CN111594139A - 油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法 - Google Patents

Abstract

本发明油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，涉及油田开发抽油生产技术领域。本发明为一种软件用来控制一种大冲程直线匀速低速运动“能等泵充满再运转的智能抽油机”，以时间控制为手段，以载荷测试为依据，通过油杆油管驱动井下优选大泵径大冲程的“能充满可泄油的双作用杆式抽油泵”，以冲次为单元，泵不充满不运转等泵充满再运转，用停机等待泵充满的时间长短，自动适应油井产量高低，与此同时功图测试、计量、动液面、综合含水、静态载荷曲线，混合液密度，有效冲程、泵效、延时时间、抽油效率等与抽油同时同步一个冲次全部完成，实时网络传输。本发明的技术方案解决了现有技术中的抽油效率过低、生产成本高、效益差的问题。

Description

油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法

技术领域

本发明油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，涉及油田开发抽油生产技术领域，具尤其涉及一种油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法。

背景技术

以游梁式抽油机和整筒管式抽油泵为主体的现有抽油法以下简称[现有抽油法]已有一百多年的历史，它用地面的抽油机通过油管油杆连接井下抽油泵进行抽油生产，历史实践证明有杆抽油是最经济最可靠的抽油法，同时游梁抽油机具有很高的可靠性，可在野外无人职守的情况下长期安全运转，当然这种高可靠性是建立在低效的曲柄连杆传动机构和超大的机械强度。

现有抽油方法也有问题而且是致命性的问题就是生产成本高，有很多低产井成本超过国际油价，特别开发到中后期的老油田，效益很差，造成非常困难的局面，明显的原因是抽油效率过低，平均只有20％左右，很多低产井只有8％～15％，而效率低的主要根源是泵效低，绝大多数低产井在25％以下，可见4次抽油有3次是在无效运转，而现有抽油方法泵径冲程冲数调参有近千种，但即使调到最小泵的排量也远大于井的产量，产量再低抽油机每天也要运转8000次以上，磨损与运动次数成正比的，尤其游梁机下行泵接触液面时正是下行加速最快的节点造成很大的冲击振动造成很大的机械的疲劳磨损，加大管、杆、泵三抽设备的维修工作量，检泵周期缩短形成庞大的井下作业队伍使生产消耗全面上升。

效率低的危害不仅如此，都知道影响生产成本的决定因素是产油量，而提高产油时必须提高油田开发的技术水平，而油藏在地下看不见摸不到，技术水平高低取决油井测试水平如何。显示地下油藏动态最重要的参数油井产油计量，误差过大是普遍公认的大老难问题，而油井管理最重要的参数示功图不用说不能量化就是是否正常出油也必须由有经验的技术人员才能解释，综合含水连参考的价值都很低，因为油井产量很低泵都充不满，动液面的价值也只能参考之用。而且除产量是日测量其余全是旬测量，油井出现问题几天之后才能发现，油田开发要求的及时、齐全、准确实际根本谈不上，还有井下设备漏失、泵效、调参、抽油效率、能耗等重要问题即没有测试也没有标准稳定统一的计算管理方法。若想彻底转变生产效益差的被动局面总需要解决两个问题：一是实时、精准、全面油井的数字化测试，提高油田开发管理的技术水平提高采收率；二是提高以泵效为核心的系统效率，实现泵不充满不运转等泵充满再运转生产方式，这就是油井测试与等泵充满同步数控的抽油方法，这要求抽油泵必须具备可靠的能充满、可泄油、双作用杆式泵的功能，抽油机必须配合抽油泵实时测试抽油泵的充满和工作状态，能按冲程等泵充满再运转并同步实时完成油井全面数字化测试，信息网络化传输并保持按冲次全自动高效运行的智能抽油机，很显然现有抽油方法无论用什么电子元件都是不可能的，经二十多年的不泄努力抽油机的滚子凸轮直驱传动机构、能充满可泄油的双作用杆式抽油泵和能等泵充满再运转的智能抽油机技术研发已全部完成，尽管如此还没达到数字化自动控制的条件，还需一种合理放大抽油泵充满双作用等功能效果的方法和智能机运转特性的利用方法才能进行工作程序的数字化自动控制。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

根据上述现有技术提出的技术问题，而提供一种油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法。本发明主要抽油泵的能充满双作用功能效果扩大到泵成为计量器，能靠电机正反转换向，有足够的时间等泵充满和测试直接数字化为数控抽油法的建立提供必须的条件，利用智能抽油机的大冲程直线匀速运动性能用时间控制取代位移控制为数控抽油法的可靠精准的控制条件，达到油井测试与等泵充满同步数控抽油法圆满的实现。

本发明采用的技术手段如下：

一种油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，包括：“能充满可泄油的双作用抽油泵”的能充满双作用功能的效果优化扩大使用方法；“能等泵充满再运转的智能抽油机”的直线等速匀速运动性能的利用方法及按冲次同步数控抽油法和“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法；

进一步地，“能充满可泄油的双作用抽油泵”的能充满双作用功能的效果优化扩大使用方法为：在不改变现有管杆组合的情况下，优选大泵径和大冲程，把泵的排量加大到数控抽油法能实现四个必须条件：一是、抽油泵抽油的同时还要成为井下大容量精准计量器；二是、抽油降速使大多数十型以下抽油机电机功率降到10KW以下，既降低抽油的运动速度，使绝大多数抽油机电机功率降到10KW以下靠电机正反转换向轻松自由；三是，抽油冲次数减少到有足够的停机等待泵充满的时间，实现泵不充满不运转，等泵充满再运转的抽油方法；四是，消除干扰达到测试直接数字化水平实现油井测试，既通过泵充满低速匀速运动基本消除供液不足、气影响和动载等对功图测试的干扰破坏直接达到可数字化测试；

进一步地，“能等泵充满再运转的智能抽油机”的直线等速匀速运动性能的利用方法及按冲次同步数控抽油方法，包括：直线等速匀速运动性能的利用方法和按冲次同步数控抽油方法；

进一步地，直线等速匀速运动性能的利用方法：是利用直线等速匀速运动单位时间位移相等的条件，计量单位不同但比例运算相等的特点，用时间控制取代油井测试的位移控制，达到测试的简单精准高可靠性；

进一步地，按冲次同步数控抽油方法：是以冲次为循环控制单元，以载荷测试数据为依据，依时间控制为手段，对“上死点停机延时”，“下冲程”、“下死点停机换向”和“上冲程”四个工作程序十个测试参数与等泵充满抽油同步数字化测试控制，全自动循环运行并实时数字化信息网络传输的方法；

进一步地，“上死点停机延时”为：以油杆在上死点，平衡重在下死点把原点开关打开为原点，暂预设一个延时时间，延时开始，工作任务是等双作用泵的下泵充满同时还要等泵的储油器充满为下冲程时下泵出油时上泵进油作准备，同时，要进行停机静止状态下载荷随时间的变化曲线并利用测得的最大静载荷测算混合液密度，为综合含水、产量计算提供条件，延时时间到PLC执令变频器正转启动电机开始下冲程；

进一步地，“下冲程”为：按冲程实测运转时间倒计时控制运行，实时按减程比和力比测试载荷/时间功图C—D—A线段及电流曲线和综合含水、动液面测算，倒计时时间到,下冲程结束进入下死点停机换向。

进一步地，“下死点停机换向”为：下冲程倒计时时间到PLC执令变频器自由停机制动，待设备稳定时间到后开始反转上冲程。

进一步地，“上冲程”为：上冲程和下冲程同样按上冲程实测运转时间倒计时控制运转，同时，功图A—B—C线段及电流曲线测试开始，同时要进行有效冲程测试，泵效、冲次产量、抽油效率计算和延时时间的自适应运算，功图测试及电流曲线结束，全部信息网络传输；上冲程结束的执令不是倒计时为零而是平衡重把原点开关打开，进入下一冲次循环运行。

进一步地，“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法为实现油井作业中的检测和维护。

进一步地，按冲次同步数控抽油方法控制能等泵充满再运转的智能抽油机驱动专利技术的能充满可泄油的双作用杆式抽油泵，构成机、电、泵一体化，泵不充满不运转等泵充满再运转的抽油方法。

进一步地，油井测试是在一个冲次内全部完成测试的产量，功图、动液面、综合含水、静载荷曲线、混合密度、有效冲程、泵效、系统效率、延时时间，共10个油田开发和油井管理参数，不仅采用全自动数字化测试而且完成精准、齐全、实时网络传输。静载荷曲线的测试不但反映泵管等漏失或流压回升速度重要信息，同时测得的最大静载荷在杆柱载荷已知，动载消失的情况下，液柱载荷及液柱体积是可准确计算混合液的密度按计算公式立即得出综合含水。

进一步地，不改变现有杆管组合，优选大泵径为：不是用某一使用井的产量和泵深的情况选择大泵径大冲程，而是按大多数低产井中的高产井大泵深和管杆磨损最小的情况下选择大泵径大冲程，尽量使大多数低产井使用相同的泵径冲程和抽油机，特殊井另选规格型号，不同产量的油井或油井产量的变化用停机等待泵充满的时间长短自动适应油井产量高低。

进一步地，有效冲程测试为：冲程运行开始载荷呈直线变化，下冲程直线下降，上冲程直线上升，到某一点时突然出现拐点基本不变平衡到终点，在功图上，下冲程拐点为D，上冲程拐点为B，按PLC设定程序，拐点载荷变量到规定值时按执令PLC实时读取拐点载荷对应的倒计时运行的时间值拐点 B和D载荷对应的时间值分别为上冲程和下冲程的有效冲程值。

进一步地，延时时间的自适应运算为：如果泵效始终保持最高，说明泵的排量小于油井产量影响生产，保持很低影响效率，设置一个期望的泵效值与上一冲次测试的泵效值之比再乘上一冲次的延时时间，测算出下一冲次的延时时间，比值小于1缩短，比值大于1延长，用延时的时间长短自动适应油井产量高低，永保高效运转。

进一步地，“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法为：泄油功能是在抽油泵上增加一种只要把油杆放到底就能把进油阀和出油阀打开，把油管中的油放回井中，同时，可从油管中向下用热水、蒸气等清洗油管油杆，防止作业时提到地面损失大量原油又造成严重的环境污染及作业人员的人身伤害，而抽油泵的合理大冲程是7.2～8M，抽油机最大冲程优选9M 左右，把提升工具装在抽油机的悬绳器上，可以把清洗好管杆的井下不需要起油管的杆式泵提升到地面换泵再下井，节省作业费，消除环境污染缩短占井时间。

进一步地，全自动数字化测试包括：

A、利用停机延时静载荷曲线测试中选取最大静载荷计算混合液体密度；

B、程序执令PLC上下冲程载荷拐点实时记录，拐点载荷对应的倒计时运转的时间值直接就是有效冲程值；

二者的突破使10个参数全部直接数字化。

进一步地，“上冲程”中的抽油效率计算公式为：

计算公式中，一是有效功率的计算采用产量Q(Kg)乘以提升高度H(M)再除以能量和功的换算系数367098(Kg/M)把提升势能变成功再除以电表实际输入功 KW/h，这样有效功率计算简单易理解，实耗功率为电子电度表实测具有法定效力，同时，对电器系统的有功和无功效率及功率因数、电流、电压等全面测量显示而且与PLC直接连接，监控系统故障报警保障安全运行，电表计量防止电流、功率因数的瞬时变量很难统一确认，造成计算混乱，也不可能直接数字化。

本发明运行工作的具体程序为：

按冲次工作顺序有上死点停机延时，下冲程、下死点停机换向和上冲程四个工作程序：

1、上死点停机延时：

①、静载荷曲线P_静；

②、混合液密度

执令：延时时间到启动下冲程；

2、下冲程：

时间倒计时运转到0；

③、功图C—D—A测试开始

④、综合含水

⑤、动液面H＝H_泵；

功图C—D—A结束；

执令：延时时间到0；

3、下死点停机换向：

停机换向；

执令：换向时间到反向启动；

4、上冲程：

功图A—B—C测试开始；

⑥、有效冲程S_有—B点对应时间值；

⑦、泵效

⑧、冲数产量Q_上＝Q_泵理×η_泵×γ_液；Q_冲＝Q_上+Q_下；

⑨、抽油效率

⑩、延时时间

原点开关打开上冲程结束。

上述过程中：

γ_液—混合液密度，P_静—最大静载荷，P_杆—杆柱载荷Kg，P_井—井口，压力Kg，F—上泵截面积dm²，H—泵深M，f—气影响系数；

F_W—综合含水，γ_油—该井油密度；

H—动液面m，H_泵—泵深度m；

S_有—上冲程有效值载荷拐点B对应的倒计时时间00.00秒；

η_泵—泵效，S_冲—冲程时间；

Q_上—上冲程产量kg，Q_理—泵的理论排量kg，η_泵—泵效，γ_液—混合液密度，冲数产量Q_冲＝Q_上+Q_下；；

η_抽—抽油效率，H—提升高度m，W—与产量Q同时间电表计量Kw/h；

T_下—下一冲数延时时间，η_期望—期望泵效，η_实测—实测泵效，T_上—上一个冲数延时时间。

如图2所示，上死点停机延时：要等双作用泵的下泵充满之后还要等泵的储油器充满，为下冲程时下泵出油而上泵进油作准备，延时开始的执令为油杆在上死点，平衡重在下死点，把原点开关打开为延时开始，延时过程中要测试停机静止状态下的载荷随时间变化曲线①，并在曲线中选最大静载荷计算液柱载荷与液柱体积之比，测算出混合液的密度②为下一步综合含水④和产量⑧的计算作准备。

下冲程：延时时间到，PLC执令变频器正转启动按实测运转时间倒计时 00.00秒运行，同时按预设减程比和力比进行功图C—D—A线段，载荷等于平衡重减传感器测试值，下冲程靠油杆柱重力使下泵出油而上泵进油，运行中要进行综合含水④和动液面⑤的测算。

下死点停机换向：下冲程倒计时运转时间到，PLC执令变频器自由停机制动，待装备稳定暂短时间，PLC执令变频器反转启动，下死点停机换向结束开始上冲程。

上冲程：于下冲程同样按上冲程实测时间倒计时运转，开始上冲程，同时开始功图A—B—C线段测试。上冲程时载荷从A点直线上升运行到B点出现拐点平稳到C点，拐点B的载荷值对应的倒计时的时间值即为有效冲程值⑥，有效冲程与与运转倒计时的时间之比即为泵效⑦，泵效与泵的容积的乘积即是上冲程的产油量⑧，同样也可以计算下冲程的产量，但因下冲程始终是保持充满状态，可计量一次后后作为常数使用，和上冲程产量之和为该冲次的产量，产量与提升高度的乘积再除该冲次的用电量和换算系数的乘积等于抽油效率⑨，由于有管杆的弹性变形存在，泵能充满但泵效不能100，同时，下泵充满是常态，如果上泵也全是充满状态，说明泵的排量小于油井产量，充满很差又影响效率，只好设定一个期望泵效值与实测泵效值对比再与上一冲次的延时时间乘积为下一冲次的延时时间，用延时时间长短自动适应油井产量的高低，无论油井产量如何变化都永远保持高效运行，上冲程结束的指令不是倒计时为零而是平衡重将原点开关打开，开始下一冲次的延时，进行自动循环运行。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，控制专利技术的“能等泵充满再运转的智能抽油机”驱动井下创新结构的“能充满可泄油的双作用[杆式]抽油泵”全面实现充满、泄油、双作用和杆式泵的功能并放大有益效果，建立一套全新式的机、电、泵一体化、抽油、调参、测试等采油生产全面工作高效一体化的数字智能网络化的先进采油生产系统。

2、本发明提供的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，泵不充满不运转等泵充满再运转的方法切底转变了抽油系统低效的主要矛盾“低泵效”系统效率可提高3倍60％以上，装机功率可降3～6倍，功图直接数字化，不用调参可保持始终高效运转，测10个工作参数全部工作在一个冲次内包括信息传输全部完成，节能降耗高效全面工作高效可到最大化，实践证明解决主要矛盾“低泵效”一切矛盾都迎刃而解。

3、本发明提供的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，生产成本显著降低，动力费(电费)可降到现有的1/3以下，管理费油井计量、功图、化验含水、动液面测试已不存在，人员工资可能很少，已经现场无人化，只有部分监控和维护人员，修井作业费变得很少，因检泵周期可延长一倍以上，利用抽油机自检泵作业费用更低、有泄油功能、油管内每千米可装2.5 吨油收回井内节省的费用远大于自检泵作业费，总之，生产消耗最低降一半以上，同时，由于动液面降到泵深位置沉没度消失，大幅度降低油层回压，特别是出油的低压层，必然使产液量大幅度上升含水下降，同时，油井全面、实时、准确的测试大幅度提升油田开发水平和油井管理水平，油井增产是必然的，经济效益，消除作业环境污染的社会效益很难估量。

4、本发明提供的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，技术先进，装备费用远低于游梁机，绝大多数10吨以下泵深在2500M以内只需要一种型号的抽油机和抽油泵，从设计制造到使用维护全过程简化，而且加工制造简便，除一两件加工有点难度外其余一般加工单位即使是小微企业经简单技术培训都可以生产制造最有利用户原地生产自用。

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的抽油效率过低、生产成本高、效益差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双作用泵理论功图和停机时负荷时间曲线；

图2为本发明运行工作控制程序图。

图中公式中：

γ_液—混合液密度，P_静—最大静载荷，P_杆—杆柱载荷Kg，P_井—井口，压力Kg，F—上泵截面积dm²，H—泵深M，f—气影响系数；

F_W—综合含水，γ_油—该井油密度；

H—动液面m，H_泵—泵深度m；

S_有—上冲程有效值载荷拐点B对应的倒计时时间00.00秒；

η_泵—泵效，S_冲—冲程时间；

Q_上—上冲程产量kg，Q_理—泵的理论排量kg，η_泵—泵效，γ_液—混合液密度，冲数产量Q_冲＝Q_上+Q_下；；

η_抽—抽油效率，H—提升高度m，W—与产量Q同时间电表计量Kw/h；

T_下—下一冲数延时时间，η_期望—期望泵效，η_实测—实测泵效，T_上—上一个冲数延时时间。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转 90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，包括：“能充满可泄油的双作用抽油泵”的能充满双作用功能的效果优化扩大使用方法；“能等泵充满再运转的智能抽油机”的直线等速匀速运动性能的利用方法及按冲次同步数控抽油法和“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法；

“能充满可泄油的双作用抽油泵”的能充满双作用功能的效果优化扩大使用方法为：在不改变现有管杆组合的情况下，优选大泵径和大冲程，把泵的排量加大到数控抽油法能实现四个必须条件：一是抽油泵抽油的同时还要成为井下大容量精准计量器；二是抽油降速使大多数十型以下抽油机电机功率降到10KW以下；三是抽油冲次数减少到有足够的停机等待泵充满的时间；四是消除干扰达到测试直接数字化水平实现油井测试；

“能等泵充满再运转的智能抽油机”的直线等速匀速运动性能的利用方法及按冲次同步数控抽油方法，包括：直线等速匀速运动性能的利用方法和按冲次同步数控抽油方法；

直线等速匀速运动性能的利用方法：是利用直线等速匀速运动单位时间位移相等的条件，用时间控制取代位移控制，保障控制的高可靠性；

按冲次同步数控抽油方法：是以冲次为循环控制单元，以载荷测试数据为依据，依时间控制为手段，对“上死点停机延时”，“下冲程”、“下死点停机换向”和“上冲程”四个工作程序十个测试参数与等泵充满抽油同步数字化测试控制，全自动循环运行并实时数字化信息网络传输的方法；

“上死点停机延时”为：以油杆在上死点，平衡重在下死点把原点开关打开为原点，暂预设一个延时时间，延时开始，工作任务是等双作用泵的下泵充满同时还要等泵的储油器充满为下冲程时下泵出油时上泵进油作准备，同时，要进行停机静止状态下载荷随时间的变化曲线并利用测得的最大静载荷测算混合液密度，为综合含水、产量计算提供条件，延时时间到PLC执令变频器正转启动电机开始下冲程；

“下冲程”为：按冲程实测运转时间倒计时控制运行，实时按减程比和力比测试载荷/时间功图C—D—A线段和综合含水、动液面测算，倒计时时间到下冲程结束进入下死点停机换向。

“下死点停机换向”为：下冲程倒计时时间到PLC执令变频器自由停机制动，待设备稳定后开始反转上冲程。

“上冲程”为：上冲程和下冲程同样按上冲程实测运转时间倒计时控制运转，同时，功图A—B—C线段及电流曲线测试开始，同时要进行有效冲程测试，泵效、冲次产量、抽油效率计算和延时时间的自适应运算，功图测试及电流曲线结束，全部信息网络传输；上冲程结束的执令不是倒计时为零而是平衡重把原点开关打开；

“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法为实现油井作业中的检测和维护。

按冲次同步数控抽油方法控制能等泵充满再运转的智能抽油机驱动专利技术的能充满可泄油的双作用杆式抽油泵，构成机、电、泵一体化，泵不充满不运转等泵充满再运转的抽油方法。

油井测试是在一个冲次内全部完成按日测试的产量，按旬测试的功图、动液面、综合含水同时静载荷曲线、混合密度、有效冲程、泵效、系统效率、延时时间，共10个油田开发和油井管理参数，不仅采用全自动数字化测试而且完成精准、齐全、实时网络传输。

不改变现有杆管组合，优选大泵径为：不是用某一使用井的产量和泵深的情况选择大泵径大冲程大冲程，而是按大多数低产井中的高产大泵深和管杆磨损最小的情况下选择大泵径大冲程，尽量使大多数低产井使用相同的泵径冲程和抽油机，特殊井另选规格型号，不同产量的油井或油井产量的变化用停机等待泵充满的时间长短自动适应油井产量高低。

静载荷曲线的测试不但反映泵管等漏失或流压回升速度重要信息，同时测得的最大静载荷在杆柱载荷已知，动载消失的情况下，液柱载荷及液柱体积是可准确计算，从而混合液的密度就可准确得到按计算公式立即得出综合含水。

有效冲程测试为：冲程运行开始载荷呈直线变化，下冲程直线下降，上冲程直线上升，到某一点时突然出现拐点基本不变平衡到终点，在功图上，下冲程拐点为D，上冲程拐点为B，按PLC设定程序，拐点载荷变量到规定值时按执令PLC实时读取拐点载荷对应的倒计时运行的时间值拐点B和D载荷对应的时间值分别为上冲程和下冲程的有效冲程值。

延时时间的自适应运算为：泵效始终保持最高，说明泵的排量小于油井产量影响生产，保持很低影响效率，设置一个期望的泵效值与上一冲次测试的泵效值之比再乘上一冲次的延时时间，测算出下一冲次的延时时间，比值小于1缩短，比值大于1延长，用延长的时间长短自动适应油井产量高低，永保高效运转。

“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法为：泄油功能是在抽油泵上增加一种只要把油杆放到底就能把进油阀和出油阀打开，把油管中的油放回井中，同时，可从油管中向下用热水、蒸气等清洗油管油杆，防止作业时提到地面损失大量原油又造成严重的环境污染及作业人员的人身伤害，而抽油泵的合理大冲程是7.2～8M，抽油机最大冲程优选9M左右，把提升工具装在抽油机的悬绳器上，可以把清洗好管杆的井下不需要起油管的杆式泵提升到地面换泵再下井，节省作业费，消除环境污染缩短占井时间。

全自动数字化测试包括：

A、利用停机延时静载荷曲线测试中选取最大静载荷计算混合液体密度；

B、程序执令PLC上下冲程载荷拐点实时记录，拐点载荷对应的倒计时运转的时间值直接就是有效冲程值；

二者的突破使10个参数全部直接数字化。

“上冲程”中的抽油效率计算公式为：

计算公式中，一是有效功率的计算采用产量Q(Kg)乘以提升高度H(M)再除以能量和功的换算系数367098(Kg/M)把提升势能变成功再除以电表实际输入功KW/h，这样有效功率计算简单易理解，实耗功率为电子电度表实测具有法定效力，同时，对电器系统的有功和无功效率及功率因数、电流、电压等全面测量显示而且与PLC直接连接，监控系统故障报警保障安全运行，电表计量防止电流、功率因数的瞬时变量很难统一确认，造成计算混乱，也不可能直接数字化。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法；本发明与游梁机理论示功图是一样，A-B-C是上冲程负荷位移曲线，其中的f-e是双作用泵柱塞上行接触液面时出油阀打开之前引起管杆弹性变形，负荷从直线上升到B最大值出现拐点开始平稳，B点是有效值，到C的长度为上冲程有效冲程，非双作用泵没有f-e线段，B点只是最大负荷点，C 是抽油上死点，游梁机要立即换向下行，而智能机要停机换向延时，等下泵充满还要等储油器充满，保障下行时上泵充满，下死点只有停机换向没有延时，减少一个延时过程，把延时时间集中到上死点测试“负荷与时间”曲线，用来显示泵管漏失及液面恢复情况等。F-E线段是柱塞下行接触液面造成油管伸长油杆缩短的弹性变形，到D点出油阀打开，液柱负荷转移到固定阀上，油井负荷从直线下降出现拐点开始平稳，D-A的长度即为有效冲程，它与泵截面积乘积是下冲程产液量，和抽油机冲程比就是泵效，由于弹性变形和防冲距的存在，泵能充满但泵效不可能百分百，只能是根据油井工作实测情况优选一个标准值，标准值选的太高可能泵的排量小于井的产液量使产量减少，选太低损失效率，所以，要根据实际优选的期望值。

一、在同样条件下游梁机抽油法和智能机抽油法效果有明显的不同

例：有油井泵深1480米，日产液量20吨，概算两种方法的效果

1、按游梁机选型机泵图泵深1480米，产液量20吨，泵效普遍在25％左右，按最高40％计算，排液能力是50M³，选型应该是抽油机CYJ10－3 －37，泵径φ51mm，冲数10次/分，冲程3M，按管杆表为两级组合 7/8"0.47+3/4"0.53，D级杆

油杆重量7/8"＝3.3kg/M,3/4"＝2.43kg/M

杆柱重量P_杆＝1480 0.47 3.3+1480 0.53 2.43＝4201kg

液柱重度

液柱重量P_液＝1480×2＝2960kg

油井最大负荷

油井最小负荷

[公式由采油技术手册四P286(2-26)(2-29)]，S——冲程M，n——冲数次/分

2、智能机抽油和游梁机机型、泵径、杆柱重量相同，不同的是泵为双作用

下泵泵径相同，上泵因空芯光杆影响，泵径为φ44mm、冲数0.75次/分、冲程8M，计算公式相同，φ44mm泵，单位液柱重量1.5kg/M

上冲程P液上＝1480 1.5kg/M＝2220kg

下冲程P液下＝1480 2kg/M＝2960kg

油井最大负荷

双作用泵的下冲程下泵出油是靠油杆重力作功

高效机冲程8M，一个冲数16M，冲数0.75次/分，每个冲数运转时间 60/0.75＝80秒

油杆运动速度

电机功率

选7.5kw

冲次数n，高效机抽油泵效可以保持在0.9，有效冲8*0.9＝7.2M，下泵排量2*7.2＝14.4kg，上泵排量1.5*7.2＝10.8kg，合计25.2kg

每天冲次数20000/25.2＝794次/日，每冲次109秒，运转80秒，停机延时29秒，每天累计停机6.35小时，运转17.65小时。

3、在产液量、泵深、油杆组合，泵径相同的情况下概算结果的突出问题是：

①油杆运动速度智能机0.2M/秒，游梁机3*2*10/60＝1M/秒，功率与运动速度成正比，游梁机配套功率37KW，智能机7.5KW，速度差5倍，功率也 5倍，不但节能显著，而且使绝大多数抽油机电机功率降到10KW以下，靠电机正反转换向，从根本上简化抽油机的结构，而且按冲程停机换向又给延时等泵充满提供了条件。

②动载荷的影响系数

游梁机为0.1676，智能机为0.0025，可忽略不计，游梁机动负荷为 4201×1.1676＝4905kg

4905-4201＝704kg，它上行为正，下行为负，负荷变化为1408kg，它在 A、C点基本为零，而且在B、D点，负荷接近计算的2倍，因速度接近最高，功图的图形是液柱载荷和动载荷之和，由于很大的动载荷对泵液柱载荷的干扰使图形，全部由弧线构成，A、B、C、D拐点不清，特别是B和D点是泵的有效冲程拐点，最重要的产油量参数只差泵效不能数字化而失去，是功图能否直接数字化的决定因素。

③智能机抽20吨油用794个冲数，而游梁机冲数10次/分，日14400个冲数，是高效机的18倍，磨损与运动次数成正比，它是井下作业队伍庞大的根源，造成很大的人力物力消耗和严重的环境污染。它是大量无效能源转变的结果，如果把系统效率提高到60％以上，检泵周期会大幅度延长。

二、抽抽油井数字化测试与自适应控制方法的具体实施方式

1、抽油井数字化测试时间控制法

①把实际冲程长度L＝8M，运转时间40秒T40，泵容积密度R_上＝1.5kg/M，

R_下＝2kg/M，输出PLC。

②以油杆在上死点平衡重在下死点将原点开关打开为基准，控制电源得电延时PLC执令测试载荷随时间变化曲线C—KN。延时等双作用泵的下泵充满后还要等储油器充满为上泵充满作准备。

③延时时间到电机得电正PLC一面控制电机T40倒计时下冲程运转一面同步进行载荷/时间位移功图测试，这时，上泵进油下泵出油直到T0下死点停机换向开始上冲程上泵出油下泵进油到上死点停机功图测试同时完成，上死点停机执令不是T0而是原点开关打开防止冲程误差累计，表示该中数结束下一冲数延时开始。

④从测得的功图明显发现下冲程开始载荷是直线下降但到某一时间点TX 开始出现拐点不降而平衡功图上就是D点，D点PLC读取TX值，它是最重要的有效值，假如它是T35，它与T40之比就是泵效，T35/T40＝η＝0.875，下冲程产量Q＝L×η×R_下＝8×0.875×2＝14kg，因为延时要等下泵充满之后储油器再充满，所以下冲程的泵效和产量是稳定的，测定几次之后可认为是常数，重要的是上冲程的泵效和产量，泵效是判定下一冲数延时时间的唯一依据，上冲程的产量决定该冲数的产量测试方法和下冲程同样，只不过拐点B 出现在载荷由直线上升转到不升。

⑤抽油井测试共有4项，功图、产量、动液面和含水，功图产量随抽油已同步测出，动液面市场已出现连测的仪表，将传感器可输入到PLC，另外，能充满的抽油泵在等待油井供油的，动液面基本是在泵深处，要想保持油井压力，上提泵挂是再好不过的了，主要差的是含水，现有的取样化验由于油和水是分离分段出油取的样不是油多就是水多，只能是个参考，若想准确又实时的测试含水，唯一最好的方法是把油管柱看作取样器，准确测量其中的密度γ_液就能计算出含水，因为该井的油密度是已知的，水密度为1，油管中全是油或全是水密度差是很大的，含水

通过油井液柱的测量计算含水原理是对的，但实际影响因素很多，如井口回压、油管中的溶解气、温度及杆柱的影响等，每口井都要认真的工作和实验，验证确定一个修正系数f后，才能正常实时测试。

2、自适应的时间控制法

泵能充满不等于泵效百分百，因为有管杆的弹性文治武功和防冲距的存在，既然上冲的泵效决定冲数产量，就以上冲程泵效为控制条件，为使它稳定的保持一贯的高效状态先设置一个期望理想的标准泵效值，用上一冲数的延时时间测出的泵效与标准泵效对比，如大于标准值缩短，小于标准值则延长时间，由PLC自动测算出下一冲数的延时时间，用延时时间长短也就是用停机等待油井供油的时间长短自动适应油井产量高低。

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：其依然可以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；而这些修改或者替换，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 (10)

1.一种油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，包括：“能充满可泄油的双作用抽油泵”的能充满双作用功能的效果优化扩大使用方法；“能等泵充满再运转的智能抽油机”的直线等速匀速运动性能的利用方法及按冲次同步数控抽油法和“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法；

所述的“能充满可泄油的双作用抽油泵”的能充满双作用功能的效果优化扩大使用方法为：在不改变现有管杆组合的情况下，优选大泵径和大冲程，把泵的排量加大到数控抽油法能实现四个必须条件：一是抽油泵抽油的同时还要成为井下大容量精准计量器；二是抽油降速使大多数十型以下抽油机电机功率降到10KW以下；三是抽油冲次数减少到有足够的停机等待泵充满的时间；四是消除干扰达到测试直接数字化水平实现油井测试全面、准确、实时；

所述的“能等泵充满再运转的智能抽油机”的直线等速匀速运动性能的利用方法及按冲次同步数控抽油方法，包括：直线等速匀速运动性能的利用方法和按冲次同步数控抽油方法；

所述的直线等速匀速运动性能的利用方法：是利用直线等速匀速运动单位时间位移相等的条件，用时间控制取代位移控制，保障控制的高可靠性；

所述的按冲次同步数控抽油方法：是以冲次为循环控制单元，以载荷测试数据为依据，依时间控制为手段，对“上死点停机延时”，“下冲程”、“下死点停机换向”和“上冲程”四个工作程序十个测试参数与等泵充满抽油同步数字化测试控制，全自动循环运行并实时数字化信息网络传输的方法；

所述的“上死点停机延时”为：以油杆在上死点，平衡重在下死点把原点开关打开为原点，暂预设一个延时时间，延时开始，工作任务是等双作用泵的下泵充满同时还要等泵的储油器充满为下冲程时下泵出油时上泵进油作准备，同时，要进行停机静止状态下载荷随时间的变化曲线并利用测得的最大静载荷测算混合液密度，为综合含水、产量计算提供条件，延时时间到PLC执令变频器正转启动电机开始下冲程；

所述的“下冲程”为：按冲程实测运转时间倒计时控制运行，实时按减程比和力比测试载荷/时间功图C—D—A线段电流曲线和综合含水、动液面测算，倒计时时间到，下冲程结束进入下死点停机换向。

所述的“下死点停机换向”为：下冲程倒计时时间到，PLC执令变频器自由停机制动，待设备稳定后开始反转上冲程。

所述的“上冲程”为：上冲程和下冲程同样按上冲程实测运转时间倒计时控制运转，同时，功图A—B—C线段及电流曲线测试开始，同时要进行有效冲程测试，泵效、冲次产量、抽油效率计算和延时时间的自适应运算，功图测试及电流曲线结束，全部信息网络传输；上冲程结束的执令不是倒计时为零而是平衡重把原点开关打开；

所述的“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法为实现油井作业中的检测和维护。

2.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的按冲次同步数控抽油方法控制能等泵充满再运转的智能抽油机驱动专利技术的能充满可泄油的双作用杆式抽油泵，构成机、电、泵一体化，泵不充满不运转等泵充满再运转的抽油方法。

3.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的油井测试是在一个冲次内全部完成测试的产量，功图、动液面、综合含水、静载荷曲线、混合密度、有效冲程、泵效、系统效率、延时时间，共10个油田开发和油井管理参数，不仅采用全自动数字化测试而且完成精准、齐全、实时网络传输。

4.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的不改变现有杆管组合，优选大泵径为：不是用某一使用井的产量和泵深的情况选择大泵径大冲程，而是按大多数低产井中的高产大泵深和管杆磨损最小的情况下选择大泵径大冲程，尽量使大多数低产井使用相同的泵径冲程和抽油机，特殊井另选规格型号，不同产量的油井或油井产量的变化用停机等待泵充满的时间长短自动适应油井产量高低。

5.根据权利要求3所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的静载荷曲线的测试不但反映泵管等漏失或流压回升速度重要信息，同时测得的最大静载荷在杆柱载荷已知，动载消失的情况下，液柱载荷及液柱体积是可准确计算，从而混合液的密度就可准确得到，按计算公式立即得出综合含水。

6.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的有效冲程测试为：冲程运行开始载荷呈直线变化，下冲程直线下降，上冲程直线上升，到某一点时突然出现拐点基本不变平衡到终点，在功图上，下冲程拐点为D，上冲程拐点为B，按PLC设定程序，拐点载荷变量到规定值时按执令PLC实时读取拐点载荷对应的倒计时运行的时间值拐点B和D载荷对应的时间值分别为上冲程和下冲程的有效冲程值。

7.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的延时时间的自适应运算为：泵效始终保持最高，说明泵的排量小于油井产量影响生产，保持很低影响效率，设置一个期望的泵效值与上一冲次测试的泵效值之比再乘上一冲次的延时时间，测算出下一冲次的延时时间，比值小于1缩短，比值大于1延长，用延长的时间长短自动适应油井产量高低，永保高效运转。

8.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的“能泄油、杆式泵和大冲程抽油机”的功能组合利用方法为：泄油功能是在抽油泵上增加一种只要把油杆放到底就能把进油阀和出油阀打开，把油管中的油放回井中，同时，可从油管中向下用热水、蒸气等清洗油管油杆，防止作业时提到地面损失大量原油又造成严重的环境污染及作业人员的人身伤害，而抽油泵的合理大冲程是7.2～8M，抽油机最大冲程优选9M左右，把提升工具装在抽油机的悬绳器上，可以把清洗好管杆把井下不需要起油管的杆式泵提升到地面换泵再下井，节省作业费，消除环境污染缩短占井时间。

9.根据权利要求3所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的全自动数字化测试包括：

A、利用停机延时静载荷曲线测试中选取最大静载荷计算混合液体密度；

B、程序执令PLC上下冲程载荷拐点实时记录，拐点载荷对应的倒计时运转的时间值直接就是有效冲程值；

二者的突破使10个参数全部直接数字化。

10.根据权利要求1所述的油井测试与等泵充满按冲次同步数控抽油法，其特征在于，所述的“上冲程”中的抽油效率计算公式为：

计算公式中，一是有效功率的计算采用产量Q(Kg)乘以提升高度H(M)再除以能量和功的换算系数367098(Kg/M)把提升势能变成功再除以电表实际输入功KW/h，这样有效功率计算简单易理解，实耗功率为电子电度表实测具有法定效力，同时，对电器系统的有功和无功效率及功率因数、电流、电压等全面测量显示而且与PLC直接连接，监控系统故障报警保障安全运行，电表计量防止电流、功率因数的瞬时变量很难统一确认，造成计算混乱，也不可能直接数字化。

Images