定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型

综合分析了复杂结构定向井井眼轨迹、杆管间摩擦力、抽油机悬点运动规律、抽油泵气体影响或供液不足的井下实际边界条件对抽油杆柱轴向振动的影响,建立了定向井抽油杆柱轴向振动仿真模型,利用该模型实现了悬点与泵示功图的自动快速仿真。根据仿真示功图,建立了定向井有杆抽油系统效率的仿真模型。系统分析了定向井井眼轨道对杆管摩擦力、摩擦功率及系统效率的影响。综合考虑油井产能协调、油井配产、抽油机承载能力、抽油杆柱强度与电动机功率利用率等约束条件,以系统效率最高为目标函数,提出了定向井抽汲参数优化设计的计算机仿真方法,开发了定向井有杆抽油系统抽汲参数优化设计的计算机软件。现场试验结果表明,该软件系统具有较高的仿真精度。

有杆抽油系统井下能耗研究

随着有杆抽油系统能耗问题的日益尖锐和研究的不断深入,从系统能耗角度确定有杆抽油系统的损失功率虽然有了很大进展,但还存在很多的缺陷。针对该问题归纳总结了有杆抽油系统井下损失功率的计算方法,分析并指出了存在的缺陷,如:解波动方程的方法求取杆液摩擦损失比较复杂,而且依赖于各区块的摩擦阻尼系数,不便于推广应用,而现场数据回归公式求取杆液摩擦方法需要大量实测数据,工作量大,也不利于推广应用。为此提出了新的井下损失功率计算分类方法,推导了以井筒流体为对象的杆—液、管—液能耗计算模型。该模型既能满足能耗计算精度要求,又进行了适当的近似简化,为从计算角度确定有杆抽油系统效率提供了理论支持。

有杆抽油系统故障诊断的人工神经网络方法

将人工神经网络用于有杆抽油系统故障的自动识别。对江苏油田的实测示功图数据进行了预处理,利用Matlab6.5进行编程,应用相同的数据对BP神经网络模型和自组织竞争神经网络模型的识别效率进行了对比。结果表明,由自组织竞争神经网络建立的模型对测试数据的正确识别率更高,识别效果稳定。因此,将自组织竞争神经网络应用于示功图的自动识别问题对实现有杆抽油系统故障诊断的自动化以及实现真正意义上的数字油田提供了一种有效途径。

电动机转速波动的有杆抽油系统预测技术

当用高转差或超高转差电动机驱动有杆抽油系统时，电动机工作转速存在较大波动。为此，考虑了电动机转速波动，建立了有杆抽油系统动态参数预测模型，即描述曲柄运动规律的动力学微分方程与描述抽油杆柱振动的波动方程。由于动力学微分方程的非线性以及动力学方程波动方程之间的高度耦合，很难直接用差分法求其数值解。文中提出的一种迭代方法很好地解决了这一问题。所编制的软件具有较高的预测精度。

定向井有杆抽油系统动态数值仿真与预测

在建立定向井有杆抽油系统的预测数学模型时 ,计入了杆液管粘性摩擦和定向井井斜造成的杆管库仑摩擦 ,同时考虑了实际泵况对系统的影响。在系统非线性运动微分控制方程的解法上 ,为提高精度和速度 ,采用隐式有限差分形式表述同级抽油杆柱的非线性运动微分控制方程 ,而对不同杆柱级间边界节点的非线性运动微分控制方程采用变单元的显式有限差分表示 ,组成定向井动态参数预测数学模型的差分方程组 ;运用迭代法求解此差分方程组 ,得到系统各截面及悬点的示功图 ,进而计算系统的各动力学参数。开发软件计算结果表明 ,该软件的预测结果与实测数据吻合 。

有杆抽油井泵示功图的定量分析方法

本文根据有杆抽油泵的工作原理,对泵示功图上凡尔开、闭点的位置与凡尔漏失量、泵充满度以及泵效等之间的关系进行了理论分析;提出了一种泵示功图的定量分析方法。并编制了相应的定量分析软件。计算机定量分析结果与油田实测数据吻合较好。

有杆抽油系统通用数学模型研究

针对定向井有杆抽油系统,在井眼为平面曲线的情况下,给出了描述抽油杆柱横向和纵向振动以及管柱有纵向振动并耦合液柱振动的数学模型,讨论了有杆抽油系统几种主要数学模型间的关系。对于模型描述的杆柱、管柱、液柱振动的偏微分方程组给出了特征变换,转化成对角方程组,使问题的数值计算方法得到了简化,从而给出了有效解法。新的数学模型适用于有杆抽油系统的预测、设计以及抽油系统故障诊断的模式识别。

有杆抽油系统无级调冲次工艺研究

利用变频调速无级调冲次技术对有杆抽油系统采油工艺参数进行了综合研究及评价,结合最新研制生产的抽油机变频调速智能控制装置,分别进行了厂内台架试验及油田现场试验,从不同角度分析研究了抽油机无级调冲次工艺对抽油机平衡度、输入功率、电动机功率因数、油井日产液量、吨油耗电量以及抽油机泵效、系统效率等参数的影响。研究结果表明,在有杆抽油系统的抽油机、抽油杆、油管及抽油泵等配置保持不变的前提下,采用有杆抽油系统无级调冲次工艺可以优选抽油机最佳抽汲参数,并以此提高抽油泵泵效和系统效率,降低吨油耗电量,使有杆抽油系统的泵送能力不断与变化的井底流入条件相匹配,从而在一定程度上提高原油采收率。

有杆抽油系统的经济运行

在对有杆抽油系统进行能耗分析的基础上,找出了其能耗分布规律。地面设备的损失主要是电动机的功率损失和机械摩擦损失;井下设备的损失主要是机械摩擦损失、弹性变形损失和水力损失,它们不同程度地反映出地面或井下设备的运行状况。根据有杆抽油系统的运行特点,并考虑影响有杆抽油系统能耗的因素,提出了有杆抽油系统经济运行的措施和评价指标。

有杆抽油系统诊断方法研究与应用

以有杆抽油系统动力学行为分析为基础,将基础理论研究和应用技术有机地结合起来,建立了考虑悬挂系统弹性的直井和定向井有杆抽油系统诊断模型,研究了基于B/S(Brower/Server)模式的有杆抽油系统故障诊断方法,利用Internet技术和Web技术开发了相应的软件系统,通过浏览器即可实现对有杆抽油系统快速、准确的故障诊断,并给出了诊断算例,诊断结果验证了该系统的有效性。基于B/S模式的有杆抽油系统故障诊断对避免井下作业的盲目性,提高系统效率,降低采油成本,实现油田企业信息化和提高油井的科学管理水平具有重要意义。

自组织竞争神经网络在江苏油田有杆抽油系统故障诊断中的应用

有杆抽油系统的故障诊断技术是国内外采油工程技术中的一个重要研究课题。通过示功图的不同形状特征可以反映抽油机的不同工作状态。将自组织竞争神经网络应用于示功图的识别与分类,建立了一个自组织竞争神经网络模型对示功图进行自动聚类,从而实现故障诊断的自动化。应用江苏油田的实测示功图数据进行实验,可以看出自组织竞争神经网络具有良好的分类能力和泛化性能,是实现油田抽油系统故障诊断的有效技术,具有很强的实用价值和广泛的应用前景。

有杆抽油系统泵功图计算的一种快速递推法

在抽油杆柱波动方程分离变量法的基础上 ,将矩阵递推技术与三角级数递推技术相结合 ,提出了有杆抽油系统故障诊断技术中计算泵功图的一种快速算法 ,这种方法不仅适用于单级抽油杆采油系统 ,同时也适用于不同材质、不同杆径抽油杆组成的抽油系统。这种方法利用三角级数递推技术解决了用分离变量法求解过程中反复调用三角函数占用较多计算机时间的问题 ,把调用三角级数的次数降到了最低 ,节省了运算时间 ;利用矩阵递推技术解决了级次抽油杆不同杆材或不同杆径抽油杆联结处的力与位移的连续条件问题 ,同时简化了运算过程中大量中间参数的计算 ,并使整个方法的推导过程简便直观。为批量进行有杆抽油系统故障诊断的泵功图计算提供了技术途径。经“有杆泵抽油系统工况自动诊断软件”在新疆油田实际应用表明 ,该方法的运算速度快于目前的其他算法。

低渗透油田有杆抽油系统模糊优化设计

低渗透油田地质情况复杂、开采难度大、成本较高,具有不同于常规油田的抽油系统特征,深入研究有杆抽油系统优化设计将产生明显的经济效益。有杆抽油系统模糊优化设计依据低渗透油田特点,以油层供液能力和采油设备协调为基础,采用优化的隶属函数,建立实用的权重矩阵,基于模糊评判方法进行方案优选,确定系统抽汲参数与各种机械设备类型和规格,预测相应抽汲参数下的工况指标。现场实例设计结果表明,模糊优化设计与油田实际设计原则一致,其结果准确可靠、简明直观。模糊优化设计可以提供多种方案,能够详细描述多种方案优劣程度,便于参考对比,灵活选择。最佳方案既可以按照综合评判结果直接确定,也可以综合对比多种方案,进一步进行人工优选。研究结果能够为新型采油设备的研发提供重要的参考数据。

基于LuGre摩擦模型的定向井有杆抽油系统动态参数预测

针对定向井有杆抽油系统井下摩擦的非线性特征,提出了一种基于LuGre摩擦模型的有杆抽油系统动态预测方法。介绍了LuGre摩擦模型,并确定了符合工程实际的模型参数。将抽油杆柱的振动视为多级杆的纵向振动,对杆柱单元进行了受力分析,建立了有限元形式的杆柱系统动力学方程。结合泵载荷边界条件,利用状态空间法对系统动力学方程进行了数值求解,获得了悬点载荷随冲程变化的地面示功图。给出了基于LuGre摩擦模型的动态预测实例,并将预测结果与采用经典库仑-黏滞摩擦模型预测所得结果以及实测结果进行了对比。结果表明:LuGre摩擦模型能较好地描述抽油系统井下摩擦状况,基于LuGre摩擦模型的预测结果更接近系统真实值。

低渗透油藏定向井有杆抽油系统效率优化

根据低渗透油藏定向有杆抽油井生产规律,首先从不同系统设备配置和采油工艺参数确定的众多采油系统方案中选取仿真备选方案集,再对备选方案集内的各个方案进行动力学和系统效率预测仿真。文章从系统效率、产量、系统动力学特性以及系统实现和维护的难易程度等综合指标将备选方案排序,给出优化的系统推荐方案供生产方案调整使用。文章给出了备选方案集选取条件,介绍了系统动态特性和系统效率仿真预测模型,确定了系统优选综合指标以及系统优化软件框图,实例说明了该优化调参方法和软件的实用和有效性。

有杆抽油系统杆管偏磨磨损量预测研究

根据能量法原理,建立了有杆抽油系统杆管偏磨磨损量预测模型。通过几何分析确定了抽油杆与油管的最大磨损深度计算方法,并编制程序进行了计算,得出在摩擦因数、磨损效率、摩擦行程相同的情况下,杆管柱的磨损量和最大磨损深度主要与正压力有关。该模型可用于有杆抽油系统中杆管柱的磨损量预测,不仅为较好地预测井下杆管偏磨情况提供了理论依据,同时对采取及时有效的防偏磨措施具有指导意义。

基于LuGre摩擦模型的有杆抽油系统动态特性分析

针对低速换向时定向井有杆抽油系统摩擦力表现出的非线性特性,采用LuGre摩擦模型来描述该系统的摩擦行为,在此基础上对该系统的动态特性进行分析。介绍了LuGre摩擦模型,并给出了符合工程应用的模型参数数值;将抽油杆柱的振动视为多级杆的纵向振动,对杆柱单元进行受力分析,结合有限元和有限差分法建立了杆柱的载荷和位移递推公式,并给出了杆柱载荷和位移的边界条件以及杆柱运动的初始条件;给出了分析实例,并将分析结果与采用经典库仑摩擦模型的计算结果进行了对比。对比结果表明,LuGre摩擦模型能较好地反映低速换向时定向井有杆抽油系统摩擦力的非线性特性,基于LuGre摩擦模型计算得到的泵功图更接近真实工况。

基于B/S模式的有杆抽油泵故障诊断系统研制

有杆抽油方法是国内外应用最为广泛的一种人工举升采油法,但有杆抽油泵所处的复杂和恶劣的环境,经常会导致有杆抽油泵系统发生故障,严重地影响油田的正常生产。开发基于网络的有杆抽油泵故障诊断系统,及时准确地了解有杆抽油泵系统工作状况,明确油井生产存在的问题,为制定合理的技术措施提供技术依据,这对避免井下作业的盲目性、降低采油成本和提高油井的科学管理水平具有重要的意义。本文着重阐述了基于B/S模式的有杆抽油泵故障诊断系统的设计思想、系统功能和实现方法,该系统实现对有杆抽油泵快速、准确的故障诊断,用户端为统一的浏览器,使用维护方便,具有较高的实用价值。

有杆抽油泵固定阀阀球运动规律模拟分析

在常规有杆抽油泵流体进泵过程中,固定阀阀球的运动规律是影响固定阀开启程度、过阀流量以及流体进泵时间的主要因素之一。详细描述分析固定阀阀球的运动规律,对有杆抽油泵进泵流量和开启程度的准确计算具有十分重要的意义。针对以往的固定阀阀球运动规律模型在对阀球受力分析以及求解过程中存在的不足,综合考虑泵阀开启和关闭阶段对阀球运动的影响,对阀球的受力和运动特性进行了全面分析,建立了完善的固定阀阀球运动规律模型。利用该模型可以模拟分析不同因素对阀球运动规律的影响,并对泵阀开启和关闭阶段出现的滞后现象进行了详细的计算分析。

应用模糊理论诊断判别有杆抽油井示功图

有杆抽油井示功图的准确诊断识别 ,可以大大地提高油井产量和作业效率。将示功图数据由时域表示 ,经过傅氏级数变换转换到频域形式。通过对不同示功图傅氏系数的对比研究 ,找出了示功图形状、位置等与傅氏系数之间的关系。在此基础上按傅氏系数a0 、ai、bi三种情况分别建立实测和标准示功图之间欧氏距离的隶属函数关系式 ,结合模糊综合评判方法实现了有杆抽油井示功图快速准确的识别和分类 。