一種基于光桿載荷的游梁式抽油機運行速度優化控制方法與流程

本發明涉及抽油機技術領域，尤其涉及一種基于光桿載荷的游梁式抽油機運行速度優化控制方法。

背景技術：

目前國內油田產量逐年下降，高產井越來越少，中、低產井越來越多。國內油田經多年的開采，很多油井供液能力降低，供采不平衡，機采井效率低，耗能與實際產出不成比例。如何能夠在穩定并提高單井日產量基礎上，提高機采井效率，達到供采平衡，節約能源消耗，減少維護工作量，提高機采系統自動化、信息化管理水平，降低采油系統運行成本就具有重要的意義。

目前各油田均急需實現油井恒定動液面生產的技術手段，但現有的油田技術無法實現精確的動液面分析及計算，部分通過電參數計算動液面的方法計算誤差大無法現場應用，因此，很多油井都處于不合理動液面條件下運行，造成了能量浪費，機械磨損嚴重。部分產量特別低的油井采取間抽制度，間抽節能效果明顯，但間抽規則制定非常困難，在實際工作中，完全依靠工作人員來進行合理間抽不現實，不進行合理間抽就會對產量和耗能有影響，無法做到供采平衡。另外，入冬后北方地區為防止低溫結蠟，基本不采取間抽制度，加劇了能量的浪費，機械故障率也大幅度提高。

隨著油田進入后期開采，低產井越來越多，如何在現有的設備上最優化采油，成為油田管理者和使用者必須面對的問題。

技術實現要素：

為了實現油井實現供采平衡，既能夠保證油井產量最大化，又能夠降低采油設備的無效損耗的目的，供采平衡的前提是使油井處于合理且穩定的動液面生產，但目前現有技術最直接的方法就是直接測試動液面，反饋給控制系統，對抽油機進行合理動液面控制，但由于動液面測試裝置價格較高，需求井數多，從經濟角度無法實現；而通過電參數折算動液面的方法誤差較大，無法在生產中應用。

本發明提供了一種基于光桿載荷的游梁式抽油機運行速度優化控制方法，包括以下步驟：

步驟1：在游梁式抽油機光桿懸繩器上加裝載荷傳感器，測試得到上沖程光桿載荷g光桿上、桿柱載荷g抽油桿、液柱載荷g液柱。

步驟2：通過p沉＝g抽油桿+g液柱-g光桿上，得到動液面h沉沒產生的沉沒壓力p沉。

步驟3：通過h沉沒＝4p沉/πd柱塞²ρ井液，得到動液面h沉沒；其中，d柱塞為柱塞直徑，ρ井液為環空井液，密度已知。

步驟4：環空動液面高度h動液面＝h泵掛-h沉沒；其中，泵掛深度h泵掛已知。

步驟5：當動液面高于預定值時，抽油機運行沖次提高n個沖次；當動液面低于預定值時，抽油機運行沖次降低m個沖次。

優選的，所述步驟5：當動液面高于預定值時，抽油機運行沖次提高0.5個沖次；當動液面低于預定值時，抽油機運行沖次降低0.5個沖次。

優選的，利用游梁式抽油機在低沖次，即2沖次/分鐘以下條件下，進行步驟1。

有益效果：本發明通過對較低沖次條件下的抽油機光桿載荷的測試(避免了高沖次條件下載荷測試結果中既包含了振動載荷，也包含了慣性載荷，無法消除對動液面計算的影響)，并利用上沖程光桿載荷g光桿上，井口回壓p回，套壓p套，桿柱載荷g抽油桿，液柱載荷g液柱，摩擦載荷f摩擦，以及動液面產生的沉沒壓力p沉等參數計算油井動液面深度，由于消除了主要干擾因素的影響，所以計算精度高，現場試驗數據表明，計算誤差不超過5％，能夠指導現場生產的使用要求。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的優化控制流程.

圖2抽油機井桿柱力學示意圖。

圖3抽油機低參數運行懸點載荷測試曲線。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部內容。

原理

通過對較低沖次條件下的抽油機光桿載荷的測試(避免了高沖次條件下載荷測試結果中既包含了振動載荷，也包含了慣性載荷，無法消除對動液面計算的影響)，并利用上沖程光桿載荷g光桿上，井口回壓p回，套壓p套，桿柱載荷g抽油桿，液柱載荷g液柱，摩擦載荷f摩擦，以及動液面產生的沉沒壓力p沉等參數計算油井動液面深度，由于消除了主要干擾因素的影響，所以計算精度高，現場試驗數據表明，計算誤差不超過5％，能夠指導現場生產的使用要求。

如圖1所示，本發明是通過如下技術方案來實現的：

1.在游梁式抽油機光桿懸繩器上加裝載荷傳感器，測試光桿載荷g光桿，作為控制方法的計算依據；

2.利用游梁式抽油機在低沖次(2沖次/分鐘以下)條件下，測試光桿載荷g光桿，以此建立光桿載荷g光桿與油井環空動液面關系數學模型，由于運行速度低，光桿載荷g光桿受到振動載荷、慣性載荷的影響可以忽略，受其它載荷影響不大，因此，可以根據光桿載荷g光桿較精確的計算出環空動液面高度h動液面，并為油井動液面的控制提供依據；

3.通過載荷傳感器測試得到上沖程光桿載荷g光桿上，井口回壓p回，套壓p套，桿柱載荷g抽油桿，液柱載荷g液柱，摩擦載荷f摩擦，以及動液面產生的沉沒壓力p沉。可得：g光桿上＝g抽油桿+g液柱+p回+f摩擦-p套-p沉，而p沉即為環空動液面產生的壓力，可計算得到，桿柱力學示意圖如圖2所示；

4.利用上述計算得到的p沉，實現對抽油機井環空動液面的精確控制，當動液面高于預定值時，抽油機運行沖次提高0.5個沖次；當動液面低于預定值時，抽油機運行沖次降低0.5個沖次；使抽油機井環空動液面始終處于合理范圍內運行，達到油井產液量最大化；

5.利用上述方法優化運行，可實現油井處于合理動液面范圍內運行，能夠保證處于油井泵效條件下運行，避免空抽帶來的液擊問題，提高油井效率；

6.將上述算法植入抽油機控制設備必須能夠滿足抽油機低沖次穩定運行要求，應該能夠適應0.5-2沖次/分鐘長期穩定運行，抽油機無偷停現象。且根據上述方法實現抽油機在高沖次條件下快速采液，在低沖次條件下既采液又能診斷油井動液面，實現高、低沖次優化運行；

7.利用該方法抽油機在不同時間段內采用不同沖次組合運行，低沖次運行主要是為了計算動液面位置，高沖次運行主要為了采液，具體速度對應的運行時間根據算法的工作制度確定。

實施例

假設某井泵掛深度為1000m，井液為純水密度為1kg/cm³,桿柱為二級桿，其中φ28光桿9m，φ22桿600m，φ19桿400m，泵徑57mm，油管內徑76mm；油壓為0.5mpa，套壓為0.5mpa，因為油壓套壓均作用在柱塞上，可抵消；為了達到合理恒液面(700-800m)生產，利用該算法，采集了1沖次/分鐘條件下懸點載荷數據，如圖3所示,并計算了動液面h動液面。井下示意圖可參考圖2。

具體動液面h動液面算法如下：

油井環空沉沒度h沉沒為1000-h動液面；

g上載荷＝g桿+g液柱-p沉；

g上載荷為懸點載荷的上載荷，如圖2所示；

p沉為環空動液面的沉沒壓力在柱塞下表面產生的力，p沉＝πd柱塞²h沉沒ρ井液/4，ρ井液為井液密度，由于井液是水所以ρ井液＝1000kg/m³；

懸點功圖上載荷g上通過測試采樣點可知為69300n；

抽油桿總重g桿為φ22桿600m和φ19桿400m重量之和，其中查表φ28光桿線密度4.831，φ22桿線密度為3.136，φ19桿線密度為2.350，因此

g桿＝4.831×9×9.8+3.316×600×9.8+2.35×400×9.8＝29136n；

抽油桿與油管環空內作用在柱塞截面的液體總重g液柱等于1000m油管內體積v1減掉抽油桿體積v2內液體重，其中v1＝1000πd柱塞²/4＝3.846m³，v2＝600πd22抽油桿²/4+400πd19抽油桿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桿+g液柱-g上載荷

πd柱塞²h沉沒ρ井液/4＝g桿+g液柱-g上載荷

h沉沒＝4×(g桿+g液柱-g上載荷)/πd柱塞²ρ井液

＝4×(29136+34349-65300)/(3.14×0.0049×1000)

＝471.85m；

h動液面＝1000-h沉沒＝528.15m；

對該井動液面進行了實際測試為547.35m，誤差小于20m，可以為現場實際應用提供依據。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。