CN104533382B

CN104533382B - 一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法

Info

Publication number: CN104533382B
Application number: CN201410782805.6A
Authority: CN
Inventors: 金凯; 金奇峰; 邹文江; 刘春荣; 尹志国; 李德荣; 王伟
Original assignee: HARBIN SITE KAIFENG ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: HARBIN SITE KAIFENG ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: CN104533382A

Abstract

一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，属于油田采油技术领域。本发明为了实现现场抽油机井电参数示功图方便实用性测量。技术要点：周期性上、下死点时刻确定及分解处理抽油机井上、下冲程电参数有功功率，分别获得上下冲程输入端有功功率计算转换至井口载荷力；通过抽油机运行平衡平衡块调整，调整后实测数据进一步修正抽油机的曲柄平衡块重量，或调取曲柄平衡块重量，实测有功功率转换至井口载荷力F_上力i、F_下力i与叠加值F_上下力i，计算叠加转换至井口载荷力，确定与曲柄平衡块叠加前后电参数趋势“示功图”。本发明方法，现场测试方便实用，实现在线自动测量。

Description

一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法

技术领域

本发明涉及一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，涉及到油田抽油机井测量技术领域，属于油田采油技术领域。

背景技术

抽油机地面示功图是将抽油机井光杆悬点载荷变化所作的功简化成直观封闭的几何图形，是光杆悬点载荷在动态生产过程中的直观反映，是油田开发技术人员必须掌握的分析方法。通过示功图的正确分析评价，可诊断抽油机井是否正常生产。结合现场实际，对井下生产情况进行解释分析，应用地面示功图解决现场实际问题，同时提出地面示功图的发展方向，为油田开发现场分析诊断提供可借鉴性依据。在抽油机生产过程中，抽油机驴头要承受多种载荷，除了抽油杆柱自重、液柱重量等静载荷外，还有惯性载荷、振动载荷等动载荷以及各种摩擦载荷。在抽油机驴头悬点上下往复运动过程中，上述各类载荷均呈周期性变化。反映悬点载荷随其位移变化规律的图形称为地面(光杆)示功图(力×位移＝功)，取得地面示功图简单准确的办法是利用诊断仪对实际抽油机进行实测。利用实测示功图可求得悬点实际载荷，用于机、杆、泵的工作状况分析(诊断)；1990年前后还有通过地面示功图推导至井下泵示功图，由井下示功图推导单井日产液量，过程中需要分析泵漏失、有效井下冲程、含气量、泵效等复杂因素，即使批次机、杆、泵机械性能等按标准进行制作，分析过程也非常难。光杆悬点载荷位移示功图测试，没有电参数有功功率转换至井口载荷力，与位移形成示功图方便实用，到目前电参数示功图从未实现过。

发明内容

本发明的目的是提供一种将抽油机井电参数转换至井口载荷力位移“示功图”的确定方法，以下简称抽油机井电参数“示功图”，以实现现场抽油机井电参数示功图方便实用性测量，本发明采用同一抽油机井测试中完善好所需的工况参量，建立工况参量信息，测试中存储信息任意调取使用如：机型、输入端有功功率等，输入电参数有功功率与位移冲程建立模型关系，给出一种实用方便的抽油机井电参数“示功图”确定方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，所述方法将抽油机井电参数、均分冲程转换至井口载荷力、位移来确定“示功图”(即通过转换至井口载荷力位移来确定“示功图”)，所述方法的实现过程为：

步骤一、在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的电参数，测量电机输入端电参数：电流、电压、有功功率，数据采集速度大于或等于20次/秒，同时，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机井口悬点上死点的时刻以及下死点的时刻；

步骤二、平均分解上、下冲程位移，测得上、下冲程相同位移点对应的电机输入端有功功率；

步骤三、得到上冲程时，曲柄平衡块旋转角θ由0°增加至180°之间各点电机输入端有功功率P_上功i，将P_上功i转换至井口载荷力

以及下冲程时，曲柄平衡块旋转角θ由180°至360°(即0°)之间各点电机输入端有功功率P_下功i，将P_下功i转换至井口载荷力位移相同点上冲程有功功率P_上功i与下冲程有功功率P_下功i叠加有P_上下功i，将P_上下功i转换至井口载荷力F_上下力i＝F_上力i+F_下力i；

步骤四、构建平面坐标系，横轴表示光杆位移S，纵轴表示电机输入端有功功率计算叠加转换至井口载荷力F_载荷力；用A点表示位移为0时的有功功率计算转换至井口载荷力值，用C点表示位移达到最大时的电机输入端有功功率计算转换至井口载荷力值，用曲线CDA部分表示下冲程时位移与电机输入端有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i的关系，用曲线ABC部分表示上冲程时位移与电机输入端有功功率计算叠加后转换至井口载荷力F_上下力i的关系；采集至少一个冲次电机输入端有功功率计算叠加转换至井口载荷力数据，有功功率数据经过处理计算转换至井口载荷力做为纵坐标参量，得到由上冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_上力i与下冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i确定的电参数“示功图”趋势图形(参见图1)；

步骤五、完成步骤四后，再由上冲加有功功率计算转换至井口载荷力F_上力i和下冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i，及计算叠加载荷力值F_上下力i，确定考虑曲柄平衡块因素叠加后的电参数“示功图”趋势图形：

其过程为：

井口悬点由下死点至上死点为冲程0至S，期间用与曲柄旋转角0°至180°对应的采样点数为Cn；井口悬点由上死点至下死点为冲程S至0，期间用与曲柄旋转角180°至360°(即0°)，对应的采样点数为Cn，用Cn均分S即S＝Sn(Cn-1)，得到两个间隔之间位移量S1＝S2＝…＝Sn＝S/(Cn-1)；

由下死点向上死点逐点累加位移为S1+S2+…+Sn至上死点停止位移为S，上死点向下死点运动时逐点累减位移为S-S1-S2-…-Sn至下死点停止位移为0，上下冲程位移为横坐标；纵坐标上冲加有功功率计算叠加转换至井口光杆载荷力用F_上载荷力＝F_曲块i+F_上下力i；下冲程用F_下载荷力＝F_曲块i+F_下力i，得到计算叠加后电参数“示功图”趋势图形(参见图2)。

F_曲块i的获得过程为：

现场抽油机调过平衡再启机运行后，1小时～8小时达到供排平衡,然后进行后续测量，前后两次测量进行数据参量修正，实现修正后准确测量；将具体单井实测数据与历史存储数据结合，上下冲程单位有功功率变化量对应平衡块移动调整量，并用实测数据进行修正，从而得到修正后抽油机平衡块调整移动量、修正后平衡块重量；根据机型调取或现场实测曲柄重W_曲及曲柄半径R_曲，得到曲柄在减速器输出轴扭矩为M_曲i＝W_曲×R_曲×Sinθ，M_曲i转换至井口光杆载荷力η减速器输出轴至井口悬点机械传动效率；

根据修正后平衡块重量W_块、平衡块作用半径R_块，得到平衡块扭矩M_块i＝W_块×R_块×Sinθ取绝对值；M_块i转换至井口光杆载荷力最后得曲柄平衡块转换至井口部分光杆载荷力F_曲块i＝F_块i+F_曲i；N为抽油机光杆冲次数。

所述方法还包括用于确定上载荷线，下载荷线的步骤五，其过程为：

上载荷线用上死点位置处通过计算得到的静载荷力F_上表示，下载荷线用下死点位置处通过计算得到的静载荷力F_下表示。(参见图3)

所述方法还包括用于故障诊断的步骤六，其过程为，根据相应数据得到平行四边形ABCD以及上静载荷力F_上、下静载荷力F_下，后续判断抽油机井机、杆、泵工况诊断，是否工况正常。

实现本发明方法，要先确定抽油机井上下死点，确定上下死点后，各数据均分采集点的获得是通过周期性霍尔传感器信号反馈的信息，或采用井口载荷力加速度位置复合传感器，或下死点辅助位置传感器，或上下死点位置触碰开关，或人机配合操作确定上下死点，判断确定抽油机井曲柄平衡块运行至对应抽油机井上死点时间位置或对应抽油机井下死点时间位置，周期性分解处理抽油机井上、下冲程电参数有功功率值，进而根据所述电参数有功功率值，计算获得对应的上、下冲程电参数有功功率平均值，及抽油机上、下冲程减速器输出轴的净扭矩(后面有数据采集区域及算法)及相对应输入端有功功率，按重量计算采油井液体密度取1，数据采集速度可选择大于或等于20次/秒。

本发明给出一种抽油机井电参数“示功图”，通过对电机输入端的电参数的测量获得，实现了“示功图”数据采集的在线连续自动化实用性测量，实现数字化油田的管理需求。本发明没有通过测量井口载荷位移实现载荷位移示功图，将实测量电参数有功功率及存储量、修正量等计算或叠加转换至井口光杆载荷力与均分悬点位移，给出相当井口载荷位移示功图趋势图，测试方便实用，在线自动化。

而现有技术中的抽油机载荷位移“示功图”的获得是通过对测量井口悬点载荷力及位移的变化数据获得，须在采油现场进行，存在操作不连续的问题。

本发明方法通过完善测试中所需抽油机井工况参量，现场抽油机井平衡调整，用实测数据修正曲柄平衡块重量，并完善现场曲柄及平衡块作用半径，存储抽油机工况参量进行修正。本发明方法采用功率法，现场测试中完善好所提供的工况参量，实现简单方便实用性测量，测量后现场给出抽油机井电参数“示功图”的方法。利用实测电参数“示功图”可代替悬点载荷位移“示功图”，本发明提供的示功图能用于机、杆、泵的工作状况分析(诊断)，如：杆断、管漏、泵漏、供液不足、气体影响、泵脱或杆脱等工况判断，电参数“示功图”方便了现场测试，可在线连续自动化测量，测试之后方便给出测试数据。本发明解决现场测量实用性，实现运行中抽油机电参数“示功图”在线连续测量，无需停机操作，从而实现了油田节能增效提高产量。

本发明所述的抽油机井动液面的测量方法，无需其它仪器、仪表设备辅助测量，如：流量、液面等参量测量的多种专用仪器设备等等，现场测试参量少，只需要采用电参数测量即可实现，维护使用方便，大大降低了测量的成本。

利用本发明方法的应用示例产品，现场可实现如下功能：周期性分解上、下冲程电机的输入有功功率，现场尽量做到测试方便、实用、环保、安全，并直接给出电参数“示功图”的确定办法，有助于提高现场设备使用寿命，在合理工况下运行，有助于提高产出比，节能降耗。

根据抽油机机型并结合现场使用情况，抽油机平衡块平衡调整后，进一步修正所存储的曲柄平衡块重量工况参数，测试方法使现场所需工况参量很容易提供，现场抽油机电参数“示功图”的确定更方便实用。本发明可应用于油田的各种抽油机井的日常工况参数监测领域，能够有效配合对抽油机井工作状态的管理，进而为实现节能增效提供可靠及时地数据支持。

附图说明

图1表示电参数“示功图”趋势图形，图2表示考虑曲柄平衡块因素的电参数“示功图”趋势图形，图3为在图2的基础上给出了带有上载荷线、下载荷线的电参数“示功图”趋势图形。图4为采油井电参数计量诊断综合测试仪结构框图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述的抽油机井电参数“示功图”的确定方法为，将抽油机井电参数、均分冲程转换至井口载荷力、位移来确定“示功图”(即通过转换至井口载荷力位移来确定“示功图”)，所述方法的实现过程为：

步骤四、构建平面坐标系，横轴表示光杆位移S，纵轴表示电机输入端有功功率计算叠加转换至井口载荷力F_载荷力；用A点表示位移为0时的有功功率计算转换至井口载荷力值，用C点表示位移达到最大时的电机输入端有功功率计算转换至井口载荷力值，用曲线CDA部分表示下冲程时位移与电机输入端有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i的关系，用曲线ABC部分表示上冲程时位移与电机输入端有功功率计算叠加后转换至井口载荷力F_上下力i的关系；采集至少一个冲次电机输入端有功功率计算叠加转换至井口载荷力数据，有功功率数据经过处理计算转换至井口载荷力做为纵坐标参量，得到由上冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_上力i与下冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i确定的电参数“示功图”趋势图形；(参见图1)

步骤五、完成步骤四后，再由上冲加有功功率计算转换至井口载荷力F_上力i和下冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i，及计算叠加载荷力值F_上下力i，确定考虑曲柄平衡块因素的电参数“示功图”趋势图形：

其过程为：

井口悬点由下死点至上死点为冲程0至S，期间用与曲柄平衡块旋转角0°至180°对应的采样点数为Cn；井口悬点由上死点至下死点为冲程S至0，期间用与曲柄旋转角180°至360°(即0°)，对应的采样点数为Cn，用Cn均分S即S＝Sn(Cn-1)，得到两个间隔之间位移量S1＝S2＝…＝Sn＝S/(Cn-1)；

由下死点向上死点逐点累加位移为S1+S2+…+Sn至上死点停止位移为S，上死点向下死点运动时逐点累减位移为S-S1-S2-…-Sn至下死点停止位移为0，上下冲程位移为横坐标；纵坐标上冲加有功功率计算叠加转换至井口光杆载荷力用F_上载荷力＝F_曲块i+F_上下力i；下冲程用F_下载荷力＝F_曲块i+F_下力i，得到计算叠加后电参数“示功图”趋势图形；(参见图2)

F_曲块i的获得过程为：

现场抽油机调过平衡再启机运行后，1小时～8小时达到供排平衡,然后进行后续测量，前后两次测量进行数据参量修正，实现修正后准确测量；将具体单井实测数据与历史存储数据结合，上下冲程单位有功功率变化量对应平衡块移动调整量，并用实测数据进行修正，从而得到修正后抽油机平衡块调整移动量、修正后平衡块重量；根据机型调取或现场实测曲柄重W_曲及曲柄半径R_曲，得到曲柄在减速器输出轴扭矩为M_曲i＝W_曲×R_曲×Sinθ，M_曲i转换至井口光杆载荷力η减速器输出轴至井口悬点机械传动效率；根据修正后平衡块重量W_块、平衡块作用半径R_块，得到平衡块扭矩M_块i＝W_块×R_块×Sinθ取绝对值；M_块i转换至井口光杆载荷力最后得曲柄平衡块转换至井口部分光杆载荷力F_曲块i＝F_块i+F_曲i；N为抽油机光杆冲次数。

所述方法还包括用于确定上载荷线，下载荷线的步骤五，其过程为：上载荷线用上死点位置处通过计算得到的静载荷力F_上表示，下载荷线用下死点位置处通过计算得到的静载荷力F_下表示。(参见图3)

所述方法还包括用于故障诊断，其过程为，根据相应数据得到平行四边形ABCD以及上静载荷力F_上、下静载荷力F_下，后续判断抽油机井机、杆、泵工况诊断，是否工况正常。

在步骤三中，上冲程与曲柄旋转角θ由0°增加，0°至180°之间各均分点电机输入端有功功率P_上功i，转换至井口载荷力与下冲程与曲柄平衡块旋转角θ由180°增加，180°至360°(即0°)之间各均分点电机输入端有功功率P_下功i，转换至井口载荷力位移相同点上冲程有功功率P_上功i与下冲程有功功率P_下功i叠加有P_上下功i，转换至井口载荷力F_上下力i＝F_上力i+F_下力i，上部ABC曲线数据点由F_上下力i给出，下部CDA曲线数据点由F_下力i给出；采集至少一个冲次电机输入端有功功率数据，N为冲次数，Y输入端至井口悬点机械传动效率，转换至井口载荷力数据经过处理做纵坐标参量；

井口悬点由下死点至上死点位移量为0至S，期间用采样(与曲柄旋转角0°至180°对应)点数；或井口悬点由上死点至下死点位移量为S至0，期间用采样(与曲柄旋转角0°至180°对应)均分点数Cn均分S即S＝Sn(Cn-1)，得到两个间隔之间位移量S1＝S2＝…＝Sn＝S/(Cn-1)；由下死点向上死点逐点累加位移为S1+S2+…+Sn至上死点停止位移和为S，上死点向下死点运动时逐点累减位移为S-S1-S2-…-Sn至下死点停止位移差为0，上下冲程位移为横坐标；

修正后抽油机曲柄平衡块调整移动量，修正后曲柄平衡块重量；或根据现场机型调取曲柄重W_曲及曲柄半径R_曲，或实测输入端有功功率修正曲柄平衡块重量，有对应采样均分点曲柄在减速器输出轴扭矩M_曲i＝W_曲×R_曲×Sinθ，转换至井口部分光杆载荷力 η减速器输出轴至井口悬点机械传动效率；

修正后平衡块重量W_块，平衡块作用半径R_块，平衡块扭矩M_块i＝W_块×R_块×Sinθ，转换至井口对应采样均分点部分光杆载荷力曲柄平衡块转换至井口光杆载荷力F_曲块i＝F_块i+F_曲i；

纵坐标上冲程井口光杆载荷力用F_上载荷力＝F_曲块i+F_上下力i；下冲程井口光杆载荷力用F_下载荷力＝F_曲块i+F_下力i；

实测数据存储上下冲程电机输入端有功功率转换至井口光杆载荷力，数据回放，可得到抽油机井电参数“示功图”(如示意图2所示)。

电机输出轴扭矩M与电机转速n有关，M＝9550×P_g/n；该电机输出扭矩M转换至减速器输出轴扭矩：M×n/N，减速器输出轴扭矩即为抽油机的净扭矩P，因此有：P＝9550×P_g/N，有周期性减速器输出轴上冲程净扭矩P_上或下冲程净扭矩P_下。

电机输入端P至井口悬点的机械传动效率Y,在线连续周期性实测数据YP_上下与环空动液面建立数学关系模型；

在线连续实时进行环空动液面测量，环空动液面值为油管外径与套管内径之间采油液面距地面的距离，含加速度影响动液面HY_加：

考虑实测数据动液面加速度影响，求得消除加速度影响的环空动液面HY如下：

HY＝HY_加/(1+a)； (10)

获得环空动液面HY，其中：Y表示在光杆冲次为N时抽油机井电机输入端至井口悬点的机械传动效率，称作扭矩因数或扭矩因子，F_p表示抽油机井的抽油柱塞的截面面积，井口悬点加速度a，根据加速度a计算公式：a＝S×N²/1790计算获得，所述S为抽油机光杆冲程，N为抽油机光杆冲次数。

本实时方式中的冲次N(或N_s)是指正常工作状态下抽油机光杆每分钟冲次数。所述扭矩因数或扭矩因子为抽油机传动的技术参数，一般取决于抽油机的几何尺寸和曲柄转角θ，即单位悬点载荷力在曲柄上所产生的扭矩。表示柱塞的截面面积F_p为柱塞的技术参数，一般可根据公式F_p＝3.14×D×D/4获得，参数D表示抽油泵的泵径。

本实施方式中，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻的目的，是为了准确的确定一个冲次的时间起点和结束点，进而分解每个冲程中上冲程的数据和下冲程的数据。具体方法可以采用霍尔传感器等传感器实现。

本实施方式中所述的实时采集抽油机井的电参数的采集速度，大于或等于20次每秒，通过这种高速的数据连续采集积累可靠的数据，然后根据上死点和下死点对应的时刻将所有数据分成多组，每组数据为一个冲次内的所有数据，针对每组数据进行处理，每组数据根据上死点和下死点的时刻分解处理成上冲程数据和下冲程数据，然后将上冲程数据和下冲程数据进行叠加处理。

具体实施方式二：本实施方式所述的一种抽油机井运行平衡的调整方法的过程为：

步骤一、在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的电参数，数据采集速度大于或等于20次/秒，同时测量电机输入端电参数：电流、电压、有功功率，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机井井口悬点上死点的时刻以及下死点的时刻；

抽油机冲程：抽油机曲柄平衡块运行至对应抽油机井口下死点(曲柄运行角度为0°或360°)，抽油机曲柄平衡块运行至对应抽油机井口上死点(曲柄运行角度为180°)，由下死点运行至上死点的过程为上冲程，由上死点运行至下死点的过程为下冲程。

步骤二、完成步骤一后，周期性分解处理抽油机井上、下冲程电参数有功功率(周期性分解是指周期性确定上下死点时刻，用采样速率分割上下冲程数据间隔点，周期性分解上下冲程数据)，数据点按均匀分割曲柄平衡块旋转角度θ：0°至180°，180°至360°，与悬点不同位移点的载荷对应的有功功率，分别获得有功功率平均值和上冲程净扭矩P_上、下冲程净扭矩P_下叠加值P_上下，及相对应的输入端有功功率，采集数据集中间区域的十分之一至二分之一有功功率求得的，具体为：

所述的连续多个冲次，可选择一分钟内的连续冲次，选择5次、10次等等均可，一般选择次数为大于等于3次。

在减速器输出轴，曲柄平衡块扭矩作用与纯抽油杆扭矩作用方向相反，并且各自如曲柄平衡块扭矩(或纯抽油杆扭矩)：在上冲程的扭矩作用和下冲程的扭矩作用的方向相反，因此上冲程的净扭矩和下冲程的净扭矩相互叠加时采用相加运算，达到消除曲柄平衡块扭矩与纯抽油杆扭矩作用，叠加后的净扭矩只与井口悬点动液面作用在抽油泵柱塞上的力有关，从而实现测量环空动液面的目的。

具体实施方式三：

本实施方式对具体实施方式二作详尽说明。举例说明所述连续多个冲次的上下冲程净扭矩叠加值P_上下的求取过程,假设要求取连续m个冲次的上下冲程净扭矩叠加值P_上下及m个冲次的扭矩因数

第一冲次的上冲程采集的净扭矩数据为X₁、X₂、X₃、……X_n，则该冲次内的上冲程所有净扭矩的平均值P_1上为：(X₁+X₂+X₃+……+X_n)/n；

第一冲次的上冲程与数据采集同时对应计算得到的扭矩因数为Z₁、Z₂、Z₃、……Z_n，则该冲次内的上冲程所有扭矩因数的平均值为：(Z₁+Z₂+Z₃+……+Z_n)/n；

第一冲次的下冲程采集的净扭矩数据为Y₁、Y₂、Y₃、……Y_n，则该冲次内的下冲程所有净扭矩的平均值P_1下为：(Y₁+Y₂+Y₃+……+Y_n)/n；

下冲程抽油机液柱卸载过程，与动液面作用无关，因此不需要扭矩因数参与计算(即假设才没作用)，液柱加载与动液面有关，上下冲程净扭矩叠加处理后只与动液面有关，除以与动液面有关的上冲程扭矩因数进行后续计算动液面

该冲次的上下冲程净扭矩P_1上下为：P_1上+P_1下；扭矩因数为依次类推求取第二个冲次的上下冲程净扭矩P_2上下、……、第m个冲次的上下冲程净扭矩P_m上下、第二个冲次的上冲程扭矩因数……、第m个冲次的上冲程扭矩因数

多个冲次的上下冲程净扭矩叠加值P_上下为：(P_1上下+P_2上下+……P_m上下)/m，同样有多个冲次的上冲程扭矩因数为m个上冲程扭矩因数叠加平均值。

在实际操作过程中，为了加快数据处理速度，可以减少数据处理量，如：可以对上冲程和下冲程所采集的数据中的中间区域的数据进行叠加处理，仍可以获得很好的技术效果。例如；选择上冲程采集数据集中间区域的十分之一至二分之一的数据，与下冲程采集数据集的中间区间的十分之一至二分之一的数据进行叠加处理。

例如：第一个冲次的上冲程采集的数据集为X₁、X₂、X₃、……X_n，下冲程采集的数据为Y₁、Y₂、Y₃、……Y_n，则在求取上冲程所有净扭矩的平均值P_上1的时候仅仅根据X_(n/4)、X_(n/4)+1、X_(n/4)+2、……X_(3n/4)进行计算获得，同时计算得到扭矩因数求取下冲程所有净扭矩的平均值P_下1的时候仅仅根据Y_(n/4)、Y_(n/4)+1、Y_(n/4)+2、……Y_(3n/4)进行计算获得。

前面仅是举例说明数据选择的原则，如果n/4、3n/4不是整数，则选择邻近的整数即可。上述处理过程，针对每个冲次的数据处理量均减少了二分之一，大大减少了数据处理量，明显的提高了数据处理过程。

采用上述选择部分数据进行处理获得上下冲程净扭矩P_上下，同样有相当于m个上冲程扭矩因数叠加平均值。在保证测量结果准确度的前提下，能够大大减少数据处理量，提高运算速度。

扭矩因数计算相关公式及变量如下：

A─游梁前臂长度，等于悬挂光杆的驴头弧面半径与钢丝绳半径之和，单位m；

C─游梁后臂长度，等于游梁支撑中心到横梁轴承中心的距离，单位m(双驴头型游梁后臂长度等于游梁支撑中心到柔性件与后驴头切点的距离)；

P─连杆长度，等于横梁轴承中心到曲柄销轴承中心的距离，单位m(双驴头型连杆长度等于柔性件与后驴头切点到曲柄销轴承中心的距离)；

R─曲柄半径，等于减速器输出轴中心到曲柄销轴承中心的距离，单位m；

K_极─极距，等于减速器输出轴中心到游梁支撑中心的距离，单位m；

H─游梁支撑中心到底座底部的高度，单位m；

I─游梁支撑中心到减速器输出轴中心的水平距离，单位m；

J─曲柄销轴承中心到游梁支撑中心的距离，单位m；

G─减速器输出轴中心线到底座底部的高度，单位m；

φ─常规型和异相型及双驴头型游梁式抽油机等于K_极与曲柄中心线在时钟的12点钟位置时的夹角，前置型和气平衡游梁式抽油机等于K_极与曲柄中心线在时钟6点钟位置时的夹角，单位°；

θ─曲柄角，单位°，(观察时，井口在右侧，常规型和异相型及双驴头型游梁式抽油机为曲柄中心线从时钟的12点钟位置开始，按顺时针方向的旋转角；气平衡游梁式抽油机为曲柄中心线从时钟的6点钟位置开始，按顺时针方向的旋转角；前置型游梁式抽油机为曲柄中心线从时钟的6点钟位置开始，按逆时针方向的旋转角)；

β─C和P之间的夹角，单位°；

α─P和R之间的夹角，单位°；

γ─前置型游梁式抽油机曲柄平衡重的重臂端中心线与曲柄中心线的偏移角，单位°；

τ─异相型游梁式抽油机曲柄平衡重重心与旋转中心连线与曲柄中心线的偏移角，单位°；

ψ─C和K_极之间的夹角，单位°；

χ─C和J之间的夹角，单位°；

ρ─K_极和J之间的夹角，C，J在K_极的两侧为正值，在K_极的同侧为负值，单位°；

几何关系计算式

常规型游梁式抽油机几何关系计算式

J²＝K_极 ²+R²-2K_极R·Cos(θ-φ)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2)

注：当sinρ为负值时，ρ为负值。

ψ＝χ-ρ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(6)

α＝β+ψ-(θ-φ)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(7)

扭矩因数计算式：

称作扭矩因数或扭矩因子，其值的大小只取决于抽油机的几何尺寸和曲柄转角θ，即单位悬点载荷力在曲柄上所产生的扭矩。

上述内容记载在标准：SY/T5044-2000游梁式抽油机中。扭矩因数计算相关公式及变量部分内容是现有技术。

本实施方式所述的抽油机的净扭矩，一般等于抽油机的减速器输出轴的扭矩，它是抽油机曲柄与井口悬点载荷在减速器输出轴上叠加所得的净扭矩(曲柄平衡块与井口悬点载荷在减速器输出轴上叠加所得的净扭矩与电机输入端电参数有功功率有对应关系)。

上述抽油机的净扭矩根据所述电机输入端有功功率P_g计算获得抽油机的净扭矩，可以根据公式9550×P_g/N计算获得。

具体实施方式四：本实施方式给出了调平衡时，抽油机平衡块调整移动量的确定方法：

按现场抽油机提供的基本工况参量：机型，冲程，冲次，含水，泵径，抽油杆尺寸分布，泵挂，平衡块个数(根据现场2块或4块定或0块定)，曲柄平衡块重量等，同一抽油机井测试中完善好所需的工况参量，建立工况参量信息，测试中存储信息任意调取使用。

现场抽油机调过平衡再启机运行后，1小时～8小时达到供排平衡,然后进行后续测量，前后两次测量进行数据参量修正，实现修正后准确测量；将具体单井实测数据与历史存储数据结合，上下冲程单位有功功率变化量对应平衡块移动调整量，并用实测数据进行修正，从而得到抽油机平衡块调整移动量，确定抽油机平衡块重量修正的过程如下：

(1)、假设或P_上功0-P_下功0值为1Kw，测量时上次P_上功0为净扭矩P_上对应电机输入端有功功率，P_下功0为净扭矩P_下对应电机输入端有功功率；P_{上下功差0}＝P_上功0-P_下功0；P_{上下功和0}＝P_上功0+P_下功0；

测量时上次抽油机冲次N₀；平衡块重量W₁₀；测量时上次平衡块单位有功功率调整量△R₄₀；调平衡时上次平衡块移动量△R₀；上次调平衡前动液面HY₀；

假设输入端上下冲程有功变化量1千瓦对应至减速器输出轴上扭矩变化量为△T：

△T＝Y×60×1/(2π×N₀)；

(2)、用平衡块调整移动形成的扭矩变化量来平衡△T，根据抽油机机型及现场平衡块使用大小块情况，实测输入端有功功率求得的动液面HY₀，输入井号即可调取W₁₀数据，

则有上次测量时平衡块单位有功功率调整量△R₄₀：

△R₄₀W₁₀＝Y△T/2；

△R₄₀＝Y×60×1/(2×2π×N₀×W₁₀)；

△R₄₀＝Y×15/(π×N₀×W₁₀)； (11)

(3)、如需要调平衡，测量输入端上冲程有功功率P_上功0与下冲程有功功率P_下功0则有调整量△R₀：

△R₀＝Y×15(P_上功0-P_下功0)/(π×N₀×W₁₀)；

△R₀＝△R40(P_上功0-P_下功0)； (12)

存储P_上功0、P_下功0、△R₀、N₀、W₁₀、HY₀、△R₄₀、泵径、平衡块数量大小种类等相关数据；

由(11)式计算△R调整量进行平衡块移动调整，不会影响调整趋势效果，调平衡前动液面为HY0；

(4)、后续再进行现场测试时，用现场实测数据及调取存储历史数据进行修正：

后续测量时P_上功为净扭矩P_上对应电机输入端有功功率，P_下功为净扭矩P_下对应电机输入端有功功率；P_上下功差＝P_上功-P_下功；P_上下功和＝P_上功+P_下功；后续测量时抽油机冲次N后；平衡块重量W_1后；上次测量时平衡块单位有功功率调整量△R₄₀；后续测量调平衡时平衡块移动量△R_后；后续测量调平衡前动液面HY_后；

如果上次平衡块调整后，抽油机工况参量及机械结构没有人为改变，即N后＝N0，

HY_后＝HY₀，平衡块重量及井下杆、管、泵没有改变，再测试抽油机有功功率时，

P_上下功差＝P_上功-P_下功＝0不用修正，如果P_上下功差不为0则需要修正△R₄₀：

由公式(12)△R₅＝△R₄₀P_上下功差得：变化量P_上下功差对应调整量△R₅；

用修正后上次调平衡实际有效移动调整量△R₅+△R₀，计算修正后△R₄值：

△R₅+△R₀＝△R₄(P_上功0-P_下功0)；求得修正后△R₄，

由公式(11)：△R₄＝Y×15/(π×N₀×W_1后)；

可得到修正后的平衡块重量W_1后；

由公式(12)：△R_后＝△R₄P_上下功差；求得修正后平衡块调整移动量△R_后。

(5)、如果P_上下功差不为0，冲次N后与N₀不同，动液面HY与HY₀不同，可进行如下修正：

将N带入公式(11)有：△R₄＝Y×15/(π×N_后×W₁₀)；求冲次N时单位有功功率平衡块移动量△R₄，上次实测上下冲程有功功率差对应调整移动量△R₀，冲次不同设为△R₆。表示消除动液面变化产生的有功功率影响，P_{上下功差1}＝P_上下功差-△P_{上下功和差}；

P_上下功差＝P_上功-P_下功；

△P_{上下功和差}＝▏P_上下功和-P_{上下功和0}▏；

△R₆＝△R₄(P_上功0-P_下功0)；

与动液面HY对应输入端有功功率P_上下功和，与动液面HY₀对应输入端有功功率P_{上下功和0}；

由公式(12)得到P_{上下功和差1}形成的修正移动量△R₇：

△R₇＝△R₄P_{上下功差1}；

由修正后上次调平衡实际有效移动调整量△R₆+△R₇，计算修正后△R₄值：

△R₆+△R₇＝△R₄(P_上功0-P_下功0)；求得修正后单位有功功率平衡块移动量△R4，

由公式(1)得：△R₄＝Y×15/(π×N₀×W_1后)；

可得到修正后的平衡块重量W_1后；

由式△R_后＝△R₄P_上下功差，求后续测量调平衡时平衡块移动量△R_后；

存储P_上功、P_下功、△R_后、N_后、W_1后、HY、△R₄、泵径、平衡块数量大小种类等相关

数据；

实测数据及同一采油井按机型调取存储数据计算平衡调整量进行调平衡，不会影响调整平衡结果趋势，通过平衡后，修正单位有功功率平衡块移动量△R₄，测试方便、实用、准确可靠、开创性应用。

实测输入端有功功率，修正单位有功功率平衡块移动量△R₄，确定准确抽油机平衡块重量，曲柄及平衡块作用半径现场很容易实测到，有助于准确叠加转换至井口载荷力参量，得到抽油机井电参数“示功图”。调取曲柄平衡块重量，现场估测曲柄及平衡块作用半径，进行叠加转换至井口载荷力参量，是否叠加不会影响电参数“示功图”趋势，只影响电参数“示功图”零点起点位置。

给出对本发明中涉及的名词术语及变量定义如下：

(1)、泵的理论排量

泵的工作过程由三个基本环节组成，即：柱塞在泵内让出容积、井内液体进泵内和从泵内排出液体。理想情况下，柱塞上、下冲程进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积。

g:重力加速度；

f_w:抽油机井产出液的含水百分量；

S_h：环空面积，单位是m²；

γ_密:混合液体密度；γ_密＝f_w+(1-f_w)×0.855；

P：抽油机的输入电功率，kW；

Y:抽油机输入端至井口悬点的机械传动效率；

W杆抽油杆在油液中的重量，Kn；

W液动液面以上，泵柱塞全断面上油液的重量,kN；

q'——每米抽油杆在油液中的重量，kN/m；

W_液＝HY×γ_密×f_p；

W杆＝q'×HH；

F_p＝3.14×D×D/4，表示柱塞的截面面积；

V_m＝F_p×S×N，表示抽油井每分钟的理论排量；

PP1＝1440×F_p×S×N，表示抽油井每日的理论排量；

(2)不考虑静载冲程损失，上、下冲程载荷

1)、抽油机上冲程光杆静载荷：

F_上＝f_r×HH×(q_r-γ_密)×g+f_p×HY×γ_密g (13)

2)、抽油机下冲程光杆静载荷：

F_下＝f_r×HH×(q_r-γ_密)×g (14)

可以看出抽油机上冲程光杆静载荷与环空动液面有关，式(13)中动液面HY是上冲程逐渐加载完成的，式(14)中动液面HY是下冲程逐渐卸载完成的，过程中均采用重量计算。

3)、抽油机上冲程光杆静载荷力F_上，抽油机下冲程光杆静载荷力F_下；F_上为最大载荷力与F_下为最小载荷力并为纵坐标画上下载荷力线；

(3)输入有功功率P与过程变量关系：

传动效率为Y；电机转速n；电机输出轴扭矩M；

M＝9550P/n；

转换至减速器输出轴扭矩为：M＝M×n/N＝9550P/N；

转换至减速器输出轴上冲程扭矩为：Pi上＝Mi上；

转换至减速器输出轴下冲程扭矩为：Pi下＝Mi下；

转换至减速器输出轴上下冲程扭矩在约定区域“相加叠加”为：

Pi上下＝Mi上下；i＝1,2,3,4……。

G_q—大小曲柄平衡块的重量平均值，kN；

K—安装的曲柄平衡块的数目；

G_q一定要取平均值；

G₁—大曲柄平衡块的重量，kN；

G₂—小曲柄平衡块的重量，kN；

△R—实际曲柄平衡块调整量；

△r—假设只调大或小曲柄平衡块调整量；

对于仅调整G₁的情况而言△r：

△RKG_q＝△r2G₁；

对于仅调整G₂的情况而言△r：

△RKG_q＝△r2G₂；

抽油机平衡原则：有曲柄平衡块力、井口悬点纯抽油杆自重力、井口悬点动液面作用在柱塞上力，转换至减速器输出轴上扭矩关系：M1＝M2+M3/2；曲柄平衡块M1，抽油杆自重M2，动液面M3。

实施例：基于采油井电参数计量诊断综合测试仪(如图4所示)，实现本发明的“一种抽油机井运行平衡的调整方法”的使用：

在线连续采集电机输入端电流与电压信号，连续采集判断曲柄对应井口悬点上或下死点时位置信号，在线连续采集油压套压信号，主机进行数据处理，或无线数据传输，主机无线接收，主机选用笔记本；或PDA；或单片机；或PC104。人机配合操作测量抽油机或螺杆泵采油井电参数电流，电压，有功功率，测量动液面及工况诊断，周期性判断抽油机井井口悬点上或下死点位置，现场测量并给出抽油机井运行平衡块的调整方向与移动位置数据，新安装抽油机平衡块重量及位置计算，现场测试抽油机井平衡块增加或减少调整，综合测试仪现场还可实现采油井环空动液面实时测量，单井日产液量周期性测量，采油井冲程能耗和日累计能耗测量，分析能耗情况，测量计算分析系统效率，各种抽油机调平衡测试方法供现场选用，可实现抽油机井电参数示功图测量。采用同一抽油机井测试中完善好所需的工况参量，建立工况参量信息，测试中存储信息任意调取使用如：需要调平衡时调用上次调平衡时动液面值及计算调整移动量；平衡块重量及修正后重量；上下净扭矩值及相应输入端上下有功功率等。

所述的“采油井电参数计量诊断综合测试仪”以下简称“综合测试仪”,它由单片机部分1(单片机部分可选择笔记本电脑或掌上电脑PDA或工业控制PC104机或单片机主机)；显示部分2；键盘部分3；RS323口4；485口5；电流信号采集输入端6；电压信号采集输入端7；判断曲柄运行至对应井口悬点上或下死点时刻位置信号端(自动采集)或人机配合操作确定8；油压套压信号输入端9(可选)组成。“综合测试仪”测量电参数有功功率，并与动液面变化量建立关系，实现现场测量单井日产液量，环空动液面。传统办法：抽油机井运行平衡调整时，上冲程与下冲程瞬时最大电流法，测量误差比较大，测量后主要靠经验估算平衡块移动量；上冲程与下冲程平均有功功率法，测量比电流法准确，但需要知道现场平衡块半径尺寸，平衡块重量，现场很难提供所需工况参量，实用性实现较难。与传统办法不同：本发明“一种抽油机井运行平衡的调整方法”,采用“综合测试仪”现场测试，现场测试上冲程与下冲程有功功率，完善工况参量，建立模型计算出实时动液面后，用动液面变化量建立调整平衡关系，测试后直接给出平衡块调整方向与调整量，现场移动测试，解决方便实用性测量问题。

如图4所示，采用抽油机井计量诊断综合测试仪，测试结果可即时显示查询，也可通过USB数据采集上位计算机回放，也可通过RS323口4与上位计算机数据交流；也可通过485口5与上位计算机数据交流，或通过485口5与变频器通讯交流，或通过485口5进行无线网络数据交流。

Claims

1.一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，其特征在于，所述方法将抽油机井电参数、均分冲程转换至井口载荷力、位移来确定“示功图”，所述方法的实现过程为：

以及下冲程时，曲柄平衡块旋转角θ由180°至360°之间各点电机输入端有功功率P_下功i，将P_下功i转换至井口载荷力位移相同点上冲程有功功率P_上功i与下冲程有功功率P_下功i叠加有P_上下功i，将P_上下功i转换至井口载荷力F_上下力i＝F_上力i+F_下力i；

步骤四、构建平面坐标系，横轴表示光杆位移S，纵轴表示电机输入端有功功率计算叠加转换至井口载荷力F_载荷力；用A点表示位移为0时的有功功率计算转换至井口载荷力值，用C点表示位移达到最大时的电机输入端有功功率计算转换至井口载荷力值，用曲线CDA部分表示下冲程时位移与电机输入端有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i的关系，用曲线ABC部分表示上冲程时位移与电机输入端有功功率计算叠加后转换至井口载荷力F_上下力i的关系；采集至少一个冲次电机输入端有功功率计算叠加转换至井口载荷力数据，有功功率数据经过处理计算转换至井口载荷力做为纵坐标参量，得到由上冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_上力i与下冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i确定的电参数“示功图”趋势图形；

步骤五、完成步骤四后，再由上冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_上力i和下冲程有功功率计算转换至井口载荷力F_下力i，及计算叠加载荷力值F_上下力i，确定考虑曲柄平衡块因素叠加后的电参数“示功图”趋势图形：

其过程为：

井口悬点由下死点至上死点为冲程0至S，期间用与曲柄旋转角0°至180°对应的采样点数为Cn；井口悬点由上死点至下死点为冲程S至0，期间用与曲柄旋转角180°至360°，对应的采样点数为Cn，用Cn均分S即S＝Sn(Cn-1)，得到两个间隔之间位移量S1＝S2＝…＝Sn＝S/(Cn-1)；

由下死点向上死点逐点累加位移为S1+S2+…+Sn至上死点停止位移为S，上死点向下死点运动时逐点累减位移为S-S1-S2-…-Sn至下死点停止位移为0，上下冲程位移为横坐标；纵坐标上冲程有功功率计算叠加转换至井口光杆载荷力用F_上载荷力＝F_曲块i+F_上下力i；下冲程用F_下载荷力＝F_曲块i+F_下力i，得到计算叠加后电参数“示功图”趋势图形。

2.根据权利要求1所述的一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，其特征在于，F_曲块i的获得过程为：

3.根据权利要求1或2所述的一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，其特征在于，所述方法还包括用于确定上载荷线，下载荷线的步骤六，其过程为：

上载荷线用上死点位置处通过计算得到的静载荷力F_上表示，下载荷线用下死点位置处通过计算得到的静载荷力F_下表示。

4.根据权利要求3所述的一种抽油机井电参数“示功图”的确定方法，其特征在于，所述方法还包括用于故障诊断的步骤七，其过程为，根据相应数据得到平行四边形ABCD以及上静载荷力F_上、下静载荷力F_下，后续判断抽油机井机、杆、泵工况诊断，是否工况正常。