利用电机工作参数预测油井动液面深度的研究
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第 ２ ４卷
第 ４期
北京 石油 化工 学 院学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
Ｖｏ １ ． ２ ４ ＮＯ ． ４
示 功 图 的数 据往 往 需要 进 行 单独 测 量 ， 难 以实 现油 井实 时调 参 。 目前 国 内部 分学 者通 过测量 电动 机功 率数 据 ， 结 合 电动机 的工作 特性 ， 判 断 油井 悬点 示功 图 ＿ ９ ］ 。但是 由于油 田油井 电动 机 种类 繁 多 、 性能各异、 周 期 性 交 变 载荷 特性 ， 难
中 图分 类 号 ： ＴＥ９ ３ ３ 文 献标 志码 ： Ａ
油 井液 面参 数是 判断油 井供 液能力 的直接 参量 ， 也是抽 油 机井调 参 的重要 依据 。 因此 ， 简 洁、 准确 地 确 定 油井 动 液面 深 度对 于 油 田生 产 制 度 的合 理 制 定 和 调 整 具 有 重 要 意 义 ＿ １ ］ 。目 前， 油井 液 面参 数 大 多采 用 声 波反 射 法 进行 测 量［ ２ 。 ］ 。但 是 该方法 受死 油 、 稠油、 泡沫 油 、 结 蜡
面计 算 理 论 ， 建立 电参 数 反 推 油井 液 面深 度 数 学 模 型 。以 油井 实 测 电参 数 、 悬点示 功图 、 动 液 面 深 度 进 行 验 证 。结 果 表 明 ： 理 论 示 功 图 与实 测 功 图面 积 误 差 为 ８ ． １ ６ ， 上冲程平均载荷相对误 差为 １ ． ３ ７ ， 下 冲程 平 均 载 荷 误 差 为 ３ ． ４ ８ ， 最 大 载荷 相对 误差 约 为 ２ ． ７ ６ ， 最小载荷 相对误差 约为 ８ ． ８ ０ ２ ， 动 液 面 深度误差不超过 １ Ｏ 。研 究 成 果 为 油 井 实 时 调 参 提 供 了理 论 与 试 验 基 础 。 关键 词 ： 抽 油 机 井 ；电 参 数 ；悬 点示 功 图 ； 动 液面 深 度 ；供 采 平 衡
第 ４期
杨 胡坤 等 ．利用 电机 工作 参数 预测 油井 动液 面深 度 的研究
４ ９
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１ ｆ １
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ６
２ ０ １ ６年 １ ２月
利 用 电机 工 作 参数 预 测 油 井动 液 面深 度 的研 究
杨胡坤 ， 张 岩 ， 王守龙， 魏 磊
（ 东 北石 油 大 学 机械 科 学 与工 程 学 院 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
摘要 ： 为 寻 求 一 种 可 靠 预 测 油 井 液 面 深 度 的方 法 ， 结 合抽油机 电机工作 参数 、 抽 油 机 结 构 及 油 井 液
收稿 Ｅ ｌ 期： ２ ０ １ ６ － ０ ７ — ２ １ 基金项 目： 东北石油 大 学校 培 育 基金 （ Ｎｏ ． ＮＥ Ｐ ＵＰ Ｙ一 １—
１ ２ ）。
根据 实测抽 油机 电动 机输入 电功率及 电动
机输 出轴 瞬时角 速度 ， 通过 功率 、 角速 度与 扭矩 的计算 方 法 ， 得 到 曲柄 轴净 扭矩 Ｍ 为 ：
依据。
力计探 测法 ［ ６ ３ 、 物质平 衡法 ＿ ７ 等， 但 这些 测 量方
法 由 于受 到油 井 油 套环 空 空 间 限制 ， 非 特 殊情
况下 一般 不采 用 。
１ 电动 机 工 作 参 数 与 悬 点 载 荷 关
系 分 析
以 Ｃ Ｙ Ｊ ｌ Ｏ 一 ３ — ３ ７ ＨＢ型 抽 油 机 为 例 ， 其 受 力
悬 点载荷 与 曲柄轴扭 矩之 间 的关系在 文献
作者简介 ： 杨胡坤（ １ ９ ７ ５ 一） ， 男， 博士 ， 副 教授 ， 研 究 方 向 为 机 械采油工程 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｋ ＿ ｙ ａ ｎ ｇ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
Ｅ １ ｏ ］ 中有 详细介 绍 ， 这里 不在赘 述 。
功率数 据 ， 结 合抽 油机结 构参 数 ， 建立 了 电动机
工 作 参 数计 算 抽油 机 悬 点示 功 图的数 学 模 型 。
在 此基 础上建 立 了对油 井液 面 的计 算过 程 。通 过对 理 论功 图与实 测 功 图 、 理论 液 面 与实 测 液
面 的比较 ， 误 差较 小 ， 验 证 了理论 分析模 型 的正 确性 ， 从 而 为油井 液 面的实 时检测 、 油井 实 时调 参， 实 现 油 井供 采 平衡 提 供 可靠 的理论 与 实 验
Ｍ 一 卫 二 巫 巫
∞ 瞬
（ １ ）
式中： 艘为 曲柄 瞬 时 转 速 ， ｒ ａ ｄ ／ ｍｉ ｎ ， 可通 过 转
速传感 器 测 定 ； ７ ７ 为 电 动 机 效 率 ， ， 取 为 定
值； 叩 。为 皮 带传 动 效 率 ， ， 取 为定 值 ； 为减 速器 传 动效率 ， ， 取为定 值 。
情 况 如 图 １所 示 。
实时测 量 油井液 面参 数是保 证油 井供 采平 衡、 实时调 参 、 提 高 油井 工 作 效 率 的重 要 保 障 。
近年 来 ， 功 图法 测 量 油 井 液 面 发 展 迅 速 ， 该 方 法
避免 了传 统测 量方 法在测 量过 程 中投入 的人 工 及设 备成本 ， 测 量结 果 比较 精 确 ］ 。但 是 由 于
环等 因素影 响 明显 ， 各 种 噪声 的叠加 使 回波波 形 变得 非 常复 杂 ， 不 易 辨 识［ ４ ］ 。除 了声 波 反 射 法外 相对成 熟 的液 面测 量 方 法 有 浮筒 法＿ ５ ］ 、 压
以做到计 算 的准确 性和 通用性 。
鉴 于此 ， 笔者 通过 实测量 电动 机输 出转 速 、
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示 功 图 的数 据往 往 需要 进 行 单独 测 量 ， 难 以实 现油 井实 时调 参 。 目前 国 内部 分学 者通 过测量 电动 机功 率数 据 ， 结 合 电动机 的工作 特性 ， 判 断 油井 悬点 示功 图 ＿ ９ ］ 。但是 由于油 田油井 电动 机 种类 繁 多 、 性能各异、 周 期 性 交 变 载荷 特性 ， 难
中 图分 类 号 ： ＴＥ９ ３ ３ 文 献标 志码 ： Ａ
油 井液 面参 数是 判断油 井供 液能力 的直接 参量 ， 也是抽 油 机井调 参 的重要 依据 。 因此 ， 简 洁、 准确 地 确 定 油井 动 液面 深 度对 于 油 田生 产 制 度 的合 理 制 定 和 调 整 具 有 重 要 意 义 ＿ １ ］ 。目 前， 油井 液 面参 数 大 多采 用 声 波反 射 法 进行 测 量［ ２ 。 ］ 。但 是 该方法 受死 油 、 稠油、 泡沫 油 、 结 蜡
面计 算 理 论 ， 建立 电参 数 反 推 油井 液 面深 度 数 学 模 型 。以 油井 实 测 电参 数 、 悬点示 功图 、 动 液 面 深 度 进 行 验 证 。结 果 表 明 ： 理 论 示 功 图 与实 测 功 图面 积 误 差 为 ８ ． １ ６ ， 上冲程平均载荷相对误 差为 １ ． ３ ７ ， 下 冲程 平 均 载 荷 误 差 为 ３ ． ４ ８ ， 最 大 载荷 相对 误差 约 为 ２ ． ７ ６ ， 最小载荷 相对误差 约为 ８ ． ８ ０ ２ ， 动 液 面 深度误差不超过 １ Ｏ 。研 究 成 果 为 油 井 实 时 调 参 提 供 了理 论 与 试 验 基 础 。 关键 词 ： 抽 油 机 井 ；电 参 数 ；悬 点示 功 图 ； 动 液面 深 度 ；供 采 平 衡
第 ４期
杨 胡坤 等 ．利用 电机 工作 参数 预测 油井 动液 面深 度 的研究
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２ ０ １ ６年 １ ２月
利 用 电机 工 作 参数 预 测 油 井动 液 面深 度 的研 究
杨胡坤 ， 张 岩 ， 王守龙， 魏 磊
（ 东 北石 油 大 学 机械 科 学 与工 程 学 院 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
摘要 ： 为 寻 求 一 种 可 靠 预 测 油 井 液 面 深 度 的方 法 ， 结 合抽油机 电机工作 参数 、 抽 油 机 结 构 及 油 井 液
收稿 Ｅ ｌ 期： ２ ０ １ ６ － ０ ７ — ２ １ 基金项 目： 东北石油 大 学校 培 育 基金 （ Ｎｏ ． ＮＥ Ｐ ＵＰ Ｙ一 １—
１ ２ ）。
根据 实测抽 油机 电动 机输入 电功率及 电动
机输 出轴 瞬时角 速度 ， 通过 功率 、 角速 度与 扭矩 的计算 方 法 ， 得 到 曲柄 轴净 扭矩 Ｍ 为 ：
依据。
力计探 测法 ［ ６ ３ 、 物质平 衡法 ＿ ７ 等， 但 这些 测 量方
法 由 于受 到油 井 油 套环 空 空 间 限制 ， 非 特 殊情
况下 一般 不采 用 。
１ 电动 机 工 作 参 数 与 悬 点 载 荷 关
系 分 析
以 Ｃ Ｙ Ｊ ｌ Ｏ 一 ３ — ３ ７ ＨＢ型 抽 油 机 为 例 ， 其 受 力
悬 点载荷 与 曲柄轴扭 矩之 间 的关系在 文献
作者简介 ： 杨胡坤（ １ ９ ７ ５ 一） ， 男， 博士 ， 副 教授 ， 研 究 方 向 为 机 械采油工程 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｋ ＿ ｙ ａ ｎ ｇ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
Ｅ １ ｏ ］ 中有 详细介 绍 ， 这里 不在赘 述 。
功率数 据 ， 结 合抽 油机结 构参 数 ， 建立 了 电动机
工 作 参 数计 算 抽油 机 悬 点示 功 图的数 学 模 型 。
在 此基 础上建 立 了对油 井液 面 的计 算过 程 。通 过对 理 论功 图与实 测 功 图 、 理论 液 面 与实 测 液
面 的比较 ， 误 差较 小 ， 验 证 了理论 分析模 型 的正 确性 ， 从 而 为油井 液 面的实 时检测 、 油井 实 时调 参， 实 现 油 井供 采 平衡 提 供 可靠 的理论 与 实 验
Ｍ 一 卫 二 巫 巫
∞ 瞬
（ １ ）
式中： 艘为 曲柄 瞬 时 转 速 ， ｒ ａ ｄ ／ ｍｉ ｎ ， 可通 过 转
速传感 器 测 定 ； ７ ７ 为 电 动 机 效 率 ， ， 取 为 定
值； 叩 。为 皮 带传 动 效 率 ， ， 取 为定 值 ； 为减 速器 传 动效率 ， ， 取为定 值 。
情 况 如 图 １所 示 。
实时测 量 油井液 面参 数是保 证油 井供 采平 衡、 实时调 参 、 提 高 油井 工 作 效 率 的重 要 保 障 。
近年 来 ， 功 图法 测 量 油 井 液 面 发 展 迅 速 ， 该 方 法
避免 了传 统测 量方 法在测 量过 程 中投入 的人 工 及设 备成本 ， 测 量结 果 比较 精 确 ］ 。但 是 由 于
环等 因素影 响 明显 ， 各 种 噪声 的叠加 使 回波波 形 变得 非 常复 杂 ， 不 易 辨 识［ ４ ］ 。除 了声 波 反 射 法外 相对成 熟 的液 面测 量 方 法 有 浮筒 法＿ ５ ］ 、 压
以做到计 算 的准确 性和 通用性 。
鉴 于此 ， 笔者 通过 实测量 电动 机输 出转 速 、
