《機采井泵況分析》PPT課件

1、,機采井工況診斷,一、機采井工況分析理論基礎知識 二、抽油機井示功圖分析 三、機采井疑難工況處理方法 四、系統(tǒng)效率計算方法 五、采油工程數(shù)據(jù)庫的維護,目錄,采油工程的任務：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，并舉升到地面進行分離和計量。 采油工程的工作目標：是盡可能的發(fā)展、應用先進、高效、實用的工藝技術，在當前經(jīng)濟界限允許的條件下，力爭不斷的提高油氣田的采收率。,一、機采井工況分析理論基礎知識,一、 機采井工況分析理論基礎知識,現(xiàn)代鉆井工藝技術的標志為：多井底的分支井；單井底的斜井、水平井等。,單井底的井分類：按在目的

2、層段中的井身軸線與鉛垂線間的夾角來分。,單井底的井分,鉛直井（直井）5（大慶取3）,定向井570,斜直井545 斜井（存在造斜段）,水平井（直井）7090,分支井的定義:,分支井就是在一個主井筒中側鉆出兩個或兩個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，也可以從老井中側鉆（有效井眼必須是兩個或兩個以上）,一、 機采井工況分析理論基礎知識,一、 機采井工況分析理論基礎知識,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（一）、名詞解釋：,1、油、水井的井身結構： 所謂井身結構，指的是下入套管的層次，各層套管的直徑和下入深度，套管外水泥返高及相應的鉆頭完

3、鉆井深，人工井底、管鞋、膠木塞、承托環(huán)等。井下的數(shù)據(jù)均以方補芯上平面算起。,導管：為防止鉆井時井口周圍地層坍塌、以便使鉆井泥漿循環(huán)，人為在開鉆前下入的幾米大直徑管（通常為水泥管）。,（一）、名詞解釋：,一、 機采井工況分析理論基礎知識,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。 技術套管：為控制在鉆井過程中所遇到的復雜地層，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。 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：裸眼完鉆井底到

4、方補芯上平面間的距離。 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，即水泥環(huán)上平面到方補芯上平面間的距離。 人工井底：固井后，殘留在套管水泥基的上平面，即水泥基的上平面到方補芯上平面間的距離。,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（一）、名詞解釋：,2、機械采油：利用各種機械將油從井底舉升到地面的方法叫機械采油。 3、泵：是一種對流體實施能量補充的裝置。 4、泵的揚程：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。,5、有效厚度:指在目前的科技水平和工藝技術條件下,人為所能開采的油層厚度。,6、動液面：是指油井（機采井）正常生產(chǎn)時，油套環(huán)形空間中的液面。動液面深度是指方補芯上平

5、面到動液面間的距離，也可近似的認為是從井口底平面到動液面間的距離。,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（一）、名詞解釋：,8、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、關以及井下作業(yè)時進行井口操作用的裝置。,井口裝置命名標準：,例 “KY24.5/78” 其正確的解釋為： K為控制的“控”字的漢語拼音字頭。 Y為采油的“油”字的漢語拼音字頭。 額定工作壓力為24.5MPa。 采油樹主通徑為77.8mm，通徑代號為78。,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（一）、名詞解釋：,9、套管頭：是連接套管和各種井口裝置的一種部件，用以支持技術套管和油層套管的重力，密封各層套

6、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側口（多級套管頭），可以進行補擠水泥，監(jiān)控井沉和注平衡液等作業(yè)。,10、油管頭：是安裝與采油樹和套管頭之間的部件，其上法蘭平面為計算油補距和井深數(shù)據(jù)的基準面。,功能為： 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； 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側口（接套管閘門），完成注平衡液及洗井等作業(yè) 油管懸掛器則用于懸掛油管。,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（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,1、溫度法 溫度法是通過向井內(nèi)下

7、入溫度測量裝置，通過測量油套環(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，當溫度測量裝置碰到液面后，溫度會產(chǎn)生突變，該方法確定的液面位置相對精度較高，但是測量過程相對較為復雜。,2、聲波法 聲波法是在井口使用專用設備（回聲儀）產(chǎn)生一個聲源，利用接受到的反射波來計算液面深度的方法。聲波法測量液面的過程簡單，但受干擾的因素較多，測量的相對精度較低，目前國內(nèi)廣泛采用此種方法。,音標：是一個外徑為90，長度為600mm的加長短節(jié)。,一、 機采井工況分析理論基礎知識,2、聲波法,在此以有音標井為例：聲波反射曲線如圖所示。,令：h為音標的下入深度 m t1為接收到音標反射波

8、所用的時間 S t為接收到液面反射波所用的時間 S V聲波的傳播速度 m/s L動液面深度 m,聲波的傳播速度的確定：,動液面深度的確定：,備注：無音標的井采用油管節(jié)箍波來近似計算聲波的傳播速度。,目前用雙聲道回聲儀,一、 機采井工況分析理論基礎知識,4、液面測試結果的應用,、實測沉沒度的計算方法,令：h動實測動液面深度 m h泵實際下泵深度 m h沉實測沉沒度 m 、折算動液面、沉沒度等的計算方法 折算動液面 單位m,折算沉沒度 單位m,、泵口吸入壓力 單位MPa,、計算流壓 單位MPa,H油層中部深度 m,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（三）、大慶油田常用的三種舉升方式,大慶油田自19

9、81年大面積轉抽以來，宣告了自噴開采階段的結束，隨之油田進入了強采即“機械采油”階段。 機采階段大慶油田在用的舉升方式主要有三種：,三種常規(guī)舉升工藝技術簡介,在20世紀30年代前蘇聯(lián)人依據(jù)力學理論中的“四連桿”機構發(fā)明了游梁式抽油機。,1、抽油機,游梁式節(jié)能抽油機,對于有游梁的抽油機而言，指在平衡狀態(tài)下，只要是滿足其凈扭矩曲線波動范圍?。ㄅc常規(guī)機比較）、且趨于平穩(wěn)，無負凈扭矩值出現(xiàn)的抽油機，我們將其定義為節(jié)能抽油機。,、節(jié)能抽油機的定義：,游梁式抽油機,、三種機型的凈扭矩曲線對比圖：,對于非節(jié)能抽油機而言，其本身的結構設計就允許其做負功，這是一種正?，F(xiàn)象；對于節(jié)能抽油機而言則是因為其失去平衡而

10、出現(xiàn)了做負功，這是一種不正常現(xiàn)象。,、對有游梁抽油機電機做負功的科學解釋：,游梁式抽油機,、活塞式抽油泵,泵型號命名標準,泵筒型式：對于金屬柱塞的泵，厚壁筒填“H”，薄壁筒填“W”，組合泵筒（指襯套泵）填“L”；對于軟密封柱塞的泵，薄壁筒填“S”，厚壁筒填“P”。 備注：壁厚為4mm的為薄壁筒，5mm以上的為厚壁筒。,加長短節(jié)：是起調整（彌補）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短節(jié)，但是整筒泵一般情況下不需要配備加長短節(jié)。,2、電動潛油離心泵,電動潛油離心泵簡稱電泵，由前蘇聯(lián)人A.S.艾魯托諾夫先生發(fā)明，1923年電泵被引入美國，美國第一臺潛油電泵在洛杉磯問世。19

11、26年美國開始在坎隆斯的魯賽爾油田應用潛油電泵抽油。 我國是從1964年首先在沈陽機電局開始研制40方/日潛油電泵的，通過現(xiàn)場試驗，各項技術指標沒有達到要求，另外由于當時的一些其它原因，被迫停止研制。1981年天津電機廠首先研制成功200方/日800米揚程潛油電泵。,三種常規(guī)舉升工藝技術簡介,潛油電泵是井下工作的多級離心泵，同油管一起下入井內(nèi)，地面電源通過變壓器、控制屏、接線盒和動力電纜將電能輸送給井下潛油電機，使?jié)撚碗姍C帶動多級離心泵旋轉，將電能轉換為機械能，把油井中的井液舉升到地面。,2、電動潛油離心泵,三種常規(guī)舉升工藝技術簡介,3、地面驅動螺桿泵,、螺桿泵采油系統(tǒng)的組成：,電控部分：電控

12、箱是螺桿泵的控制部分，控制電機的啟、停。該裝置能自動顯示、記錄螺桿泵正常生產(chǎn)時的電流、電壓等數(shù)據(jù)，有過、欠載自動保護功能。,地面驅動部分：地面驅動裝置是螺桿泵系統(tǒng)的主要地面設備，是把動力傳遞給井下泵轉子，使轉子實現(xiàn)星行運動，實現(xiàn)抽吸液體的機械裝置。,3、地面驅動螺桿泵,螺桿泵是有別于“活塞式抽油泵和電動潛油泵”的一種容積式泵，如圖所示（1：2結構）：,e轉子偏心距 mm D轉子截圓直徑 mm T（T=2t）定子導程 mm,螺桿泵的三個基本結構參數(shù)：,3、地面驅動螺桿泵,它是借助于單螺旋線的轉子與雙螺旋線的定子配合時產(chǎn)生的空腔實現(xiàn)抽吸液體入泵舉升液體出井。,、螺桿泵的工作原理：,、螺桿泵的型號表

13、示方法：,地面驅動螺桿泵,螺桿泵定子加工質量在工藝上難于保證 體現(xiàn)在：脫膠 起泡 溶漲 三種現(xiàn)象上,螺桿泵井旋轉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時效（檢泵周期）。,螺桿泵井供排關系的協(xié)調問題（也就是合理沉沒度的控制）沒有從根本上得到解決，一定程度的影響了其產(chǎn)能效益的發(fā)揮。,螺桿泵井的功況診斷技術尚未完善，給其日常管理帶來了一些不便。,存在問題：,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（四）、工況分析中的相關計算內(nèi)容,1、泵效的計算,容積效率(泵效),式中：Q泵的實際排量 m3/d Qt泵的理論排量 m3/d 混合液體（即含水原油）的密度 t/m3,混合液的密度

14、,式中： o 原油密度單位 t/m3，計算時取0.86 t/m3。 w水的密度 單位 t/m3，計算時取1.0 t/m3。 fw油井的含水率 %,一、 機采井工況分析理論基礎知識,（四）、工況分析中的相關計算內(nèi)容,2、理論排量的計算,單作用活塞泵理論排量Qt：,式中：Qt理論排量 m3/d D抽油泵的直徑 m S使用的光桿沖程 m n抽油機的沖次 n/min,式中：Q每分鐘的理論排量 mm3/min q每轉的排量 mm3 e轉子偏心距 mm D轉子截圓直徑 mm T（T=2t）定子導程 mm QV理論排量 m3/d,螺桿泵理論排量Q：,利用結構參數(shù)計算,利用每轉排量q計算QV ：,備注：實際應

15、用中q的單位為ml,二、抽油機井示功圖分析,在此僅討論單作用的有桿活塞泵,(一)、理論示功圖,1、示功圖：是指反映深井泵工作狀況的一種二維圖形。,2、地面示功圖：因為力與位移的矢量積我們將其稱為功，故此應用動力儀實際測量的懸點載荷隨光桿運動位移間的變化圖形就叫“地面示功圖”。,3、理論載荷指通過對抽油泵工作時的受力分析，借助于力學理論通過計算得到的抽油機懸點載荷。,理論載荷的計算方法有兩種即： 不考慮抽油桿彈性時的抽油機懸點載荷 考慮抽油桿彈性時的抽油機懸點載荷,在此僅給出“忽略了抽油桿彈性”的載荷計算方法。在該種方法中我們計算懸點載荷所依據(jù)的力學理論是“牛頓第二定律”即：,二、抽油機井示功圖

16、分析,理論示功圖的分類：,動載荷條件下的“理論示功圖”,靜載荷條件下的“理論示功圖”,第一類理論示功圖 第二類理論示功圖 此時的抽油桿為勻速直線運動。 此時的抽油桿為變速直線運動。,二、抽油機井示功圖分析,(二)、理論示功圖的建立,1、理論負荷線的確定,利用 有：,上沖程過程中的懸點載荷（上行載荷）,下沖程過程中的懸點載荷（下行載荷）,式中： 、 懸點上行和下行載荷 KN 、 上、下沖程中作用在懸點上的抽油桿柱載荷 KN 作用在活塞上的液柱載荷 KN 、 上、下沖程中的最大慣性載荷 KN 、 上、下沖程中井口回壓造成的懸點載荷 KN 、 上、下沖程中的最大摩擦載荷 KN 振動載荷 KN 上沖程

17、中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷 KN,靜載荷條件下的“理論示功圖”,利用 有：,1、上理論載荷線計算公式如下：,將上式變形有：,2、下理論載荷線計算公式如下：,3、沖程損失的計算 ：,應用胡克定律 有：,靜載荷條件下的“理論示功圖”,式中： 作用在活塞全面積上的液柱載荷 KN 活塞的截面積 m2 抽油桿截面積 m2 抽油桿材料（鋼）的密度 L抽油桿柱長度 m 靜液柱載荷引起的抽油桿彈性變形 m 靜液柱載荷引起的油管彈性變形 m,E鋼的彈性模量 (E=2.11011 Pa) MPa,油管錨定時油管的彈性變形量為零。,動載荷條件下的“理論示功圖”,由于考慮功圖因慣性旋轉時，需要進行較復雜的精確計

18、算，故在此僅給出不計旋轉時，負荷線與彈性損失的近似計算方法。,利用 進行計算時，加速度的確定很重要,1、懸點加速度的確定,懸點加速度的確定方法有 （四連桿機構）,精確計算方法,近似計算方法,簡諧運動,曲柄滑塊運動,在此僅討論曲柄滑塊運動,動載荷條件下的“理論示功圖”,1、懸點加速度的確定,如圖所示，當t時刻曲柄沿順時針方向轉過度時，游梁后端點B移動的距離為SB。,令：=0時，驢頭處在下死點；=180，驢頭處在上死點。,利用正弦定理有：,令：,利用級數(shù)展開 有：,動載荷條件下的“理論示功圖”,1、懸點加速度的確定,B點的速度：,B點的加速度：,懸點A點的加速度：,懸點的最大加速度即在上、下死點處

19、：,2、最大、最小載荷（建議做為理論負荷線）,3、沖程損失的計算,動載荷條件下的“理論示功圖”,對于多級抽油桿,對于油管,慣性載荷使抽油桿增加的沖,三、機采井疑難工況處理方法,四、系統(tǒng)效率計算方法,第二采油廠2005年生產(chǎn)耗電狀況表,（一）、機采井的能耗現(xiàn)狀,第二采油廠機采井耗電狀況統(tǒng)計表,（一）、機采井的能耗現(xiàn)狀,截止到2005年底薩南油田的機采總井總裝機功率為20.18104KW，平均單井裝機功率為36.83KW；機采井平均系統(tǒng)效率為24.89%。,（一）、機采井的能耗現(xiàn)狀,依據(jù)我廠05年機采井井口的電能測試結果推算，全廠機采井的日耗電量為161.4584104 KW.h，占全廠總用電量的

20、40.21%。 1、抽油機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767.555 KW.h； 3、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,在此我們將消耗能量后、對外做功的某一整體稱之為一個系統(tǒng)。 系統(tǒng)效率：指整個系統(tǒng)的效率。 定義：,式中： 效率 % P有用有用功率 KW P總總功率 KW 注：1KW=103W 1W=1 N.m/S=1 V.A,（二）、機采井系統(tǒng)效率的定義,抽油機井的系統(tǒng)效率定義為： 式中： 機采井的系統(tǒng)效率 % 地面地面機械設備的效率 % 地下井下泵的工作效率 %,1、舉升高度H的確定方法： 如圖所

21、示：在1-1，2-2斷面上應用伯努利方程：,當忽略hw1-2和v1時有,當忽略v2時有,用輸入功率加權平均法計算一個區(qū)塊的平均系統(tǒng)效率，即：,式中：a 一個區(qū)塊某種機械采油井的平均系統(tǒng)效率。 P1i 機械采油井系統(tǒng)單井輸入功率 KW i 機械采油井單井系統(tǒng)效率； n 一個區(qū)塊機械采油井測試井數(shù)。,2、一個區(qū)塊某種機械采油井的平均系統(tǒng)效率,（三）、影響機采井系統(tǒng)效率的因素：,地面設備因素,地下泵系統(tǒng)因素,影響機采井系統(tǒng)效率的因素,以抽油機井為例，統(tǒng)計我廠系統(tǒng)效率在20%60%的245口井的能耗分布情況如下：,抽油機井的能耗分布統(tǒng)計表,由此可見，對于抽油機井而言 “地下效率”的提高不容忽視,1.1

22、.1泵功圖建立理論的發(fā)展現(xiàn)狀 伴隨著人們對有桿泵系統(tǒng)工作原理認識的逐步深入，示功圖智能診斷理論被不斷的完善，目前已誕生的“泵功圖建立理論（連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型）”已達到了三種，即： 微分方程（S.Glbbs波動方程） 傳遞函數(shù) 狀態(tài)方程 在國內(nèi)的診斷系統(tǒng)中，目前多采用“微分方程（S.Glbbs波動方程）或傳遞函數(shù)”。 在國外的診斷中也僅少部分采用“狀態(tài)方程”， 我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)采用了“狀態(tài)方程”。,1.1.2診斷理論的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.2.1阻尼系數(shù)的計算方法的完善 在國外目前人們?nèi)栽谘赜肎lbbs阻尼系數(shù)的計算方法，但該方法對我國多數(shù)油田的適應性較差。統(tǒng)計結果顯示“阻尼系數(shù)”影響診斷

23、準確率為5-6%。,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)的計算方法”。采用迭代阻尼系數(shù)后其診斷的準確率較其它阻尼系數(shù)計算方法平均提高了5.3個百分點。,在國內(nèi)目前多數(shù)診斷系統(tǒng)是選用下列計算方法中的一種 S.Glbbs阻尼系數(shù)的計算方法； 西南石油學院阻尼系數(shù)的計算方法1 石油大學阻尼系數(shù)的計算方法；西南石油學院阻尼系數(shù)的計算方法2。,1.1.2.2診斷理論數(shù)模的完善 目前國內(nèi)外在診斷理論數(shù)模的完善上都有了長足的發(fā)展，示功圖的智能診斷在90年代以來逐步走向了實用階段。 國外的診斷理論目前可診斷17種功況，其診斷準確率在80%左右。 國內(nèi)的診斷理論目前可診斷13種功況，其診斷準確率在

24、70%左右。,我廠開發(fā)的智能診斷系統(tǒng)可診斷14種功況 其診斷準確率在90%左右,依據(jù)S.Glbbs波動方程的基礎理論，利用狀態(tài)方程對地下功圖實施求解，建立完善阻尼系數(shù)求解過程及計算方法。 開發(fā)井下泵工況故障自動識別系統(tǒng)軟件：依據(jù)泵功圖不同故障其幾何特征的差異，歸納出8個點、2條線和3個面積，選擇出18個特征幾何特征函數(shù)，然后采用幾何特征綜合評判法、模糊數(shù)學綜合評判法進行診斷。 采用幾何特征分析法和特征綜合評判自動診斷油井故障。 采用數(shù)據(jù)自動提取或手動輸入、公式計算，自動迭代方法計算阻尼系數(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，定量計算游動凡爾漏失量、固定凡爾漏失量及充滿系數(shù)

25、。 基于勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫標準結構，編制網(wǎng)上運行診斷處理系統(tǒng)程序，開發(fā)網(wǎng)上WEB圖形查詢分析管理程序。,1.2 研究目標及內(nèi)容,1.2.1 研究內(nèi)容：,對井下常見泵況故障類型自動識別，（包括：連抽代噴、氣鎖或嚴重液擊、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），并對影響泵況的敏感性參數(shù)進行定量分析。 對示功圖正常、氣體影響、供液不足診斷符合率達到100%，綜合診斷符合率達到80%以上。 批量生產(chǎn)井計算機智能診斷速度達到50口/分以上。,1.2.1 達到技術指標：,2.1抽油機井智能診斷技術理論 自1

26、966年S.Glbbs將井下抽油泵處的負荷變化假象成以應力波的形式沿抽油桿柱傳遞到地面，由此推導并建立了抽油桿系一維帶阻尼波動方程。即 S.Glbbs波動方程：,式中： 抽油桿x斷面處t時刻的位移 m a應力傳播速度 m/s c粘滯阻尼系數(shù) 1/s,二、技術分析,伴隨著人們對有桿泵系統(tǒng)工作原理認識的逐步深入，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到了三種，即： 微分方程 傳遞函數(shù) 狀態(tài)方程 在此僅介紹“微分方程、狀態(tài)方程”兩種診斷方法。,2.1.1微分方程,a分離變量法（付氏級數(shù)解）求解。 b變步長有限差分法求解。,在此利用光桿處所得到的光桿載荷與時間的關系曲線以及光桿位移與

27、時間的關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波動方程的兩種求解方法：,在此僅介紹分離變量法（付氏級數(shù)解）求解： 在兩個以截斷傅立葉級數(shù)表示的邊界條件下，即：,懸點動載荷函數(shù) 光桿位移函數(shù) 其特解為：位移與深度、時間的函數(shù) 載荷與深度、時間的函數(shù),使用微分方程的數(shù)學模型有下列特點： 便于用數(shù)字計算機求解； 特別適用于線性系統(tǒng)，對于非線性系統(tǒng)的判斷準確率較低； 計算過程煩瑣，所用時間相對較長。,2.1.2.1建立數(shù)學模型的基本假設：,便于用數(shù)字計算機求解； 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

28、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,2.1.2狀態(tài)方程,忽略油管的振動； 泵處的傾角不很大（直井），凡爾球在工作時不會發(fā)生斷續(xù)跳動； 將桿柱微段視為集中質量、彈簧、粘滯阻尼、機械阻尼的系統(tǒng)。,2.1.2.2應用狀態(tài)方程來表示的數(shù)學模型有下列優(yōu)點：,2.1.3診斷理論模型的建立 有桿活塞泵由于受機械磨損、化學腐蝕、含氣、抽汲參數(shù)選取不當?shù)纫蛩氐挠绊?，在實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)各種各樣的井下故障。根據(jù)泵工作時的力學行為，可將其區(qū)分為如下的17種基本的工作狀態(tài)：,2.1.2狀態(tài)方程,連抽帶噴；凡爾失靈(不能打開)；抽油桿斷脫；氣鎖；氣體影響；供液不足(液擊)；柱塞脫出工作

29、筒；固定凡爾漏失；游動凡爾漏失；泵上掛；泵下碰；卡泵；工作正常；油管漏；油管斷；砂影響；蠟影響。,對于不同的泵的工作狀態(tài)，泵的力學行為不同，泵腔內(nèi)的壓力P及泵載荷Fp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，為油田故障識別提供了理論依據(jù)。油田常見的各種故障基本上可將其概括為上述17種工作狀態(tài)或其不同的組合，如雙凡爾漏失可視為固定凡爾漏失與游動凡爾漏失的組合。通過對不同的工作狀態(tài)下，泵的力學行為及泵功圖上表現(xiàn)的典型的幾何特征進行具體分析。 歸納、總結出常見油井故障泵功圖的幾何特征主要表現(xiàn)在下述的8個點，2條線和3個面積上，由此可建立18個用于油井故障自動診斷的幾

30、何特征參數(shù)。,如圖所示：八個點分別為“理論泵功圖的四個頂點（a、c、d、h）； 實際游動閥爾的關閉點（b），固定閥爾的關閉點（e）；供液不足的拐點（f），有效行程的啟始點（g）”。,2.1.3.1八個點，兩條線和三個面積:,兩條線: 兩條線分別為：上、下兩條理論負荷線。,泵理論示功圖面積；實際泵功圖面積；實際面積較理論面積的缺少值，但在此需要判斷卸載線的曲率。,三個面積:,八個點:,依據(jù)上述診斷理論模型，已經(jīng)能夠診斷出常見的14種功況,18個用于油井故障自動診斷的幾何特征參數(shù):,2.1.3.2通用阻尼系數(shù)的計算方法,對于工況分析，阻尼系數(shù)（用C表示）是一個關鍵參數(shù)，可采用下面的公式，即： 式中

31、： Kr 加權系數(shù)，無因次； 抽油桿平均密度，Kg/m3； Ar 抽油桿截面積，m2； br 可以采用下面的公式計算：,式中： 動力粘滯系數(shù)， N.S/m2 ； Dr 抽油桿直徑，m；對于多極桿取平均值； Dc 抽油桿接箍直徑，m； Dt 油管內(nèi)徑，m；組合管取平均值；,依據(jù)上述通用的計算方法，國內(nèi)外許多研究人員與機構分別給出了許多阻尼系數(shù)的計算方法。其主要區(qū)別在于對（Kr）加權系數(shù)的確定方法上存在差異。但是這些方法也存在一個共性，即對于正常、氣影響工況的井，其計算的地下功圖其幾何形狀大致是相同的，但是對于斷漏井的計算結果差異較大。,為了追求通用性強，計算結果準確的阻尼系數(shù)計算方法，在此我們總

32、結出了一種新的方法，既：“迭代阻尼系數(shù)的計算方法”。 對于具體的油井來說，C值可以采用計算機自動迭代計算。迭代的收斂判據(jù)是：,實際的C值應使泵功圖確定的液柱載荷與由動液面和下泵深度確定的液柱載荷一致；即有： 式中： F 由泵功圖求出的液柱載荷（N）； P0 抽油泵排出壓力，MPa； Pi 抽油泵的吸入壓力，MPa；,2.1.3.3迭代阻尼系數(shù)的計算方法,阻尼系數(shù)的迭代公式為： 式中：K 迭代收斂系數(shù)； Ap 柱塞截面積，m2； 如果 ，則說明C值偏小，應增加C值；反之應減小C值。最終收斂的C值趨于一致，K在C值穩(wěn)定收斂時取1。,上述方法還適用于“稠油或高凝油井”。,生產(chǎn)井基礎數(shù)據(jù)及相關數(shù)據(jù)檢索

33、提取，數(shù)據(jù)維護與管理；診斷方法選擇；批量診斷及單井診斷運行操作；診斷結果（各類功況）輸出與查看；診斷結果網(wǎng)上存儲入庫；網(wǎng)上查詢與分析。 在用戶界面設計上涵概以下內(nèi)容： 數(shù)據(jù)源配置操作界面，以實現(xiàn)與數(shù)據(jù)服務器的連接； 數(shù)據(jù)維護界面，以檢索數(shù)據(jù)的全面準確性； 診斷操作界面，具備批量、單井診斷； 其它操作界面，包括幫助與代碼維護配置等。,三、軟件設計,3.1 內(nèi)容設計,系統(tǒng)開發(fā)基于CLIENT/SERVER結構做軟件開發(fā)，服務器端裝有WINNT 操作系統(tǒng)和ORACLE9I 數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)總體網(wǎng)絡協(xié)議為TCP/IP協(xié)議?？蛻舳税惭b了軟件ORACLE CDE 產(chǎn)品SQL*NET 等，并裝有診斷應用管理系統(tǒng)

34、。系統(tǒng)前端開發(fā)工具為VISUAL BASIC?？蛻舳税惭b診斷系統(tǒng)軟件，配置SQL NET 與服務器相連接。,3.2系統(tǒng)結構設計,三、軟件設計,應用程序 （診斷系統(tǒng)）,操作系統(tǒng),客戶端,操作系統(tǒng),客戶端,操作系統(tǒng),客戶端,操作系統(tǒng) (WINNT),DBMS (oracle),數(shù)據(jù),服務器,局域網(wǎng),應用程序 （診斷系統(tǒng)）,應用程序 （診斷系統(tǒng)）,其客戶/服務器模式的系統(tǒng)圖示如下：,三、軟件設計,生產(chǎn)井低壓測試信息、油井生產(chǎn)動態(tài)信息實現(xiàn)隊、礦、廠三級網(wǎng)絡管理模式，采用數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結構全部按統(tǒng)一標準實施，符合油田開發(fā)數(shù)據(jù)庫結構標準，示功圖圖形數(shù)據(jù)按標準數(shù)字化格式入庫存儲。,3.3網(wǎng)絡流程設計,抽油機井示

35、功圖智能診斷系統(tǒng)運行流程：,3.4.1抽油機井示功圖智能診斷系統(tǒng)功能： 3.4.1.1 數(shù)據(jù)管理功能,3.4診斷系統(tǒng)功能及運行環(huán)境,實現(xiàn)數(shù)據(jù)源配置、診斷數(shù)據(jù)檢索、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的查詢。在數(shù)據(jù)源的配置中完成與診斷系統(tǒng)相關聯(lián)的數(shù)據(jù)源的自動聯(lián)接，如與廠ORACLE 數(shù)據(jù)庫相關聯(lián)并提取待診斷井的測試信息、單井日綜合記錄等，在數(shù)據(jù)檢索中檢索出診斷數(shù)據(jù)是否齊全等。,該診斷系統(tǒng)可對以下十四種功況類型進行診斷，分別是連抽帶噴；凡爾失靈(不能打開)； 抽油桿斷脫；氣鎖；氣體影響供液不足(液擊)； 柱塞脫出工作筒； 固定凡爾漏失游動凡爾漏失；泵上碰 ;泵下碰；卡泵；泵基本工作正常；油管漏失。診斷即可進行單井定量診斷也可

36、批量進行定性診斷。每分鐘可診斷100余口生產(chǎn)井，符合率可達到90%。,3.4診斷系統(tǒng)功能及運行環(huán)境,3.4.1抽油機井示功圖智能診斷系統(tǒng)功能： 3.4.1.2高速度高符合率診斷功能,對于診斷后的所有生產(chǎn)井可進行如下功能檢索：可對所有診斷井、非診斷井進行檢索。對于診斷井的檢索可全部進行瀏覽其示功圖及生產(chǎn)信息，也可按各類功況進行分類檢索，如：只查看桿斷脫井示功圖信息及相關生產(chǎn)參數(shù)等，在正常生產(chǎn)中，生產(chǎn)技術人員可對不同功況井進行二次功況診斷，對生產(chǎn)井二次診斷后可方便的更改其功況類別，方便的入廠ORACLE數(shù)據(jù)庫中，從而達到軟件的適用性。,3.4診斷系統(tǒng)功能及運行環(huán)境,3.4.1抽油機井示功圖智能診斷

37、系統(tǒng)功能： 3.4.1.3診斷結果檢索功能,對于診斷生產(chǎn)井信息，可批量井輸出報表功能，也可進行單井進行輸出，單井報表輸出中，加入了示功圖圖形的輸出，及相關聯(lián)的生產(chǎn)參數(shù)信息等。,3.4.1抽油機井示功圖智能診斷系統(tǒng)功能： 3.4.1.4報表輸出功能,3.4診斷系統(tǒng)功能及運行環(huán)境,對于診斷井生產(chǎn)功況具有標準代碼（開發(fā)數(shù)據(jù)庫代碼統(tǒng)一標準）維護功能，從功況代碼入庫、診斷結果修正全部采用代碼庫進行連接，實現(xiàn)了標準化入庫，保證了代碼的唯一性，數(shù)據(jù)維護簡易性。,3.4.1.5代碼維護功能,服務器端：操作系統(tǒng)NT4.0以上版本, 安裝7.0以上版本的Oracle 客戶端：操作系統(tǒng)WIN98以上版本, SQL*

38、NET2.0,3.4.2軟件運行環(huán)境：,服務器端：9G以上硬盤空間， 64M以上內(nèi)存 客戶端：586以上微機, 64M以上內(nèi)存, 1G以上剩余空間,軟件環(huán)境：,硬件環(huán)境：,4.1.1 抽油機井示功圖智能診斷系統(tǒng)采用的理論：依據(jù)S.Glbbs波動方程建立的基礎理論，從提高計算精度、力爭得到真實地下功圖的角度出發(fā)，在兼顧運算速度的前提下，利用狀態(tài)方程對地下功圖實施求解，并完善了阻尼系數(shù)求解過程及計算方法。 4.1.1.1采用幾何特征分析法和特征綜合評判自動診斷油井故障。 4.1.1.2采用數(shù)據(jù)自動提取或手動輸入、公式計算自動迭代方法計算阻尼系數(shù)。 4.1.1.3利用一次回歸，二次回歸，多次回歸的方

39、法確定凡爾開閉點，定量計算游動凡爾漏失量、固定凡爾漏失量及充滿系數(shù)。,四、 項目創(chuàng)新點及技術關鍵,4.1項目創(chuàng)新點,4.1.2井下泵工況故障自動識別功能： 能對井下常見泵況故障類型自動識別，（包括：連抽代噴、氣鎖或嚴重液擊、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），并對影響泵況的敏感性參數(shù)進行定量分析。,四、項目創(chuàng)新點及解決的技術關鍵,4.1項目創(chuàng)新點,4.2.1 對狀態(tài)方程求解； 依據(jù)S.Glbbs波動方程建立的基礎理論，從提高計算精度、力爭得到真實地下功圖的角度出發(fā)，在兼顧運算速度的前提下

40、，利用狀態(tài)方程對地下功圖實施求解，完善阻尼系數(shù)求解過程及計算方法。 4.2.2采用特征分析法和特征綜合評判法自動診斷油井故障； 4.2.3依據(jù)泵功圖不同故障其幾何特征的差異，歸納出8個點、2條線和3個面積，選擇出18個特征幾何特征函數(shù)，然后采用幾何特征綜合評判法、模糊數(shù)學綜合評判法進行診斷。,4.2技術關鍵,四、項目創(chuàng)新點及解決的技術關鍵,4.2.4采用數(shù)據(jù)自動提取或手動輸入、公式計算自動迭代方法計算阻尼系數(shù)。 4.2.5利用一次回歸，二次回歸，多次回歸的方法確定凡爾開閉點，定量計算游動凡爾漏失量、固定凡爾漏失量及充滿系數(shù)。 4.2.6 ASP動態(tài)服務器主頁、Javascript設計開發(fā)。 基于勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫標準結構，編制網(wǎng)上運行診斷處理系統(tǒng)程序，開發(fā)網(wǎng)上WEB圖形查詢分析管理程序。 4.2.7批量井診斷速度可達100口/分鐘，且對功況為示功圖正常、氣體影響、供液不足診斷符合率達到100%，綜合診斷符合率可達到90%以上，達到了研究目標要求。,抽油機井示功圖智能診斷系統(tǒng)在整個軟件的開發(fā)中，從隊、礦、廠三級診斷數(shù)據(jù)庫的