CN114293977A - 一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法 - Google Patents

一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法 Download PDF

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CN114293977A CN202111678930.9A CN202111678930A CN114293977A CN 114293977 A CN114293977 A CN 114293977A CN 202111678930 A CN202111678930 A CN 202111678930A CN 114293977 A CN114293977 A CN 114293977A
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李自学
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Abstract

本申请公开了一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法。包括以下步骤：获取抽油机电机驱动端的电机功率和电机转速；利用电机功率和电机转速计算电机扭矩；利用抽油机本身具备的传动因数和传动效率，确定抽油机的转速比；利用电机扭矩和转速比计算抽油机的曲柄扭矩；利用电机转速数据和曲柄自由平衡点信息，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数；利用扭矩因数，计算抽油机平衡扭矩；利用曲柄扭矩和平衡扭矩，计算悬点载荷；利用曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移；利用悬点位移和悬点载荷，构建示功图，本申请在同步测量、计算悬点载荷和位移的基础上，建立载荷和位移之间的关系，得到示功图，示功图的测试方法反映了示功仪的工作原理。

Description

一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法
技术领域
本公开涉及抽油机示功图测试领域，具体涉及一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法。
背景技术
抽油机井采油是目前油田开发中普遍应用的方式，抽油机井的管理水平的好坏，关系到油田整体经济效益的高低。而分析和解释抽油机示功图，就是直接了解抽油机管、杆及深井泵工作状况好坏的一个主要手段，不但深井泵工作中的一切异常现象可以在示功图上比较直观的反映出来，而且，还可以结合有关资料，来分析判断油井工作制度是否合理，抽油设备与油层和原油性质是否适应，还可以通过“示功图法”对低产、低能井制定出合理的开关井时间，减少设备的磨损和电能的浪费等。
示功图研究已经接近二十年，但是试验结果总是不能和实测数据相符合，核心原因是对抽油机机理的理解，总是把物理原理理解为线性规律，从而很多关键数据会通过线性推算来模拟，而实际抽油机***很多运动规律都是相互叠加的，只能通过变化函数计算才能准确得出结果。所以，我们提出一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，用以解决上述问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能够真实反应驱动端感知型抽油机示功图信息的驱动端感知型抽油机示功图的测试方法。
第一方面，本申请提供一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，包括：
获取抽油机电机驱动端的电机功率Pd和电机转速n；
利用电机功率Pd和电机转速n计算抽油机的电机扭矩T；
利用抽油机本身具备的传动因数和传动效率，确定抽油机的转速比i；
利用电机扭矩T和转速比i计算抽油机的曲柄扭矩Mr；
获取电机转速数据和曲柄自由平衡点信息；
利用电机转速数据和曲柄自由平衡点信息，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure BDA0003453369320000021
利用扭矩因数
Figure BDA0003453369320000022
计算抽油机平衡扭矩M；
利用曲柄扭矩Mr和平衡扭矩M，计算悬点载荷P；
利用曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移；
利用悬点位移和悬点载荷P，构建示功图。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式，计算电机扭矩T：
Figure BDA0003453369320000023
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式，计算抽油机的曲柄扭矩Mr：
Mr＝T·i。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure BDA0003453369320000024
Figure BDA0003453369320000025
其中，R为曲柄半径；
A为游梁前臂长度；
C为游梁后臂长度；
θ2为曲柄与初始位置夹角；
θ3为连杆相对于初始位置的夹角；
θ4为摇杆相对于初始位置的夹角。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式，计算抽油机平衡扭矩M；
复合平衡抽油机：
Figure BDA0003453369320000026
曲柄平衡抽油机：
Figure BDA0003453369320000027
游梁平衡抽油机：
Figure BDA0003453369320000031
MCmax＝θ0R；
其中，Wb游梁平衡块的重量；
P为光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率；
B为抽油机结构不平衡值；
R为曲柄半径；
θ0为曲柄初始位置角度；
φ为曲柄相对于自由平衡点位置的转角。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式，计算悬点载荷P：
P＝Mr+M。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过曲柄位置传感器测量曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移。
第二方面，本申请提供一种基于上述的驱动端感知型抽油机示功图的测试方法的抽油机示功仪，所述抽油机包括底座，所述底座上安装有电机和减速箱，所述电机的输出轴与所述减速箱的动力输入端传动连接，所述减速箱的动力输出端铰接有曲柄；所述示功仪包括：
感应式位置模块，其包括电机速度传感器和曲柄位置传感器；
所述电机速度传感器安装在所述电机上，用于实时监测电机转速数据；
所述曲柄位置传感器包括信号盘和信号发生器，所述信号盘安装在所述曲柄上远离旋转中心的一端，所述信号发生器安装在所述底座上，用于检验每个冲程内所述曲柄的自由平衡位置点；
数据处理中心模块，其与所述感应式位置模块电连接，用于获取所述电机驱动端电功率和电机转速，利用电机转速数据和所述曲柄自由平衡位置点的数据，得到示功图。
综上所述，本技术方案具体地公开了一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法的具体流程，本申请通过数据处理中心模块获取抽油机电机驱动端的电机功率和电机转速；利用电机功率和电机转速计算抽油机的电机扭矩；利用抽油机本身具备的传动因数和传动效率，确定抽油机的转速比；利用电机扭矩和转速比计算抽油机的曲柄扭矩；通过电机速度传感器和曲柄位置传感器获取电机转速数据和曲柄自由平衡点信息；利用电机转速数据和曲柄自由平衡点信息，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数；利用扭矩因数，计算抽油机平衡扭矩；利用曲柄扭矩和平衡扭矩，计算悬点载荷；利用曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移；利用悬点位移和悬点载荷，构建示功图。
此方案在同步测量、计算悬点载荷和位移的基础上，建立载荷和位移之间的关系，得到示功图，示功图的测试方法反映了示功仪的工作原理。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法流程示意图。
图2为一种驱动端感知型抽油机示功仪结构示意图。
图3为一种驱动端感知型抽油机示功图的正常功图。
图4为一种驱动端感知型抽油机示功图的供液不足功图。
图5为一种驱动端感知型抽油机示功图的撞泵功图。
图中标号：1、底座；2、电机；3、曲柄；4、电机速度传感器；5、曲柄位置传感器；6、信号盘；7、信号发生器；8、数据处理中心模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参考图1所示的本申请提供的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法的第一种实施例的流程示意图，包括：
获取抽油机电机驱动端的电机功率Pd和电机转速n；
利用电机功率Pd和电机转速n计算抽油机的电机扭矩T；
利用抽油机本身具备的传动因数和传动效率，确定抽油机的转速比i；
利用电机扭矩T和转速比i计算抽油机的曲柄扭矩Mr；
获取电机转速数据和曲柄自由平衡点信息；
利用电机转速数据和曲柄自由平衡点信息，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure BDA0003453369320000051
利用扭矩因数
Figure BDA0003453369320000052
计算抽油机平衡扭矩M；
利用曲柄扭矩Mr和平衡扭矩M，计算悬点载荷P；
利用曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移；
利用悬点位移和悬点载荷P，构建示功图。
在本实施例中，通过数据处理中心模块8获取抽油机电机驱动端的电机功率Pd和电机转速n；
利用电机功率Pd和电机转速n计算抽油机的电机扭矩T；
利用抽油机本身具备的传动因数和传动效率，确定抽油机的转速比i；
利用电机扭矩T和转速比i计算抽油机的曲柄扭矩Mr；
通过电机速度传感器4和曲柄位置传感器5获取电机转速数据和曲柄自由平衡点信息；
利用电机转速数据和曲柄自由平衡点信息，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure BDA0003453369320000053
利用扭矩因数
Figure BDA0003453369320000054
计算抽油机平衡扭矩M；
利用曲柄扭矩Mr和平衡扭矩M，计算悬点载荷P；
利用曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移；
利用悬点位移和悬点载荷P，构建示功图。
如图1所示，根据以下公式，计算电机扭矩T：
Figure BDA0003453369320000055
如图1所示，根据以下公式，计算抽油机的曲柄扭矩Mr：
Mr＝T·i。
如图1所示，根据以下公式，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure BDA0003453369320000061
Figure BDA0003453369320000062
其中，R为曲柄半径；
A为游梁前臂长度；
C为游梁后臂长度；
θ2为曲柄与初始位置夹角；
θ3为连杆相对于初始位置的夹角；
θ4为摇杆相对于初始位置的夹角。
如图1所示，根据以下公式，计算抽油机平衡扭矩M；
复合平衡抽油机：
Figure BDA0003453369320000063
曲柄平衡抽油机：
Figure BDA0003453369320000064
游梁平衡抽油机：
Figure BDA0003453369320000065
MCmax＝θ0R；
其中，Wb游梁平衡块的重量；
P为光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率；
B为抽油机结构不平衡值；
R为曲柄半径；
θ0为曲柄初始位置角度；
φ为曲柄相对于自由平衡点位置的转角。
如图1所示，根据以下公式，计算悬点载荷P：
P＝Mr+M。
如图1所示，通过曲柄位置传感器测量曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移。
如图3至图5所示，与现有方案相比，此方案中的测试方法，能够有效采集正常功图(如图3所示)、供液不足功图(如图4所示)和撞泵功图(如图5所示)等十多种类型功图，并通过实时高密度采集地面地下运行参数，最大化降低人力成本。
实施例二
请参考图2所示的本申请提供的一种基于实施例一所述的驱动端感知型抽油机示功图的测试方法的抽油机示功仪的第一种实施例的结构示意图，所述抽油机包括底座1，所述底座1上安装有电机2和减速箱，所述电机2的输出轴与所述减速箱的动力输入端传动连接，所述减速箱的动力输出端铰接有曲柄3；所述示功仪包括：
感应式位置模块，其包括电机速度传感器4和曲柄位置传感器5；
所述电机速度传感器4安装在所述电机2上，用于实时监测电机转速数据；
所述曲柄位置传感器5包括信号盘6和信号发生器7，所述信号盘6安装在所述曲柄3上远离旋转中心的一端，所述信号发生器7安装在所述底座1上，用于检验每个冲程内所述曲柄3的自由平衡位置点；
数据处理中心模块8，其与所述感应式位置模块电连接，用于获取所述电机驱动端电功率和电机转速，利用电机转速数据和所述曲柄3自由平衡位置点的数据，得到示功图。
在本实施例中，具体地，示功仪包括：
感应式位置模块，其包括电机速度传感器4和曲柄位置传感器5，感应式位置模块供电都是由抽油机供电箱有线供电，只要抽油机***有电，就可以连续运行，无需额外电池供电，所以感应式位置模块不受环境温度影响，确保连续、实时测试；
电机速度传感器4，安装在电机2电机尾轴风扇处，属于非接触式光电感应元件，无磨损无漂移，正常运行不易被外界人为破坏，用于直接在抽油机电机驱动端采集实时监测电机转速，实现电机转速的高精度检测；
曲柄位置传感器5，安装在抽油机底座1上，在曲柄圆周运动保护范围内，不容易被破坏，通过电磁感应只测试一个位置信号，结构简单，体积小巧，用于检验每个冲程内曲柄3的自由平衡位置点；
曲柄位置传感器5包括信号盘6和信号发生器7；
信号盘6，安装在曲柄3上远离旋转中心的一端，且与曲柄3一起转动，用于产生信号；
信号发生器7，安装在底座1上，且位于曲柄3圆周运行遮挡范围内，用于接收和传递所述信号盘6产生的信号；
数据处理中心模块8，其与感应式位置模块电连接，用于采集并处理电机转速和曲柄3的自由平衡位置点的数据，得到实时准确的示功图。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于，包括：
获取抽油机电机驱动端的电机功率Pd和电机转速n；
利用电机功率Pd和电机转速n计算抽油机的电机扭矩T；
利用抽油机本身具备的传动因数和传动效率，确定抽油机的转速比i；
利用电机扭矩T和转速比i计算抽油机的曲柄扭矩Mr；
获取电机转速数据和曲柄自由平衡点信息；
利用电机转速数据和曲柄自由平衡点信息，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure FDA0003453369310000014
利用扭矩因数
Figure FDA0003453369310000015
计算抽油机平衡扭矩M；
利用曲柄扭矩Mr和平衡扭矩M，计算悬点载荷P；
利用曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移；
利用悬点位移和悬点载荷P，构建示功图。
2.根据权利要求1所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于：根据以下公式，计算电机扭矩T：
Figure FDA0003453369310000011
3.根据权利要求1所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于：根据以下公式，计算抽油机的曲柄扭矩Mr：
Mr＝T·i。
4.根据权利要求1所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于：根据以下公式，计算平衡块配重随曲柄旋转的变化值，即扭矩因数
Figure FDA0003453369310000012
Figure FDA0003453369310000013
其中，R为曲柄半径；
A为游梁前臂长度；
C为游梁后臂长度；
θ2为曲柄与初始位置夹角；
θ3为连杆相对于初始位置的夹角；
θ4为摇杆相对于初始位置的夹角。
5.根据权利要求1所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于：根据以下公式，计算抽油机平衡扭矩M；
复合平衡抽油机：
Figure FDA0003453369310000021
曲柄平衡抽油机：
Figure FDA0003453369310000022
游梁平衡抽油机：
Figure FDA0003453369310000023
MCmax＝θ0R；
其中，Wb游梁平衡块的重量；
P为光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率；
B为抽油机结构不平衡值；
R为曲柄半径；
θ0为曲柄初始位置角度；
φ为曲柄相对于自由平衡点位置的转角。
6.根据权利要求1所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于：根据以下公式，计算悬点载荷P：
P＝Mr+M。
7.根据权利要求1所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法，其特征在于：通过曲柄位置传感器测量曲柄自由平衡点信息，获取悬点位移。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的一种驱动端感知型抽油机示功图的测试方法的抽油机示功仪，所述抽油机包括底座(1)，所述底座(1)上安装有电机(2)和减速箱，所述电机(2)的输出轴与所述减速箱的动力输入端传动连接，所述减速箱的动力输出端铰接有曲柄(3)；其特征在于，所述示功仪包括：
感应式位置模块，其包括电机速度传感器(4)和曲柄位置传感器(5)；
所述电机速度传感器(4)安装在所述电机(2)上，用于实时监测电机转速数据；
所述曲柄位置传感器(5)包括信号盘(6)和信号发生器(7)，所述信号盘(6)安装在所述曲柄(3)上远离旋转中心的一端，所述信号发生器(7)安装在所述底座(1)上，用于检验每个冲程内所述曲柄(3)的自由平衡位置点；
数据处理中心模块(8)，其与所述感应式位置模块电连接，用于获取所述电机驱动端电功率和电机转速，利用电机转速数据和所述曲柄(3)自由平衡位置点的数据，得到示功图。
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