[发明专利]一种利用电参“示功图”识别供液不足的方法

摘要

一种利用电参“示功图”识别供液不足的方法，属于采油工程领域。该方法解决电参“示功图”计算不准确导致无法识别抽油机井供液不足的问题。本发明是对电机输入端电参及电机转速数据进行采集，计算出悬点载荷在曲柄轴负荷扭矩，通过悬点位置传感器标定曲柄不同旋转角度的扭矩因数，进而计算出悬点载荷，并利用实测悬点载荷标定悬点载荷系数，得到更准确的示功图，准确的判断出油井供液不足。本发明方法能够有效替代载荷传感器和悬点位移传感器，无需对传感器进行定期标定，能够对油井供液不足进行连续测量，降低测量成本，大幅减少测试工作量。

主权项

1.一种利用电参“示功图”识别供液不足的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，首先通过电机齿圈转速传感器采集电机轴的瞬时转速ω，通过三相电参采集器采集电机输入端的瞬时功率P，通过曲柄霍尔位置传感器采集一个冲次所用的时间t_n；步骤2，将曲柄旋转一周划分360等份，即曲柄每旋转1°所对应的曲柄角度为θ₁，θ₂，θ₃，···θ₃₆₀，通过三相电参采集器实时采集不同曲柄角度θ_i下所对应电机输入端的瞬时功率P(θ_i)和电机轴瞬时转速ω(θ_i)；其中θ_i为曲柄旋转角度，常规型抽油机为曲柄中心先从12点钟开始，按顺时针方向的转角，°；步骤3，根据采集的不同曲柄角度θ_i下所对应电机输入端的电机瞬时功率P(θ_i)和电机轴瞬时转速ω(θ_i)以及电机效率η_m，并计算出不同曲柄角度θ_i下所对应的电机轴扭矩M_m(θ_i)：其中，η_m—电机效率；ω(θ_i)—不同曲柄角度所对应的电机轴瞬时转速，rad/min；P(θ_i)—不同曲柄角度所对应的电机瞬时功率，kW；M_m(θ_i)—不同曲柄角度所对应的电机轴扭矩，N·m；步骤4，已知电机轴与皮带轮的传动比i_belt，皮带传动效率η_belt和减速箱传动比i_gb，减速箱传动效率η_gb，根据不同曲柄角度θ_i下的电机轴扭矩M_m(θ_i)进而能够计算出不同曲柄角度θ_i下的所对应的曲柄轴净扭矩M_n(θ_i)：M_n(θ_i)＝M_m(θ_i)×i_belt×η_belt×i_gb×η_gb其中，i_belt—电机轴与皮带轮的传动比；i_gb—减速箱传动比；η_belt—皮带传动效率，％；η_gb—减速箱传动效率，％；M_n(θ_i)—不同曲柄角度所对应曲柄轴净扭矩，N·m；步骤5，根据游梁式抽油机型号查询其最大平衡扭矩M_emax，根据公式计算出不同曲柄角度θ_i下的曲柄轴平衡扭矩M_e(θ_i)：M_e(θ_i)＝M_emaxsinθ_i其中，M_emax—抽油机最大平衡扭矩；M_e(θ_i)—不同曲柄角度下所对应的曲柄轴平衡扭矩，N·m；步骤6，根据不同曲柄角度所对应的曲柄净扭矩M_n(θ_i)和曲柄平衡扭矩M_e(θ_i)的关系，即可算出不同曲柄角度θ_i下所对应的悬点载荷在曲柄轴上作用的负荷扭矩M_w(θ_i)：M_w(θ_i)＝M_n(θ_i)‑M_e(θ_i)其中，M_w(θ_i)—不同曲柄角度所对应的悬点载荷在曲柄轴处的负荷扭矩，N·m；步骤7，在光杆上安装悬点位置传感器，同步标定不同曲柄角度θ_i下所对应悬点位置S_A(θ_i)，确定了抽油机曲柄对应抽油机井口悬点在上死点和下死点的旋转角度，同时也确定了不同曲柄角度θ_i所对应的扭矩因数其中，—不同曲柄角度下的扭矩因数；θ_i—曲柄旋转角度，°；i—曲柄旋转角度对应的编号；t_n—曲柄旋转一周，即一个冲次所用的时间，s；Δt—曲柄每旋转1°所用的时间，并将曲柄旋转一周看成匀速运动，s；n—抽油机冲次，次/分；ν(θ_i)—在曲柄角度θ_i下的悬点瞬时速度，m/s；ω_b—曲柄旋转速度，deg/s；步骤8，根据步骤7得到的扭矩因数可以计算出不同曲柄角度θ_i下的所对应的悬点载荷W_算(θ_i)：其中，W_算(θ_i)—不同曲柄角度所对应的计算出的悬点载荷，kN；步骤9，在光杆上安装的载荷传感器，同步标定实测不同曲柄角度θ_i下的载荷系数f(θ_i)：其中，W_测(θ_i)—不同曲柄角度所对应的悬点载荷，kN。f(θ_i)—不同曲柄角度所对应的实测悬点载荷与计算悬点载荷的载荷系数；步骤10，通过上述步骤得到了不同曲柄角度所对应的扭矩因数悬点位置S_A(θ_i)、载荷系数f(θ_i)，拆掉光杆上的悬点位置传感器和载荷传感器，重新采集电机轴的瞬时转速和电机输入端的瞬时功率，重复步骤3～6和步骤8，最终得到不同曲柄角度θ_i所对应的校正悬点载荷W_校(θ_i)：W_校(θ_i)＝f(θ_i)×W_算(θ_i)W_校(θ_i)—不同曲柄角度所对应的校正悬点载荷，kN；步骤11，将校正的悬点载荷W_校(θ_i)与悬点位置S_A(θ_i)根据曲柄角度进行一一对应，即能绘制出悬点载荷与悬点位置的地面示功图曲线；步骤12，根据示功图的形状计算出井下泵的充满度Φ：式中，Φ—泵的充满度，％；S—柱塞的总冲程，m；S_p—柱塞有效冲程，m；步骤13，当充满度Φ＝100％时，则认为该井供液充足；当充满度70％≤Φ＜100％时，则认为该井轻度供液不足；当Φ＜70％时，则认为该井严重供液不足。