CN107237615B - 一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法 - Google Patents

一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法。本发明通过对较低冲次条件下的抽油机光杆载荷的测试(避免了高冲次条件下载荷测试结果中既包含了振动载荷，也包含了惯性载荷，无法消除对动液面计算的影响)，并利用上冲程光杆载荷G光杆上，井口回压P回，套压P套，杆柱载荷G抽油杆，液柱载荷G液柱，摩擦载荷F摩擦，以及动液面产生的沉没压力P沉等参数计算油井动液面深度，由于消除了主要干扰因素的影响，所以计算精度高，现场试验数据表明，计算误差不超过5％，能够指导现场生产的使用要求。

Description

一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法
技术领域
本发明涉及抽油机技术领域，尤其涉及一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法。
背景技术
目前国内油田产量逐年下降，高产井越来越少，中、低产井越来越多。国内油田经多年的开采，很多油井供液能力降低，供采不平衡，机采井效率低，耗能与实际产出不成比例。如何能够在稳定并提高单井日产量基础上，提高机采井效率，达到供采平衡，节约能源消耗，减少维护工作量，提高机采系统自动化、信息化管理水平，降低采油系统运行成本就具有重要的意义。
目前各油田均急需实现油井恒定动液面生产的技术手段，但现有的油田技术无法实现精确的动液面分析及计算，部分通过电参数计算动液面的方法计算误差大无法现场应用，因此，很多油井都处于不合理动液面条件下运行，造成了能量浪费，机械磨损严重。部分产量特别低的油井采取间抽制度，间抽节能效果明显，但间抽规则制定非常困难，在实际工作中，完全依靠工作人员来进行合理间抽不现实，不进行合理间抽就会对产量和耗能有影响，无法做到供采平衡。另外，入冬后北方地区为防止低温结蜡，基本不采取间抽制度，加剧了能量的浪费，机械故障率也大幅度提高。
随着油田进入后期开采，低产井越来越多，如何在现有的设备上最优化采油，成为油田管理者和使用者必须面对的问题。
发明内容
为了实现油井实现供采平衡，既能够保证油井产量最大化，又能够降低采油设备的无效损耗的目的，供采平衡的前提是使油井处于合理且稳定的动液面生产，但目前现有技术最直接的方法就是直接测试动液面，反馈给控制系统，对抽油机进行合理动液面控制，但由于动液面测试装置价格较高，需求井数多，从经济角度无法实现；而通过电参数折算动液面的方法误差较大，无法在生产中应用。
本发明提供了一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在游梁式抽油机光杆悬绳器上加装载荷传感器，测试得到上冲程光杆载荷G光杆上、杆柱载荷G抽油杆、液柱载荷G液柱。
步骤2：通过P沉＝G抽油杆+G液柱-G光杆上，得到动液面H沉没产生的沉没压力P沉。
步骤3：通过H沉没＝4P沉/πD柱塞 2ρ井液，得到动液面H沉没；其中，D柱塞为柱塞直径，ρ井液为环空井液，密度已知。
步骤4：环空动液面高度H动液面＝H泵挂-H沉没；其中，泵挂深度H泵挂已知。
步骤5：当动液面高于预定值时，抽油机运行冲次提高N个冲次；当动液面低于预定值时，抽油机运行冲次降低M个冲次。
优选的，所述步骤5：当动液面高于预定值时，抽油机运行冲次提高0.5个冲次；当动液面低于预定值时，抽油机运行冲次降低0.5个冲次。
优选的，利用游梁式抽油机在低冲次，即2冲次/分钟以下条件下，进行步骤1。
有益效果：本发明通过对较低冲次条件下的抽油机光杆载荷的测试(避免了高冲次条件下载荷测试结果中既包含了振动载荷，也包含了惯性载荷，无法消除对动液面计算的影响)，并利用上冲程光杆载荷G光杆上，井口回压P回，套压P套，杆柱载荷G抽油杆，液柱载荷G液柱，摩擦载荷F摩擦，以及动液面产生的沉没压力P沉等参数计算油井动液面深度，由于消除了主要干扰因素的影响，所以计算精度高，现场试验数据表明，计算误差不超过5％，能够指导现场生产的使用要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的优化控制流程.
图2抽油机井杆柱力学示意图。
图3抽油机低参数运行悬点载荷测试曲线。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
原理
通过对较低冲次条件下的抽油机光杆载荷的测试(避免了高冲次条件下载荷测试结果中既包含了振动载荷，也包含了惯性载荷，无法消除对动液面计算的影响)，并利用上冲程光杆载荷G光杆上，井口回压P回，套压P套，杆柱载荷G抽油杆，液柱载荷G液柱，摩擦载荷F摩擦，以及动液面产生的沉没压力P沉等参数计算油井动液面深度，由于消除了主要干扰因素的影响，所以计算精度高，现场试验数据表明，计算误差不超过5％，能够指导现场生产的使用要求。
如图1所示，本发明是通过如下技术方案来实现的：
1.在游梁式抽油机光杆悬绳器上加装载荷传感器，测试光杆载荷G光杆，作为控制方法的计算依据；
2.利用游梁式抽油机在低冲次(2冲次/分钟以下)条件下，测试光杆载荷G光杆，以此建立光杆载荷G光杆与油井环空动液面关系数学模型，由于运行速度低，光杆载荷G光杆受到振动载荷、惯性载荷的影响可以忽略，受其它载荷影响不大，因此，可以根据光杆载荷G光杆较精确的计算出环空动液面高度H动液面，并为油井动液面的控制提供依据；
3.通过载荷传感器测试得到上冲程光杆载荷G光杆上，井口回压P回，套压P套，杆柱载荷G抽油杆，液柱载荷G液柱，摩擦载荷F摩擦，以及动液面产生的沉没压力P沉。可得：G光杆上＝G抽油杆+G液柱+P回+F摩擦-P套-P沉，而P沉即为环空动液面产生的压力，可计算得到，杆柱力学示意图如图2所示；
4.利用上述计算得到的P沉，实现对抽油机井环空动液面的精确控制，当动液面高于预定值时，抽油机运行冲次提高0.5个冲次；当动液面低于预定值时，抽油机运行冲次降低0.5个冲次；使抽油机井环空动液面始终处于合理范围内运行，达到油井产液量最大化；
5.利用上述方法优化运行，可实现油井处于合理动液面范围内运行，能够保证处于油井泵效条件下运行，避免空抽带来的液击问题，提高油井效率；
6.将上述算法植入抽油机控制设备必须能够满足抽油机低冲次稳定运行要求，应该能够适应0.5-2冲次/分钟长期稳定运行，抽油机无偷停现象。且根据上述方法实现抽油机在高冲次条件下快速采液，在低冲次条件下既采液又能诊断油井动液面，实现高、低冲次优化运行；
7.利用该方法抽油机在不同时间段内采用不同冲次组合运行，低冲次运行主要是为了计算动液面位置，高冲次运行主要为了采液，具体速度对应的运行时间根据算法的工作制度确定。
实施例
假设某井泵挂深度为1000m，井液为纯水密度为1kg/cm3,杆柱为二级杆，其中φ28光杆9m，φ22杆600m，φ19杆400m，泵径57mm，油管内径76mm；油压为0.5MPa，套压为0.5MPa，因为油压套压均作用在柱塞上，可抵消；为了达到合理恒液面(700-800m)生产，利用该算法，采集了1冲次/分钟条件下悬点载荷数据，如图3所示,并计算了动液面H动液面。井下示意图可参考图2。
具体动液面H动液面算法如下：
油井环空沉没度H沉没为1000-H动液面；
G上载荷＝G杆+G液柱-P沉；
G上载荷为悬点载荷的上载荷，如图2所示；
P沉为环空动液面的沉没压力在柱塞下表面产生的力，P沉＝πD柱塞 2H沉没ρ井液/4，ρ井液为井液密度，由于井液是水所以ρ井液＝1000kg/m3；
悬点功图上载荷G上通过测试采样点可知为69300N；
抽油杆总重G杆为φ22杆600m和φ19杆400m重量之和，其中查表φ28光杆线密度4.831，φ22杆线密度为3.136，φ19杆线密度为2.350，因此
G杆＝4.831×9×9.8+3.316×600×9.8+2.35×400×9.8＝29136N；
抽油杆与油管环空内作用在柱塞截面的液体总重G液柱等于1000m油管内体积V1减掉抽油杆体积V2内液体重，其中V1＝1000πD柱塞 2/4＝3.846m3，V2＝600
πD22抽油杆 2/4+400πD19抽油杆 2/4＝0.228+0.113＝0.341m3；
由此G液柱＝ρ井液(V1-V2)g＝1000×(3.846-0.341)×9.8＝34349N；
因此，
可得，P沉＝G杆+G液柱-G上载荷
πD柱塞 2H沉没ρ井液/4＝G杆+G液柱-G上载荷
H沉没＝4×(G杆+G液柱-G上载荷)/πD柱塞 2ρ井液
＝4×(29136+34349-65300)/(3.14×0.0049×1000)
＝471.85m；
H动液面＝1000-H沉没＝528.15m；
对该井动液面进行了实际测试为547.35m，误差小于20m，可以为现场实际应用提供依据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法，其特征在于，
步骤1：在游梁式抽油机光杆悬绳器上加装载荷传感器，利用游梁式抽油机在低冲次，即2冲次/分钟以下条件下，测试得到上冲程光杆载荷G光杆上、杆柱载荷G抽油杆、液柱载荷G液柱；
步骤2：通过P沉＝G抽油杆+G液柱-G光杆上，得到动液面H沉没产生的沉没压力P沉；
步骤3：通过H沉没＝4P沉/πD柱塞 2ρ井液，得到动液面H沉没；其中，D柱塞为柱塞直径,ρ井液为环空井液密度已知；
步骤4：环空动液面高度H动液面＝H泵挂-H沉没；其中，泵挂深度H泵挂已知；
步骤5：当动液面高于预定值时，抽油机运行冲次提高N个冲次；当动液面低于预定值时，抽油机运行冲次降低M个冲次。
2.根据权利要求1所述的一种基于光杆载荷的游梁式抽油机运行速度优化控制方法，其特征在于，所述步骤5：当动液面高于预定值时，抽油机运行冲次提高0.5个冲次；当动液面低于预定值时，抽油机运行冲次降低0.5个冲次。
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