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        抽油機(jī)井電參轉(zhuǎn)示功圖技術(shù)應(yīng)用分析

        2021-09-23 07:45:48賀清松大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠
        石油石化節(jié)能 2021年9期
        關(guān)鍵詞:功圖懸點(diǎn)光桿

        賀清松(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠)

        抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)端輸入功率電參數(shù)據(jù)的變化,集中反映了抽油機(jī)井地面設(shè)備及井下桿柱的運(yùn)行狀態(tài),而光桿示功圖主要反映井下桿柱的運(yùn)行狀態(tài),與電動(dòng)機(jī)端電參數(shù)據(jù)的變化存在必然聯(lián)系。因此,通過分析抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)輸入功率與電動(dòng)機(jī)損耗、皮帶傳動(dòng)、減速箱傳動(dòng)、四連桿傳動(dòng)及光桿懸點(diǎn)消耗功率間的關(guān)系[1],建立電動(dòng)機(jī)輸入功率與懸點(diǎn)功率轉(zhuǎn)化關(guān)系,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際泵況診斷應(yīng)用情況,分析電參轉(zhuǎn)功圖的適用性,實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井電參轉(zhuǎn)功圖功能,無需載荷傳感器實(shí)現(xiàn)功圖測(cè)試,減少功圖測(cè)試用工、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理及存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn),提高數(shù)字化運(yùn)行效率[2-3]。

        1 技術(shù)原理

        1.1 光桿懸點(diǎn)載荷的確定

        游梁式抽油機(jī)舉升動(dòng)力來源為電動(dòng)機(jī)的輸入功率,根據(jù)能量守恒定律,電動(dòng)機(jī)的輸入功率為光桿懸點(diǎn)功率與抽油機(jī)的機(jī)械損耗功率之和,游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[4-6]見圖1。即:

        圖1 游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

        式中:p總為電動(dòng)機(jī)輸入功率(電參測(cè)試得到),kW;pg為光桿懸點(diǎn)功率,kW;A為抽油機(jī)機(jī)械損耗,kW;A1,A2,A3,A4分別為減速箱、四連桿、皮帶傳動(dòng)及電動(dòng)機(jī)損耗,kW。

        抽油機(jī)周期(上下往復(fù)1 次為1 個(gè)周期)運(yùn)動(dòng)過程中,抽油機(jī)機(jī)械損耗基本與光桿消耗功率無關(guān)。四連桿傳動(dòng)損耗與鋼絲繩變形、鉸鏈摩擦等有關(guān),在四連桿軸承保養(yǎng)得到情況下,其功率損失一般在5%左右,其中勢(shì)能呈周期性穩(wěn)定變化,并相互抵消;減速箱損耗與軸承摩擦、齒輪嚙合損失有關(guān),其功率損失一般在10%以內(nèi);皮帶傳動(dòng)損耗與皮帶滑動(dòng)及彎曲損耗,其功率損失一般在5%以內(nèi);電動(dòng)機(jī)損耗主要是磁損、銅損及鐵損,其功率損失一般在0.5%~2.5%左右。

        因此,電參法測(cè)量示功圖時(shí),抽油機(jī)機(jī)械損耗,可以理解為一個(gè)對(duì)示功圖測(cè)量影響不大的固定值,可以不用再對(duì)其進(jìn)行分析考慮。根據(jù)上述分析,光桿懸點(diǎn)載荷為電動(dòng)機(jī)電參數(shù)據(jù)的函數(shù)。因此,根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)試電動(dòng)機(jī)輸入功率,及計(jì)算實(shí)時(shí)光桿運(yùn)行速度,便可得出光桿懸點(diǎn)載荷。

        式中:Fg為光桿懸點(diǎn)載荷,N;Vg為光桿懸點(diǎn)運(yùn)行速度,m/s。

        1.2 光桿懸點(diǎn)位移的確定

        根據(jù)游梁式抽油機(jī)四連桿運(yùn)動(dòng)過程中各運(yùn)行參數(shù)的變化關(guān)系,游梁式抽油機(jī)強(qiáng)求構(gòu)參數(shù)示意圖見圖2,不同機(jī)型,其結(jié)構(gòu)參數(shù)是一定的。因此,根據(jù)不同曲柄轉(zhuǎn)速(通過在電動(dòng)機(jī)及曲柄上安裝對(duì)應(yīng)傳感器測(cè)得),可計(jì)算光桿懸點(diǎn)A的不同位置的位移Sg、加速度ag及運(yùn)動(dòng)速度Vg,結(jié)合上述光桿運(yùn)行載荷計(jì)算公式,不同光桿位移對(duì)應(yīng)的載荷便能相應(yīng)計(jì)算出來[7-8],從而實(shí)現(xiàn)電參轉(zhuǎn)示功圖的目的。

        圖2 游梁式抽油機(jī)強(qiáng)求構(gòu)參數(shù)示意圖

        式中:Sg為懸點(diǎn)A的位移,m;ag為懸點(diǎn)A的加速度;δ為游梁后臂與垂直方向的夾角,°;δmin為游梁后臂b與垂直方向的最小夾角,°;J為中軸與曲柄銷軸的直線距離,m;K為中軸與曲柄軸的直線距離,m;a為游梁前臂長(zhǎng)度,m;b為游梁后臂長(zhǎng)度,m;ω為曲柄角速度,°/s;r為曲柄銷軸旋轉(zhuǎn)半徑,m;φ0為中軸與曲柄軸的連線與垂直方向的夾角,°;φ為曲柄與垂直方向的夾角,°;ψ為中軸與曲柄軸的連線與垂直方向的夾角,°。

        2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

        根據(jù)上述分析,電參轉(zhuǎn)示功圖具有充分的理論依據(jù),采用先進(jìn)的電子信息處理技術(shù),以及配電柜三項(xiàng)電參、電動(dòng)機(jī)、曲柄等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)靈敏度高傳感器技術(shù),實(shí)時(shí)采集曲柄周期運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電參數(shù)據(jù),通過抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)系,將控制柜端周期電參曲線轉(zhuǎn)化成光桿端示功圖曲線[9-10](圖3)。某油田區(qū)塊共應(yīng)用電參轉(zhuǎn)示功圖裝置10 口井,由于原井配電柜供電,電參數(shù)據(jù)在線率長(zhǎng)期穩(wěn)定在95%以上。

        圖3 電參曲線轉(zhuǎn)化成光桿端示功圖曲線

        從10 口井電參轉(zhuǎn)功圖與實(shí)測(cè)功圖曲線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比對(duì)情況看(表1),電參轉(zhuǎn)功圖與實(shí)測(cè)功圖相同位置上載荷的絕對(duì)誤差為6.19%(最大7.83%,最小4.79%),即電參轉(zhuǎn)功圖與實(shí)測(cè)功圖曲線的吻合率可達(dá)到93.81%。從電參測(cè)試沖程看,與實(shí)測(cè)沖程的平均單井絕對(duì)誤差為0.06 m,最大誤差0.11 m,最小僅0.03 m,初步滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。

        表1 2020年7月8日單井電參測(cè)試功圖與低壓測(cè)試功圖對(duì)比情況

        從工況診斷情況看,電參轉(zhuǎn)功圖與實(shí)測(cè)功圖形狀及趨勢(shì)一致,且能準(zhǔn)確反應(yīng)正常、漏失、氣影響、脫泵筒等各類典型工況,不同工況下機(jī)采井電參轉(zhuǎn)示功圖與實(shí)測(cè)功圖比對(duì)曲線見圖4,具備替代傳統(tǒng)功圖測(cè)試技術(shù)可行性。

        圖4 不同工況下機(jī)采井電參轉(zhuǎn)示功圖與實(shí)測(cè)功圖比對(duì)曲線

        目前,某油田區(qū)塊共有600 口抽油機(jī)井需要測(cè)試功圖,年人工測(cè)試15 000余井次,配置測(cè)試員工8人,車輛4臺(tái),儀器6套,汽油年耗15 t,車輛及設(shè)備維護(hù)年成本30 萬元。電參轉(zhuǎn)功圖技術(shù)的應(yīng)用,可取消功圖測(cè)試員工及設(shè)備的投入和支出152萬元,且消除了功圖測(cè)試時(shí)的操作人員砸傷、摔傷安全風(fēng)險(xiǎn)。

        同時(shí),電參轉(zhuǎn)功圖技術(shù)滿足了工況的精準(zhǔn)分析、問題的及時(shí)處理需求,及時(shí)關(guān)停并處理泵況問題等故障井,優(yōu)化運(yùn)行參數(shù),避免故障井帶病運(yùn)行,大幅減少問題井無效耗能及產(chǎn)量影響。全區(qū)年可減少帶病運(yùn)行3 000 余井次,預(yù)計(jì)年可節(jié)電79.2×104kWh,節(jié)省電費(fèi)50 萬元,減少問題井影響采油5 700 t,累計(jì)年可創(chuàng)效1 798 萬元,單井年可創(chuàng)效3 萬元,單井設(shè)備改造1.8 萬元,投資回收期220天,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

        3 結(jié)論

        1)分析了游梁式抽油機(jī)井電參轉(zhuǎn)示功圖理論上的可行性,并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)用,驗(yàn)證了電參轉(zhuǎn)示功圖的準(zhǔn)確性,基本滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

        2)電參轉(zhuǎn)功圖技術(shù)為配電柜供電,數(shù)據(jù)采集、傳輸、運(yùn)行穩(wěn)定,在線率高,可快速發(fā)現(xiàn)并處理運(yùn)行問題,減少問題井帶病運(yùn)行造成的無效耗能,提高產(chǎn)量貢獻(xiàn)。

        3)電參轉(zhuǎn)功圖技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診斷各種典型工況,具備替代傳統(tǒng)功圖測(cè)試及載荷傳感器實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)的條件,為機(jī)采井?dāng)?shù)字化建設(shè)提供了新的方法和手段。

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