目前人們?nèi)栽谘赜迷趪?guó)外目前人們?nèi)栽谘赜肎lbbsGlbbs阻尼系數(shù)的計(jì)算方法，阻尼系數(shù)的計(jì)算方法，但該方法對(duì)我國(guó)多數(shù)油田的適應(yīng)性較差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示但該方法對(duì)我國(guó)多數(shù)油田的適應(yīng)性較差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示“阻尼系數(shù)影響診斷準(zhǔn)確率為阻尼系數(shù)影響診斷準(zhǔn)確率為5-6%5-6%。 我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)使用了一種新的我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)使用了一種新的“迭代阻尼系數(shù)的計(jì)算方迭代阻尼系數(shù)的計(jì)算方法法”。采用迭代阻尼系數(shù)后其診斷的準(zhǔn)確率較其它阻尼系數(shù)計(jì)算方法平均。采用迭代阻尼系數(shù)后其診斷的準(zhǔn)確率較其它阻尼系數(shù)計(jì)算方法

49、平均提高了提高了5.3個(gè)百分點(diǎn)。個(gè)百分點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)目前多數(shù)診斷系統(tǒng)是選用下列計(jì)算方法中的一種在國(guó)內(nèi)目前多數(shù)診斷系統(tǒng)是選用下列計(jì)算方法中的一種 S.Glbbs阻尼系數(shù)的計(jì)算方法；阻尼系數(shù)的計(jì)算方法； 西南石油學(xué)院阻尼系數(shù)的計(jì)算方法西南石油學(xué)院阻尼系數(shù)的計(jì)算方法1石油大學(xué)阻尼系數(shù)的計(jì)算方法；西南石油學(xué)院阻尼系數(shù)的計(jì)算方法石油大學(xué)阻尼系數(shù)的計(jì)算方法；西南石油學(xué)院阻尼系數(shù)的計(jì)算方法2。1.1.2.21.1.2.2診斷理論數(shù)模的完善診斷理論數(shù)模的完善 目前國(guó)內(nèi)外在診斷理論數(shù)模的完善上都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，示功圖目前國(guó)內(nèi)外在診斷理論數(shù)模的完善上都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，示功圖的智能診斷在的智能診斷在9090年代以來逐步

50、走向了實(shí)用階段。年代以來逐步走向了實(shí)用階段。 國(guó)外的診斷理論目前可診斷國(guó)外的診斷理論目前可診斷1717種功況，其診斷準(zhǔn)確率在種功況，其診斷準(zhǔn)確率在80%80%左右。左右。 國(guó)內(nèi)的診斷理論目前可診斷國(guó)內(nèi)的診斷理論目前可診斷1313種功況，其診斷準(zhǔn)確率在種功況，其診斷準(zhǔn)確率在70%70%左右。左右。我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)可診斷我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)可診斷14種功況種功況 其診斷準(zhǔn)確率在其診斷準(zhǔn)確率在90%左右左右依據(jù)依據(jù)S.GlbbsS.Glbbs波動(dòng)方程的基礎(chǔ)理論，利用狀態(tài)方程對(duì)地下功圖實(shí)施求波動(dòng)方程的基礎(chǔ)理論，利用狀態(tài)方程對(duì)地下功圖實(shí)施求解，建立完善阻尼系數(shù)求解過程及計(jì)算方法。解，建立完善阻尼

51、系數(shù)求解過程及計(jì)算方法。開發(fā)井下泵工況故障自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)軟件：依據(jù)泵功圖不同故障其幾開發(fā)井下泵工況故障自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)軟件：依據(jù)泵功圖不同故障其幾何特征的差異，歸納出何特征的差異，歸納出8 8個(gè)點(diǎn)、個(gè)點(diǎn)、2 2條線和條線和3 3個(gè)面積，選擇出個(gè)面積，選擇出1818個(gè)特征幾個(gè)特征幾何特征函數(shù)，然后采用幾何特征綜合評(píng)判法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法進(jìn)何特征函數(shù)，然后采用幾何特征綜合評(píng)判法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法進(jìn)行診斷。行診斷。 采用幾何特征分析法和特征綜合評(píng)判自動(dòng)診斷油井故障。采用幾何特征分析法和特征綜合評(píng)判自動(dòng)診斷油井故障。 采用數(shù)據(jù)自動(dòng)提取或手動(dòng)輸入、公式計(jì)算，自動(dòng)迭代方法計(jì)采用數(shù)據(jù)自動(dòng)提取或手動(dòng)輸入、公式計(jì)

52、算，自動(dòng)迭代方法計(jì)算阻尼系數(shù)。算阻尼系數(shù)。 利用一次回歸，二次回歸，多次回歸的方法確定凡爾開閉點(diǎn)，利用一次回歸，二次回歸，多次回歸的方法確定凡爾開閉點(diǎn)，定量計(jì)算游動(dòng)凡爾漏失量、固定凡爾漏失量及充滿系數(shù)。定量計(jì)算游動(dòng)凡爾漏失量、固定凡爾漏失量及充滿系數(shù)。 基于勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，編制網(wǎng)上運(yùn)行診斷處理系統(tǒng)程序，基于勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，編制網(wǎng)上運(yùn)行診斷處理系統(tǒng)程序，開發(fā)網(wǎng)上開發(fā)網(wǎng)上WEBWEB圖形查詢分析管理程序。圖形查詢分析管理程序。 1.2 研究目標(biāo)及內(nèi)容研究目標(biāo)及內(nèi)容1.2.1 研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容：n 對(duì)井下常見泵況故障類型自動(dòng)識(shí)別，（包括：連抽代噴、氣鎖或?qū)鲁Ｒ姳脹r故障類型自動(dòng)識(shí)

53、別，（包括：連抽代噴、氣鎖或嚴(yán)重液擊、凡爾失靈或抽油桿在泵口斷脫、抽油桿斷脫、氣體影響、嚴(yán)重液擊、凡爾失靈或抽油桿在泵口斷脫、抽油桿斷脫、氣體影響、供液不足、固定凡爾漏失、游動(dòng)凡爾漏失、泵上掛、泵下碰、柱塞供液不足、固定凡爾漏失、游動(dòng)凡爾漏失、泵上掛、泵下碰、柱塞脫出工作筒、卡泵、泵工作基本正常），并對(duì)影響泵況的敏感性參脫出工作筒、卡泵、泵工作基本正常），并對(duì)影響泵況的敏感性參數(shù)進(jìn)行定量分析。數(shù)進(jìn)行定量分析。n 對(duì)示功圖正常、氣體影響、供液不足診斷符合率達(dá)到對(duì)示功圖正常、氣體影響、供液不足診斷符合率達(dá)到100%，綜合，綜合診斷符合率達(dá)到診斷符合率達(dá)到80%以上。以上。n批量生產(chǎn)井計(jì)算機(jī)智能診斷

54、速度達(dá)到批量生產(chǎn)井計(jì)算機(jī)智能診斷速度達(dá)到50口口/分以上。分以上。1.2.1 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)：達(dá)到技術(shù)指標(biāo)：2.12.1抽油機(jī)井智能診斷技術(shù)理論抽油機(jī)井智能診斷技術(shù)理論 自自19661966年年S.GlbbsS.Glbbs將井下抽油泵處的負(fù)荷變化假象成以應(yīng)力波將井下抽油泵處的負(fù)荷變化假象成以應(yīng)力波的形式沿抽油桿柱傳遞到地面，由此推導(dǎo)并建立了抽油桿系一維帶的形式沿抽油桿柱傳遞到地面，由此推導(dǎo)并建立了抽油桿系一維帶阻尼波動(dòng)方程。即阻尼波動(dòng)方程。即 S.GlbbsS.Glbbs波動(dòng)方程：波動(dòng)方程： ttxcxtxattx,22222式中：式中： 抽油桿抽油桿x斷面處斷面處t時(shí)刻的位移時(shí)刻的位移 m a

55、應(yīng)力傳播速度應(yīng)力傳播速度 m/s c粘滯阻尼系數(shù)粘滯阻尼系數(shù) 1/s二、技術(shù)分析二、技術(shù)分析 伴隨著人們對(duì)有桿泵系統(tǒng)工作原理認(rèn)識(shí)的逐步深入，示功圖智能伴隨著人們對(duì)有桿泵系統(tǒng)工作原理認(rèn)識(shí)的逐步深入，示功圖智能診斷理論被不斷的完善，目前已誕生的診斷理論已達(dá)到了三種，即：診斷理論被不斷的完善，目前已誕生的診斷理論已達(dá)到了三種，即： 微分方程微分方程 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 在此僅介紹在此僅介紹“微分方程、狀態(tài)方程兩種診斷方法。微分方程、狀態(tài)方程兩種診斷方法。tx,2.1.1微分方程微分方程 ttxcxtxattx,22222a a分離變量法付氏級(jí)數(shù)解求解。分離變量法付氏級(jí)數(shù)解求解。b b

56、變步長(zhǎng)有限差分法求解。變步長(zhǎng)有限差分法求解。 在此利用光桿處所得到的光桿載荷與時(shí)間的關(guān)系曲線以及光桿位移與時(shí)間的關(guān)系曲線作為邊界條件來求解S.Glbbs方程，最終形成泵功圖。S.Glbbs波動(dòng)方程的兩種求解方法：波動(dòng)方程的兩種求解方法：在此僅介紹分離變量法付氏級(jí)數(shù)解求解：在此僅介紹分離變量法付氏級(jí)數(shù)解求解：在兩個(gè)以截?cái)喔盗⑷~級(jí)數(shù)表示的邊界條件下，即：在兩個(gè)以截?cái)喔盗⑷~級(jí)數(shù)表示的邊界條件下，即： 懸點(diǎn)動(dòng)載荷函數(shù)懸點(diǎn)動(dòng)載荷函數(shù)光桿位移函數(shù)光桿位移函數(shù) 其特解為：位移與深度、時(shí)間的函數(shù)其特解為：位移與深度、時(shí)間的函數(shù)載荷與深度、時(shí)間的函數(shù)載荷與深度、時(shí)間的函數(shù) tD nnnnortSinnZtCos

57、nWtWtD1)(2 t nnnnotSinntCosnrrt1)(2txi, nnnnorotSinnxiPtCosnxiOrEftxix1)(22,txiF, nnnnrotSinnxiPxtCosnxiOxEftxiF12,使用微分方程的數(shù)學(xué)模型有下列特點(diǎn)：使用微分方程的數(shù)學(xué)模型有下列特點(diǎn)： 便于用數(shù)字計(jì)算機(jī)求解；便于用數(shù)字計(jì)算機(jī)求解； 特別適用于線性系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)確率較低；特別適用于線性系統(tǒng)，對(duì)于非線性系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)確率較低； 計(jì)算過程煩瑣，所用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。計(jì)算過程煩瑣，所用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。 2.1.2.1建立數(shù)學(xué)模型的基本假設(shè)：建立數(shù)學(xué)模型的基本假設(shè)：便于用數(shù)字計(jì)算機(jī)求解

58、；便于用數(shù)字計(jì)算機(jī)求解；不但適用于線性系統(tǒng)，也可適用于非線性系統(tǒng)；不但適用于線性系統(tǒng)，也可適用于非線性系統(tǒng)；不但適用于恒參數(shù)系統(tǒng)，也可適用于變參數(shù)系統(tǒng)；不但適用于恒參數(shù)系統(tǒng)，也可適用于變參數(shù)系統(tǒng)；不但適合單輸入、單輸出系統(tǒng)，也適用于多輸入、輸出系統(tǒng)。不但適合單輸入、單輸出系統(tǒng)，也適用于多輸入、輸出系統(tǒng)。 我廠選用了狀態(tài)方程診斷理論我廠選用了狀態(tài)方程診斷理論2.1.2狀態(tài)方程狀態(tài)方程 忽略油管的振動(dòng)；忽略油管的振動(dòng)； 泵處的傾角不很大直井），凡爾球在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生斷續(xù)跳動(dòng)；泵處的傾角不很大直井），凡爾球在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生斷續(xù)跳動(dòng)； 將桿柱微段視為集中質(zhì)量、彈簧、粘滯阻尼、機(jī)械阻尼的系統(tǒng)。將桿柱微段

59、視為集中質(zhì)量、彈簧、粘滯阻尼、機(jī)械阻尼的系統(tǒng)。 2.1.2.2應(yīng)用狀態(tài)方程來表示的數(shù)學(xué)模型有下列優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用狀態(tài)方程來表示的數(shù)學(xué)模型有下列優(yōu)點(diǎn)：2.1.32.1.3診斷理論模型的建立診斷理論模型的建立 有桿活塞泵由于受機(jī)械磨損、化學(xué)腐蝕、含氣、抽汲參數(shù)有桿活塞泵由于受機(jī)械磨損、化學(xué)腐蝕、含氣、抽汲參數(shù)選取不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，在?shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的井下選取不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懀趯?shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的井下故障。根據(jù)泵工作時(shí)的力學(xué)行為，可將其區(qū)分為如下的故障。根據(jù)泵工作時(shí)的力學(xué)行為，可將其區(qū)分為如下的1717種基種基本的工作狀態(tài)：本的工作狀態(tài)：2.1.2狀態(tài)方程狀態(tài)方程 連抽帶噴；凡爾失靈連抽帶

60、噴；凡爾失靈(不能打開不能打開)；抽油桿斷脫；氣鎖；氣體影響；供液；抽油桿斷脫；氣鎖；氣體影響；供液不足不足(液擊液擊)；柱塞脫出工作筒；固定凡爾漏失；游動(dòng)凡爾漏失；泵上掛；泵；柱塞脫出工作筒；固定凡爾漏失；游動(dòng)凡爾漏失；泵上掛；泵下碰；卡泵；工作正常；油管漏；油管斷；砂影響；蠟影響。下碰；卡泵；工作正常；油管漏；油管斷；砂影響；蠟影響。 對(duì)于不同的泵的工作狀態(tài)，泵的力學(xué)行為不同，泵腔內(nèi)的對(duì)于不同的泵的工作狀態(tài)，泵的力學(xué)行為不同，泵腔內(nèi)的壓力壓力P P及泵載荷及泵載荷FpFp的變化規(guī)律不同，從而表現(xiàn)為泵功圖具有不同的變化規(guī)律不同，從而表現(xiàn)為泵功圖具有不同的典型幾何特征。這些幾何特征的差異，為油