两层分采有杆抽油系统井下故障诊断方法

两层分采有杆抽油系统的抽油泵由上、下泵构成,系统的工况诊断需要分别获得井下上、下泵示功图,现有的测试手段无法直接检测.提出了2层分采有杆抽油系统示功图分解方法,阐述了系统示功图的分解原理、动载荷确定和分解步骤,将复杂的分采系统井下故障诊断转化为上、下泵单独工作时的2套常规有杆抽油系统的井下故障诊断,结合系统故障诊断模型求解得到上、下泵各种工况下的载荷,绘制出上、下泵井下示功图,用于完成故障诊断.现场实例计算表明,诊断结果能较好地反映系统的实际工况,可以满足工程设计要求.     

定向井有杆泵抽油系统的有限元分析

定向井和水平井的井下装置发生故障的可能性比直井要大得多。如采用对直井的故障诊断技术对定向井进行诊断,势必带来较大的误差,甚至无法诊断。已有的一些对定向井有杆抽油系统力学分析中或只考虑杆管液三个系统的垂向一维振动,或只考虑抽油杆一个系统的三维振动。本文根据定向井井身为空间三维曲线的特点,考虑抽油杆、油管和环空液柱三个系统在生产过程中的三维空间振动藕合,对三个系统进行一定的简化,分别建立力学模型,全面分析,采用有限元法和有限差分法相结合的方法统一迭代求解,由井口实侧光杆示功图计算出较为准确的抽油泵的井下功图,为对其进行故障诊断提供了准确的依据。分析诊断结果与检泵结果符合良好。     

有杆泵抽油井计算机预测技术

本文应用有阻尼波动方程,借助于微型计算机对有杆泵抽油井性能进行了预测分析。在各种工况下,均可由计算机绘出光杆示功图及井下示功图,并由此推算出各种性能参数。预测结果与实测结果十分接近。应用此项技术可对各类抽油机进行性能分析和对有杆泵抽油系统进行参数优选。     

利用示功图计算油井产量的方法及应用

机械采油是国内外各油田的重要开采手段。在我国的油田生产中，除少量的自喷井外，其余的采油井均采用机械采油的方法。而在机械采油工艺上，绝大多数油井采用游梁式抽油机、抽油杆、抽油泵组成的有杆泵抽油系统。示功图作为有杆泵采油技术的重要诊断手段，不仅技术成熟，而且应用广泛；除了常见的油井泵况诊断之外，示功图还有许多其它的用途，本文所揭示的就是示功图的另一方面应用：利用示功图计算油井产量。     

基于实际井眼轨迹的有杆泵抽油系统泵工况诊断方法

井下泵工况的诊断是油田抽油杆系统的重要研究内容,根据基于实际井眼轨迹的抽油杆柱三维动力学振动方程,通过有限差分法进行时间和空间上的离散,并以实测近地面示功图为井下动态参数诊断的边界条件,迭代计算抽油杆柱任意截面一个周期内的载荷位移变化关系,实现对有杆抽油系统快速、准确的诊断,并利用井下实测功图数据来验证诊断结果的正确性。结果表明,利用本文方法诊断的泵示功图具有很好的精度,误差小于5%。     

抽油机井井下诊断技术概述

对有杆泵抽油装置工作状况进行诊断,藉以提高机械采油的管理水平和经济技术效益。本文着重就光杆动力仪诊断法、井下示功图诊断法等技术的发展概况作一介绍,以资采油工作者参考。     

分采分输泵工况诊断

分采分输有杆抽油系统采用特殊的分采泵,利用空心杆和空心杆－油管环空分别作为下部油层与上 部油层的油流通道,实现了两层分采、分层计量,为两油层的动态分析和生产管理提供了重要的基础数据。文章针 对地面测试示功图唯一,如何模拟上、下两泵工况的这一技术难题,将分采泵分解为上部空心泵和下部管式泵,结 合各油层生产数据,使一口油井变成了两口油井,分别预测其地面示功图,获取地面动载荷示功图,将上泵与下泵 动载荷示功图采用不同的劈分系数合成光杆示功图,求取在相同位移时与实测示功图动载荷绝对误差最小的劈分 系数,进而将实测示功图的动载荷按上下泵分配系数劈分,与对应的上、下泵静载荷结合,得到上、下泵光杆示功 图,结合各自条件按波动方程模拟井下泵工况。实例井计算表明该方法具有可靠性和实用性。     

抽油机井地面示功图量油技术研究

以抽油机井地面示功图为研究对象,修正了抽油机井杆液运动学模型,消除了地面示功图中包含的杆柱变形、杆柱黏滞阻尼以及杆柱和液柱的振动和惯性等因素的影响,从而获得能够反映抽油泵工作状况的泵示功图;再结合油井工况自动诊断技术,建立了泵示功图曲线上各点曲率计算模型和阀开闭点模型,提出了一套柱塞有效冲程的计算方法,实现了油井产液量的计算;对胜利油田和江苏油田的90口不同工况的油井进行了计算分析,预测产量与实际产量平均相对误差为7.25%,验证了示功图量油的可行性,满足了抽油机井产量计量的精度要求。     

两层分采有杆抽油井示功图预测

简要介绍了两层分采有杆抽油技术的应用价值和工作原理,研究了在实心抽油杆与空心抽油杆的界面处,空心泵对应力波的影响,得出了两层分采有杆油井预测模型的有限差分方程,并对空心泵的受力状态进行了分析。在计算机上编程运算得到预测模型的数值解,并绘制出两层分采有杆抽油系统的地面示功图和井下示功图。此计算方法可成为预测两层分采有杆抽油系统的动参数及进行故障诊断的参考依据。     

基于油管头实测轴向载荷的泵示功图仿真模型

抽油机井泵况诊断技术是以实测悬点示功图为基础,应用抽油杆柱纵向振动的波动方程可以将悬点示功图转化为泵示功图。建立了抽油机井泵示功图仿真的新方法,该方法以实测油管头轴向载荷与悬点位移的时间历程为已知条件,应用波动方程描述油管柱的轴向振动,建立了油管柱底端轴向载荷的仿真模型,并以此为基础建立了抽油泵泵筒内瞬时液体压力和柱塞液体载荷的仿真模型,从而建立了基于油管头轴向载荷的示功图仿真方法。实测与仿真结果表明:油管头轴向载荷与悬点位移所构成的图形与悬点示功图具有确定的对应关系,基于油管头轴向载荷仿真泵示功图是可行的。所建立的泵示功图仿真模型具有较高的仿真精度,能够满足工程实际应用的要求。     

提高抽油机井系统效率的计算机仿真分析

应用系统动态参数的计算机仿真方法,对抽油机井悬点示功图、曲柄轴扭矩、电动机输入功率、排量系数、有效功率等动态参数的仿真计算方法进行了改进,建立了系统效率仿真分析的数学模型.根据油井产能协调关系,建立了油井抽汲参数调整后的系统效率仿真模型,开发了抽油机井系统效率仿真分析的计算机软件.通过大量仿真计算,总结出了一套提高抽油机井系统效率的有效途径.     

有杆泵抽油井故障诊断智能系统进展

专家系统和人工神经网络是人工智能的两个方面。本文综述了国内外有杆泵抽油井故障诊断的专家系统及诊断技术，还介绍了人工神经网络在示功图识别以及判断有杆泵抽油井故障中的应用。由于人工神经网络具有较强的模式识别能力，判断成功率较高，今后其应用将会越来越多。     

加装减载器的有杆抽油系统数值分析及应用

减载器可通过液压反馈力降低抽油机驴头悬点载荷和抽油杆应力,介绍了加装减载器的有杆抽油系统井下管柱结构。根据系统运动规律和杆柱受力情况,采用有限元法,对系统运动过程进行模拟,精确描述了整个抽油系统的动态特性,模拟结果与实际工况吻合。数值分析技术可使杆柱组合设计更合理,实现了降低悬点载荷、节约生产成本的目标。     

有杆抽油系统数值模拟新模型的建立及求解方法

本文提出了一个描述有杆抽油系统的新的数学模型。它与以前数学模型的不同之处是除了考虑了杆柱动力学因素以外,还包括了描述液柱动力学影响的可压缩流体方程,并建立了适应矿场情况的四种定解条件及描述多级组合杆柱的衔接条件。模型中考虑了液体物性参数、机械运动参数和井下设备工况的影响。本文采用一种新的数学方法对模型进行求解,理论分析和实际验证都说明该解法稳定性好,精确度高。新模型可用于预测抽油井在各种参数下的光杆和井下示功图及其各项工况指标。     

A prediction model for a new deep-rod pumping system

The side-flow pump is presented for increasing the setting depth of sucker rod pumping system, which adopts a special structure of side-flow valve, ladder-type solid plunger and breathing hole. By transferring the load of liquid column to the tubing on the upstroke, the new pump achieves a smaller polished rod load. On the basis of in-depth study of the pump, this paper provides a brief formula of the static polished rod load. Assuming the tubing is anchored, a new one-dimensional vibration model of sucker rod pumping system is built, which takes into account the structure of the side-flow pump. Then a mathematical model is used to design the sucker rod pumping system of Well TKN-1, with a setting depth of 4716 m. The results of dynamometer analysis show that mathematical model of side-flow pumping system and its computer programs can successfully model deep rod string performance. The rod pumping system of Well TKN-1 has operated trouble-free for 8 months. The knowledge gained gives confidence for additional future applications.     

基于物理意义的示功图凡尔开闭点精确提取

凡尔开、闭点的提取是抽油井示功图识别与量化分析的基础,对抽油井故障诊断、功图量油等具有重要作用.根据有杆抽油泵的工作原理和凡尔开、闭点的物理意义,对地面示功图上凡尔开、闭点位置进行了理论分析,提出了一种精确提取地面示功图上凡尔开、闭点的方法.在位移-时间曲线上确定上、下死点后,对载荷-时间曲线进行分区、去噪(平滑去噪、拟合去噪、迭代去噪)后,直接采用穷举比较法寻找最优解,从而确定固定凡尔和游动凡尔打开点(B点、D点);采用相同方法再确定游动凡尔和固定凡尔的关闭点(A点、C点).编制了相应的软件,并利用1 000多个算例进行验证(包括多种故障算例),结果表明该方法能精确确定示功图上凡尔开、闭点位置.     

有杆抽油系统优化设计

针对有杆抽油设计过程中易忽略其系统性而导致系统效率低的实际情况,基于系统协调工作原理提出以经济指数最小为目标的有杆抽油系统优化设计方法。在确定所选模型对单井计算所产生的误差限的基础上,从产层流入动态入手,依据配产确定井底流压,结合套压拟合油套环空压力梯度确定动液面深度,进而确定泵挂深度,合理设计组合杆柱,预测动态参数,利用预测示功图进行抽油机平衡调节。新疆采油一厂应用实例表明:采用有杆抽油系统优化设计后系统效率提高了14.7个百分点,降低了综合成本,获得明显的经济效益。     

A simple model for computer-aided optimization and design of sucker-rod pumping systems

Design or optimization of a sucker-rod pumping system requires an evaluation of the system performance under different operating conditions. The precise evaluation of the performance is a complex task. A dynamic behavior of the sucker-rod string and complex interactions between components of the system and fluids in motion have to be taken into consideration.In this paper, a simple model of a sucker-rod pumping system is presented, and performance and applications of the model are outlined. A comprehensive, mathematical model of the system accounts for fluid and rod string dynamic behavior. Approximate surface and downhole dynamometer cards, production rates, downhole and surface forces, and energy consumption of sucker-rod pumping system are simulated with high accuracy for a variety of operating conditions. The model is defined by a system of linear algebraic equations derived from the straightforward Bergeron method rather than from numerical differentiation of wave equations. Example results of modeling indicate a good agreement with field data. The model was used to optimize an existing sucker-rod pumping system. Example results indicate significant savings over unoptimized operation. The model may also have an application at the design stage of the sucker-rod system development. The outline of the design procedure with application of the new model is presented.     

基于LuGre摩擦模型的定向井有杆抽油系统动态参数预测

针对定向井有杆抽油系统井下摩擦的非线性特征,提出了一种基于LuGre摩擦模型的有杆抽油系统动态预测方法。介绍了LuGre摩擦模型,并确定了符合工程实际的模型参数。将抽油杆柱的振动视为多级杆的纵向振动,对杆柱单元进行了受力分析,建立了有限元形式的杆柱系统动力学方程。结合泵载荷边界条件,利用状态空间法对系统动力学方程进行了数值求解,获得了悬点载荷随冲程变化的地面示功图。给出了基于LuGre摩擦模型的动态预测实例,并将预测结果与采用经典库仑-黏滞摩擦模型预测所得结果以及实测结果进行了对比。结果表明:LuGre摩擦模型能较好地描述抽油系统井下摩擦状况,基于LuGre摩擦模型的预测结果更接近系统真实值。