[发明专利]一种由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法

权利要求书

1.一种由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，包括常规游梁式抽油机，其特征在于：

S1，通过对游梁式抽油机地面装置的参数测量，计算出游梁式抽油机地面装置的系统效率；

S2，以S1得到系统效率为整个游梁式抽油系统效率，推算出最大泵有效冲程，即为我们要通过控制电机运行实现的最优泵冲程；

S3，利用这一泵冲程，绘制出泵功图；结合泵功图及抽油杆运动过程中的受力得出的抽油杆载荷，求解地面示功图；

S4，根据S3所得示功图结果中的位移，经过求导得出光杆速度分布曲线，通过变频器控制电机运行，实现指定光杆速度分布，控制电机在此运行状态下运行。

2.根据权利要求1所述的由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，其特征在于：所述S3中抽油杆运动过程中的受力分析为光杆载荷的分析，即光杆的轴向载荷，包括抽油杆在井液中的重量、抽油杆柱在油管环形空间中的井液重量、油管外液柱对柱塞下端的压力、抽油杆柱和抽油泵运动时所受的额摩擦力、抽油杆运动所产生的振动载荷、抽油杆柱和液柱的惯性载荷几个因素。

3.根据权利要求2所述的由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，其特征在于：所述光杆载荷由抽油杆在井液中的重量、抽油杆柱在油管环形空间中的井液重量、油管外液柱对柱塞下端的压力为静载荷，通过分析上下冲程两个时间段的载荷求出；

所述抽油杆柱和抽油泵运动时所受的额摩擦力、抽油杆运动所产生的振动载荷、抽油杆柱和液柱的惯性载荷为光杆动载荷。

4.根据权利要求3所述的由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，其特征在于：所述光杆动载荷中，悬点加速度与抽油机几何结构有关；利用理论力学方法可以推导不同类型的抽油机的悬点加速度；

通过对光杆载荷的受力分析，从而得到波动方程。

5.根据权利要求4所述的由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，其特征在于：所述对光杆载荷的受力分析包括：

零载荷，即光杆载荷的起点；

抽油杆在井液中的重量W_r′为，

其中，W_r′为抽油杆空气中重力；ρ_f为井液密度；ρ_r为抽油杆密度；

上冲程悬点载荷W_j为，

其中，液柱静载荷，为整个柱塞面积上液体载荷之差；D_p为泵径；H为动液面深度；

最大悬点载荷W_max为，

其中，W_1-为最大悬点载荷系数；

最小悬点载荷W_min为，

其中，W_2-为最小悬点载荷系数；

曲柄平衡效应W_c为，

由以上受力分析，可以得出抽油杆柱动力学计算预测模型；选抽油杆柱一个微段，作为分析单元，分析两个节点上的受力，从而得出平衡方程即得波动方程：

其中，E_r为抽油杆柱的弹性模量；A_r为抽油杆横截面积；

带重力和阻尼的波动方程：

υ_e为单位长度抽油杆柱的粘滞阻力系数；g为重力加速度。

6.根据权利要求5所述的由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，其特征在于：将所述波动方程写成有限元表达式：

其中，为质量矩阵；

为阻尼矩阵；

为刚度矩阵；

为节点作用力向量；

根据上述方程中对应的刚度矩阵，质量矩阵，阻尼矩阵以及等效节点载荷；首先写出节点刚度矩阵，节点质量矩阵，节点等效节点载荷；

再用算法合成总刚度矩阵，总质量矩阵，总节点载荷向量，应用经验公式求得阻尼矩阵；

其中，在时间上采用Newmark方法进行求解，空间上采用节点迭代法进行求解；求解结果包含抽油杆柱每个节点处位移，速度，加速度。

7.根据权利要求6所述的由井底泵功图调整抽油机电机转速的方法，其特征在于：所述抽油杆柱每个节点处位移，速度，加速度，其中的节点包括起点和末端，起点即悬点，末端即活塞处，活塞的运动学规律就是泵有效冲程对应的参数。