抽油机井井下故障工况仿真数学模型的研究(下)

从泵示功图入手,研究了漏失故障工况下抽油泵的运动规律,包括固定阀漏失、游动阀漏失和柱塞脱出工作筒三种工况,并建立了数学模型,对抽油机井系统在该故障下运行状况进行了理论探讨,通过仿真结果与实测结果对比,可看出仿真结果基本能够反映出抽油机井在各种故障工况下的特征。可运用给出的仿真数学模型编制成仿真软件,来实现对抽油机井在各种工况下的运动规律的研究。     

抽油杆柱防偏磨器的研究

为解决抽油机井杆管偏磨问题，研制了一种抽油杆枉防偏磨器，介绍了其结构和工作原理，建立了防偏磨器下部抽油杆柱运动的数学模型，提出了适合于不同抽油机井的抽油杆柱防偏磨器的设计方法。现场应用证明，此装置可有效地降低抽油杆柱动载荷，消除由于杆柱弯曲而产生的杆柱偏磨和脱螺纹现象，显著提高杆柱的断脱周期，降低抽油机的悬点载荷，不增加有杆抽油系统的冲程损失，提高油田的整体经济效益。     

基于气液分离的泵内压力与抽油杆柱纵向振动耦合仿真

对抽油杆柱纵向振动的仿真建模是实现抽油机井系统效率仿真与抽汲参数优化设计的基础。针对目前抽油杆柱纵向振动仿真模型均未考虑泵内气液分离对杆柱纵向振动底部边界条件的影响这一实际情况,考虑泵内流体气液分离现象,基于连续流方程建立了泵内压力的仿真模型,改进了杆柱纵向振动的底部边界条件,进而建立了泵内压力与抽油杆柱纵向振动耦合的仿真模型。采用空间离散—时间连续与四阶龙格库塔的混合算法对仿真模型进行求解,实现了对抽油杆柱纵向振动的仿真计算。将仿真示功图与实测示功图进行对比验证了仿真模型的精度。对比仿真结果发现,泵内流体气液分离显著影响抽油杆柱的纵向振动：(1)考虑气液分离现象后,悬点、柱塞的加载与卸载速度更快,杆柱的纵向振动更明显。(2)油井冲数越高、泵径越大,气液分离对杆柱纵向振动的影响越明显;油井沉没度越高、含水率越低、生产气油比越大,气液分离对杆柱纵向振动的影响越明显。研究结果可进一步提高抽油机井系统效率仿真模型的精度。     

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。     

复合抽油杆悬绳装置的研制

在有杆抽油系统中,为了防止抽油杆偏磨和断脱,研制了复合抽油杆悬绳装置。它借助游梁动力,利用棘轮机构,驱使抽油杆杆柱作匀速间歇旋转运动,使抽油杆及其接箍与油管内壁360°均匀接触,以达到抽油杆均匀磨损的目的。利用液压弹簧和机械弹簧并联作用吸收抽油杆的振动,使抽油杆所受的冲击载荷幅值减小,防止抽油杆断脱,延长抽油杆的寿命。现场应用表明,该装置可延长抽油机井的检修周期,具有广阔的推广应用前景。     

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。     

变频调速器在抽油机井的应用及优势

提高机采系统效率是降低油井吨液耗电的主要工作。优选节能设备和优化生产参数是提高机采系统效率主要工作。近几年,抽油机井变频调速装置在油井应用数量不断增加。围绕变频调速特点,从悬点运动规律、悬点载荷、输入功率、稀土永磁电机、产量和泵效、抽油杆应力、偏磨和热洗清蜡八个方面分析变频调速对抽油机井采油的影响。通过多角度分析证明变频调速在抽油机井应用具有很好的适应性。变频后无极调速,抽油机运转性能得到改善,降低抽油泵容积损失,减少杆管磨损次数,改善杆管受力状态,降低电机输入功率和油井吨液耗电,降低稀土电机启动振动和热洗清蜡影响的产油量。     

侧流减载泵举升系统动态预测与优化

采用Gibbs波动方程描述细长杆柱的力学行为,考虑杆材变化和接箍的影响,基于链条式抽油机悬点运动规律和侧流减载泵的工作特性,提出抽油杆柱轴向振动的上、下边界条件,建立了超深抽系统的动态预测数学模型。实例计算表明,预测示功图与实测示功图相吻合,预测悬点最大载荷、最小载荷误差分别为2.7%、2.2%。对试验井所用杆柱进行了强度校核,并重新进行了杆柱设计,使悬点最大载荷降低了26.8%,举升效率提高了15.3%,为侧流减载泵举升系统提供了一套动态预测方法。     

三元复合驱抽油机井结垢及悬点载荷试验研究

三元复合驱抽油机井容易结垢,并引起卡泵事故.在室内建立抽油机井模拟试验台,在清水中加入能产生结垢的化学物质模拟井液,在不同冲程和冲次下试验,并与清水井液的试验结果比较,得知结垢会引起悬点载荷和示功图变化.研究结果为监测这2个参数,预防结垢危害奠定基础.     

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。     

抽油杆涡流检测装置及应用

抽油杆涡流检测装置利用涡流探伤原理,对抽油杆杆体表面的横向裂纹等缺陷进行在线检测,避免或减少抽油杆在井下工作中发生断裂事故,对保证抽油机井正常生产起着积极的作用。现文简要介绍该装置的工作原理及特点。现场应用表明,该装置适合在井口特殊环境下,对抽油杆杆体表面进行无损探伤。     

任丘油田雾迷山油藏抽油机井系统效率初步探讨

总公司1996年对任丘雾迷山油藏抽油机井进行测试,系统效率高达51%~68%,其结果出乎意料。从影响抽油机系统效率的几大因素入手,分析出任丘雾迷山油藏抽油机井系统效率高的主要原因。任丘雾迷山油藏属裂缝性破酸盐岩油藏(即灰岩油战),由于其裂缝发育、渗透性好、油层厚度大、地层温度高、油气比小、饱和压力低等,使得抽油机井生产呈现如下特点:()大泵径,长冲程,低冲次大排量采油;(2)中浅京挂,小沉没度;(3)抽汲流体为液体单相,泵充满程度高;(4)部分井为连抽"带喷"状态,抽油系活塞底部受力大;(5)井液粘度低,油井不结蜡,摩阻损失小。由于这些特点以及近年来使用的新型节能抽油机,使得抽油机井系统效率大大高于其它油田抽油机井系统效率。     

胜利油田有杆泵抽油系统常见故障原因调查及改进措施

针对胜利油田有杆泵抽油系统的故障问题,进行了有杆泵抽油系统失效原因综合调查。指出地层开采条件、油井井身结构、地面设备质量、井下设备的运输、储存、加工制造工艺及设计工艺、配套工艺措施、操作管理因素等是有杆泵抽油系统失效的主要原因。在此基础上提出了相应的改进措施及设想。     

在役抽油机模糊可靠性评定

由在役抽油机故障的现场数据来判定其寿命统计模型,实现对抽油机使用可靠性的定量评定.根据模糊模式识别原理,采用最大总体平均隶属优势准则,可实现对抽油机寿命统计模型的多个备择假设分布进行一次性检验.这种方法表明,检验结果不依赖于显着性水平的高低,只取决于总体平均隶属度的大小.从而克服了在经典统计分析中存在的在同一显着性水平下,可同时接受多个假设分布而难以区分的缺点,提高了对抽油机统计模型假设检验的功效,使在役抽油机使用可靠性指标的计算更加准确、可信.     

浅谈链条抽油机的应用与改进

文中阐明了链条抽油机的应用范围及效果，并分析其存在的主要问题，提出了技术改进的措施，对新型ＬＤＣＪ１４—６型链条式长冲程抽油机的主要技术参数、性能特点及现场应用情况加以介绍。     

长冲程抽油机应用效果分析

对于有杆泵长冲程抽油工艺中的节能、泵效及系统效率等衡量抽油井生产状况的指标,已经有较系统的分析研究,但这些指标并不能全面反映长冲程抽油的效果。本文对长冲程抽油机的抽油效果进行了系统分析和探讨,论述了长冲程抽油机与常规抽油机比较有四个特点:一是可提高容积系数,具体体现是降低抽油杆和油管的弹性变形,减少冲程损失;提高充满系数;降低漏失量,提高抽油效率。二是改善井下工作状况,减少故障,延长免修期。三是抽油机运转性能得到改善,延长使用寿命。四是降低能耗,提高系统效率。因此,长冲程抽油机具有广阔的发展前景。     

关于抽油机井合理间抽制度的研究

在间抽试验的基础上,系统研究了抽油机井在间抽过程中泵抽产量、沉没度以及液面恢复时沉没度随时间的变化特点。根据泵抽过程中流压变化与电容器放电过程中电压变化的相似性,确立了抽油机井间抽过程中流压变化的数学模型,进而根据该数学模型及沃格尔方程,导出了间抽过程中地层渗流方程,根据以上方程,通过在坐标系中做图的方法,确定出了抽油机井的合理间抽区间,并给出了确定合理间抽制度的系统方法。根据以上系统分析,取得了对间抽的几点认识。     

A new diagnostic method for identifying working conditions of submersible reciprocating pumping systems

The submersible pumping unit is a new type of pumping system for lifting formation fluids from onshore oil wells, and the identification of its working condition has an important influence on oil production. In this paper we proposed a diagnostic method for identifying the working condition of the submersible pumping system. Based on analyzing the working principle of the pumping unit and the pump structure, different characteristics in loading and unloading processes of the submersible linear motor were obtained at different working conditions. The characteristic quantities were extracted from operation data of the submersible linear motor. A diagnostic model based on the support vector machine (SVM) method was proposed for identifying the working condition of the submersible pumping unit, where the inputs of the SVM classifier were the characteristic quantities. The performance and the misjudgment rate of this method were analyzed and validated by the data acquired from an experimental simulation platform. The model proposed had an excellent performance in failure diagnosis of the submersible pumping system. The SVM classifier had higher diagnostic accuracy than the learning vector quantization (LVQ) classifier.     

双憋压曲线在螺杆泵井工况诊断中的应用

基于流体传压理论，给出了诊断螺杆泵井工况的双憋压曲线法。根据油井条件和问题性质的不同，提出了三相憋压、两相憋压、单相憋压３方式并对好泵正常工作、抽油村断脱、油管漏失等工况进行了理论推导，分析了该方法的优越性。对现场实际典型井进行了双憋压曲线分析，该方法分析符合实际，并在大庆油田等到了推广应用，有的地方作为一种判断分析泵况的规定资料录取。实践表明了该方法的实用性和有效性。