西安石油大學(xué)高等繼續(xù)教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　有桿泵采油是世界石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主導(dǎo)地位的人工舉升方式。及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握有桿抽油系統(tǒng)的工作狀況，診斷油井所存在的問(wèn)題，制定合理的技術(shù)措施，使油井及時(shí)恢復(fù)正常生產(chǎn)，提高舉升效率和油井產(chǎn)量，對(duì)提高油田開發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要意義。</p><p>　　本文根據(jù)抽油機(jī)

2、的幾何結(jié)構(gòu)，建立了抽油機(jī)懸點(diǎn)位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)規(guī)律。在有桿泵抽油裝置、泵的工作原理的基礎(chǔ)上針對(duì)不同材質(zhì)的組合抽油桿柱，對(duì)抽油桿微元體進(jìn)行受力分析，并建立了描述抽油桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程。從而建立診斷數(shù)學(xué)模型，以抽油機(jī)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律并結(jié)合懸點(diǎn)實(shí)測(cè)示功圖作為診斷模型的邊界條件，通過(guò)有限差分法對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值求解，利用VB語(yǔ)言編寫程序計(jì)算出抽油桿柱的位移和載荷，繪出示功圖。</p><p>　　根據(jù)新疆油田兩

3、口生產(chǎn)井資料，通過(guò)所編程序?qū)τ途M(jìn)行實(shí)例計(jì)算，從實(shí)測(cè)懸點(diǎn)載荷、位移求解出抽油桿不同位置在任意時(shí)間段的位移和載荷，并繪出泵示功圖。實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油系統(tǒng)工況診斷，驗(yàn)證所編程序。</p><p>　　關(guān)鍵詞：有桿抽油；示功圖；診斷；波動(dòng)方程；有限差分</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</

4、b></p><p>　　1.1 研究目的和意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.2.1 國(guó)外發(fā)展概況1</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況2</p><p>　　1.3 本文的主要工作3</p><p>　　第二章 游

5、梁式抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)特性分析5</p><p>　　2.1 常規(guī)游梁式抽油機(jī)簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析6</p><p>　　2.2.1 簡(jiǎn)化分析6</p><p>　　2.2.2 精確分析7</p><p>　　2.3 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算實(shí)例10</p><p>

6、　　第三章 抽油機(jī)診斷模型的建立及求解13</p><p>　　3.1 桿柱動(dòng)力學(xué)分析13</p><p>　　3.1.1 抽油桿微元體受力分析13</p><p>　　3.2 診斷數(shù)學(xué)模型波動(dòng)方程的建立與求解15</p><p>　　3.2.1 診斷數(shù)學(xué)模型的建立16</p><p>　　3.2.2 診斷模

7、型的有限差分法17</p><p>　　3.2.3 診斷模型的求解19</p><p>　　3.3 節(jié)點(diǎn)載荷及位移計(jì)算22</p><p>　　3.4 阻尼系數(shù)的確定23</p><p>　　3.4.1 多級(jí)桿阻尼系數(shù)的計(jì)算24</p><p>　　第四章 計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的應(yīng)用27</p>&

8、lt;p>　　4.1 井下抽油泵工況分析27</p><p>　　4.2 示功圖故障分類27</p><p>　　第五章 有桿抽油井診斷實(shí)例30</p><p>　　5.1 診斷程序界面30</p><p>　　5.2 油井工況診斷分析30</p><p><b>　　第六章 結(jié)論36<

9、;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p>　　附錄1 診斷模型求解程序代碼39</p><p>　　附錄2 例1實(shí)測(cè)懸點(diǎn)載荷數(shù)據(jù)42</p><p>　　附錄3 例2實(shí)測(cè)懸點(diǎn)載荷數(shù)據(jù)

10、43</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究目的和意義</p><p>　　有桿泵采油是世界石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主導(dǎo)地位的人工舉升方式。在我國(guó)，采油生產(chǎn)井中大約有90%采用有桿抽油技術(shù)，全國(guó)各油田產(chǎn)液量的60%，產(chǎn)液量的75%是靠有桿抽油技術(shù)采出的[1]。然而由于抽

11、油泵是在近千米到數(shù)千米的井下，工況十分復(fù)雜，工作環(huán)境極其惡劣，不但受“機(jī)、桿、泵”抽油設(shè)備的影響，而且直接受到“砂、蠟、氣、水”的影響，故障發(fā)生率很高，1998年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：我國(guó)平均每口有桿抽油井年作業(yè)1.25次，嚴(yán)重影響油田的正常生產(chǎn)。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握有桿抽油系統(tǒng)井下設(shè)備的工作狀況，診斷油井所存在的故障問(wèn)題，制定合理的技術(shù)措施，使油井及時(shí)恢復(fù)正常生產(chǎn)，最大限度的提高原油產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本和提高抽油效率，對(duì)石油工業(yè)的發(fā)展和提高

12、經(jīng)濟(jì)效益都具有非常重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義[1]。</p><p>　　石油工業(yè)的發(fā)展對(duì)抽油丼故障診斷技術(shù)的研究提出強(qiáng)烈要求。幾十年來(lái)，抽油丼故障診斷技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外采油工程技術(shù)人員的一個(gè)重要研究課題，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究與實(shí)踐，抽油丼故障診斷技術(shù)取得了相當(dāng)大的發(fā)展。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　自從有桿泵在油田服役以來(lái)，有桿

13、抽油井的故障診斷先后經(jīng)歷了從靠感覺(jué)分析到靠?jī)x器測(cè)量分析，從儀器測(cè)量分析到計(jì)算機(jī)處理分析，并向智能化診斷不斷邁進(jìn)的發(fā)展過(guò)程。近幾十年來(lái)診斷技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的出現(xiàn)，使有桿抽油系統(tǒng)故障診斷技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，即從定性分析到部分定量分析、從人工到初級(jí)智能。具體發(fā)展歷程如下：</p><p>　　1.2.1 國(guó)外發(fā)展概況</p><p>　　早期的油井故障診斷僅靠手感

14、，工作人員用手握住光桿，上下運(yùn)動(dòng)幾個(gè)沖程，憑感覺(jué)來(lái)判斷抽油泵的某些故障，這種方法只適用于淺井，并且誤差比較大[3]。</p><p>　　到了二十年代，1927年發(fā)明地面光桿動(dòng)力儀，利用光桿動(dòng)力儀繪制光桿載荷與位移的關(guān)系曲線，即光桿示功圖，然后對(duì)光桿示功圖進(jìn)行解釋，以判斷油井與設(shè)備故障，幾十年來(lái)，許多國(guó)家進(jìn)行了大量的研究工作：一方面，不斷改進(jìn)動(dòng)力儀，提高檢測(cè)精度；另一方面，不斷改進(jìn)示功圖的解釋方法，擴(kuò)大解釋范圍[

15、4]。</p><p>　　1936年美國(guó)的Gilbert和Surgent發(fā)明井下動(dòng)力儀。這種方法是將井下動(dòng)力儀隨同抽油泵一起下入丼內(nèi)，用其直接測(cè)量泵示功圖，因這種方法耗資甚巨，工藝也較復(fù)雜，沒(méi)有得到推廣應(yīng)用[5]。</p><p>　　1966年美國(guó)殼牌石油公司的Gibbs建立了帶阻尼的波動(dòng)方程作為描述應(yīng)力波在抽油桿柱中過(guò)程的基本微分方程，通過(guò)求解方程，可以得到抽油桿柱任意截面及泵處的示

16、功圖，隨后很多人在模型完善及求解方面做了大量的工作[1]。</p><p>　　20世紀(jì)70年代末期，Schafer和Jennings在使用有限差分求解波動(dòng)方程時(shí)，使用等步長(zhǎng)差分形式，在抽油桿截面積和性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，采用了等效值的概念，解決了多級(jí)桿及混合桿的波動(dòng)方程求解問(wèn)題。隨后Nikea采用有限元計(jì)算求解波動(dòng)方程，取得了較好的效果[17]。</p><p>　　1969年8月，美國(guó)有桿泵

17、研究股份公司與中西部研究所經(jīng)美國(guó)石油學(xué)會(huì)采油設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)，發(fā)表API標(biāo)準(zhǔn)示功圖。</p><p>　　1981年美國(guó)塔爾薩大學(xué)的Doty和Schmidt建立了考慮液柱振動(dòng)的二維預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　1988年Daek等在走訪許多著名專家后研制處有桿抽油井故障診斷專家系統(tǒng)，它是將地面實(shí)測(cè)的示功圖轉(zhuǎn)換成井下示功圖，然后與標(biāo)準(zhǔn)示功圖進(jìn)行比較以判斷故障類型。</p>

18、<p>　　同年，Svinos等，推出了一種由Basic語(yǔ)言編譯的有桿泵診斷專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)有5個(gè)模塊，用產(chǎn)生式法則建立規(guī)則庫(kù)，運(yùn)用反向推理機(jī)建立了一個(gè)可以識(shí)別典型示功圖并計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù)的專家系統(tǒng)，然后利用這些數(shù)據(jù)診斷有桿抽油系統(tǒng)的故障。</p><p>　　隨后出現(xiàn)了各種診斷系統(tǒng)。美國(guó)Arc油氣公司（DES）委內(nèi)瑞拉Corpoven公司和Central de Venezuela（有桿泵抽油專家系統(tǒng)

19、）。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況</p><p>　　1989年西安石油學(xué)院的余國(guó)安和烏亦炯建立了綜合考慮抽油桿柱、液柱和油管振動(dòng)的三維數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了求解。這種三維振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型比起前兩種數(shù)學(xué)模型來(lái)，在理論上顯然更加符合實(shí)際一些[3]。</p><p>　　1990年，石油大學(xué)用專家系統(tǒng)建造工具M(jìn).1開發(fā)有桿泵抽油丼故障診斷專家系統(tǒng)ESROFD

20、。</p><p>　　1991年，張潤(rùn)偉運(yùn)用故障樹分析技術(shù)也建立了一個(gè)有桿泵抽油診斷專家系統(tǒng)[5]。</p><p>　　1993年，天津大學(xué)與大港油田共同開發(fā)了抽油機(jī)井集成化智能診斷，它集成多種診斷方法進(jìn)行綜合診斷（但不是多種方法的有機(jī)融合，而是幾種方法的簡(jiǎn)單堆砌）。該系統(tǒng)中的元系統(tǒng)由C語(yǔ)言寫成，子系統(tǒng)均用建造工具M(jìn).1專家系統(tǒng)外殼建立[5]。</p><p>

21、　　上述研究成果有力地推進(jìn)了有桿抽油系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，但是，由于抽油泵工況診斷極其復(fù)雜，我國(guó)油田的抽油丼故障診斷還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)智能化，還處在人工診斷階段，有待于進(jìn)一步深入研究[5]。</p><p>　　近年來(lái)我國(guó)學(xué)者的研究與各石油單位聯(lián)合，都具有一定的針對(duì)性，主要集中在：（1）有桿抽油系統(tǒng)預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬的動(dòng)力學(xué)模型建立；（2）預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬數(shù)學(xué)模型的計(jì)算求解方法；（3）井下工況診斷；（4）地面設(shè)備的仿真

22、；（5）有桿抽油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[4]。</p><p>　　1.3 本文的主要工作</p><p>　　本設(shè)計(jì)以有桿抽油丼抽油桿柱力學(xué)行為分析為基礎(chǔ)，以有桿抽油機(jī)的診斷為研究對(duì)象，建立了基于波動(dòng)方程的診斷數(shù)學(xué)模型，并仔細(xì)推導(dǎo)了波動(dòng)方程的數(shù)值解法。</p><p>　　本文主要完成了以下幾方面的工作：</p><p>　　分析抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，

23、建立常規(guī)型抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型，得出了抽油機(jī)懸點(diǎn)位移、速度、加速度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖；</p><p>　　分析抽油桿柱的動(dòng)力學(xué)特性，根據(jù)描述抽油桿動(dòng)態(tài)特性的波動(dòng)方程，有限差分求解波動(dòng)方程；</p><p>　　利用Visual Basic語(yǔ)言根據(jù)上述理論建立的模型編寫程序，實(shí)現(xiàn)有桿抽油系統(tǒng)工況的計(jì)算機(jī)診斷；</p><p>　　根據(jù)所編程序?qū)?shí)際生產(chǎn)井進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，

24、繪出井下泵功圖，診斷油井工況。</p><p>　　第二章 游梁式抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)特性分析</p><p>　　游梁式抽油機(jī)可以分為常規(guī)型、前置型、異相型等幾種類型。抽油機(jī)作為主要?jiǎng)恿鬏攩卧亲钪匾牡孛嬖O(shè)備之一，其懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律是有桿抽油系統(tǒng)診斷數(shù)學(xué)模型的邊界條件，其運(yùn)行狀況直接影響有桿抽油系統(tǒng)效率的高低，本文針對(duì)常規(guī)游梁抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)特性的研究，建立了懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)模型使用VB程

25、序來(lái)繪出懸點(diǎn)的位移、速度、加速度曲線圖[2]。</p><p>　　2.1 常規(guī)游梁式抽油機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　抽油機(jī)是有桿抽油的地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備。按其基本結(jié)構(gòu)，抽油機(jī)可分為游梁式和無(wú)游梁式，目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的是游梁式抽油機(jī)。游梁式抽油機(jī)主要由游梁—連桿—曲柄機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝置等四部分組成，游梁式抽油機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給減速器的輸出軸，經(jīng)減

26、速后由低速旋轉(zhuǎn)的曲柄通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)游梁作上下往復(fù)擺動(dòng)。游梁前端圓弧狀的驢頭經(jīng)懸繩器帶動(dòng)抽油桿作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖2-1常規(guī)型游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　1—?jiǎng)x車裝置；2—電動(dòng)車；3—減速器皮帶輪；4—減速器；5—輸入軸；6—中間軸；7—輸出軸；8—曲柄；9—連桿軸；10—支架；11—曲柄平衡塊；12—連桿；13—橫船軸；14—橫船；15—游梁平衡塊；1

27、6—游梁；17—支架軸；18—驢頭；19—懸繩器；20—底座。</p><p>　　常規(guī)型游梁式抽油機(jī)如圖2-1所示。它是目前使用最廣的一種抽油機(jī)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：支架位于游梁的中部，驢頭和曲柄連桿分別位于游梁的兩端，曲柄軸中心基本位于游梁尾軸承的正下方，上下沖程運(yùn)行時(shí)間相等。</p><p>　　2.2 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　掌握抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的位

28、移、速度和加速度的變化規(guī)律是研究抽油裝置動(dòng)力學(xué)和進(jìn)行抽油動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。游梁式抽油機(jī)是以游梁支點(diǎn)和曲柄軸中心的連線作為固定桿，以曲柄、連桿和游梁后臂為三個(gè)運(yùn)動(dòng)桿所構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)（圖2-2）。為了便于分析可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因?yàn)楹?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型只能用于粗略估算和簡(jiǎn)單分析，所以本文主要研究抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的精確模型分析[2]。</p><p>　　圖2-2 常規(guī)型抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p>&

29、lt;p>　　2.2.1 簡(jiǎn)化分析</p><p>　　2.2.1.1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)</p><p>　　視r(shí)/l→0及r/b→0時(shí)，可將游梁與連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和D點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影（C點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，其懸點(diǎn)位移SA、速度VA和加速度aA分別為</p><p><b>　?。?-1）</b&

30、gt;</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　式中　 ——曲柄轉(zhuǎn)角；</p><p><b>　　——曲柄角速度；</b></p><p><b>　　t——時(shí)間。&

31、lt;/b></p><p>　　2.2.1.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　假設(shè)曲柄半徑r與連桿長(zhǎng)度l的比值范圍為0<r/l<1/4,抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。令=r/l，懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為[6]</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　

32、(2-5)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　由式（2-6）對(duì)求導(dǎo)并令其等于0，可求得在和（上、下死點(diǎn)）處懸點(diǎn)的最大加速度。</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模型是常用的模型，可用于一般的計(jì)算和分析。而簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型只能用于粗略估算和簡(jiǎn)單分析。</p><p>　　2.

33、2.2 精確分析</p><p>　　常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的幾何關(guān)系于圖2-3所示.采用以下符號(hào)表示抽油機(jī)的幾何關(guān)系:</p><p>　　圖2-3 常規(guī)抽油機(jī)幾何結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖中：A—游梁前臂長(zhǎng)度；C—游梁后臂長(zhǎng)度；P—連線長(zhǎng)度；R—曲柄半徑；I—游梁軸中心到曲柄軸中心的水平距離；X—C與J的夾角; H—游梁軸中心到底座底部的高度;ρ—K與J的夾角；G

34、—曲柄軸中心到底座底部的高度;ψ—C與K的夾角；K—游梁軸中心到曲柄軸中心的距離；—驢頭在下死點(diǎn)位置的ψ角;J—曲柄-連桿軸徑到游梁軸中心的距離; —驢頭在上死點(diǎn)位置的ψ角;α—曲柄半徑R與連桿P之間的夾角；β—游梁后臂C與連桿P之間的夾角;θ—R與零度線的夾角即曲柄轉(zhuǎn)角；φ—零度線與K的夾角。</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)分析：</b></p><p>　　根據(jù)

35、常規(guī)型抽油機(jī)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，由常規(guī)行抽油機(jī)構(gòu)成的四邊形的角度關(guān)系得：</p><p>　　根據(jù)前述常規(guī)型抽油機(jī)的幾何參數(shù)間的關(guān)系式,可得:</p><p><b>　　懸點(diǎn)位移方程：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　位移比：</b&g

36、t;</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　懸點(diǎn)速度方程：</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　懸點(diǎn)加速度方程：</b></p><p><

37、b>　?。?-10）</b></p><p>　　式（2-9）、（2-10）中的和表示對(duì)θ的一階和二階導(dǎo)數(shù)，由復(fù)合函數(shù)直接求導(dǎo)得：</p><p>　　以上公式的中間變量B、Z、U、y及其導(dǎo)數(shù)分別為：</p><p>　　根據(jù)以上抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的精確模型,根據(jù)VB語(yǔ)言程序。模擬上述的模型來(lái)求解抽油機(jī)的動(dòng)力學(xué)各參數(shù),并繪制運(yùn)動(dòng)規(guī)律的曲線圖.</

38、p><p>　　2.3 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算實(shí)例</p><p>　　應(yīng)用上述方法編寫的VB程序,代入CYJ11-3-48B（常規(guī)型）抽油機(jī)各參數(shù)值，即A=3m;C=2.5m;P=3.2m;R=1.2m;I=2.4m;H—G=3.2m。且沖次為9，則:</p><p><b>　　程序顯示界面為:</b></p><p>　　圖2-

39、4 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)程序界面</p><p>　　可得懸點(diǎn)的位移、速度、加速度曲線為：</p><p>　　圖2-5 懸點(diǎn)速度曲線</p><p>　　圖2-6懸點(diǎn)加速度曲線</p><p>　　圖2-7 懸點(diǎn)位移曲線</p><p>　　第三章 抽油機(jī)診斷模型的建立及求解</p><p>　　3.1

40、桿柱動(dòng)力學(xué)分析</p><p>　　抽油機(jī)井的計(jì)算機(jī)診斷是通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器在地面測(cè)得不同時(shí)間光桿載荷和位移的變化關(guān)系（地面示功圖），然后利用數(shù)學(xué)方法借助于計(jì)算機(jī)來(lái)求得各級(jí)抽油桿柱截面和泵上的載荷及位移（泵功圖)，從而繪出井下示功圖，并根據(jù)它們來(lái)判斷和分析全套抽油設(shè)備的工作狀況。</p><p>　　3.1.1 抽油桿微元體受力分析</p><p>　　為了

41、研究抽油桿柱受力狀況，作如下簡(jiǎn)化假設(shè)條件[1]：</p><p>　?。?）假設(shè)抽油機(jī)各桿件為剛性體，不考慮其部件彈性變形；</p><p>　?。?）電機(jī)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為常數(shù)；</p><p>　?。?）假設(shè)抽油桿柱為線彈性體；</p><p>　　（4）不考慮油管、液柱和抽油桿柱的耦合振動(dòng)；</p><p&

42、gt;　　（5）抽油桿柱截面呈圓形，且同一級(jí)抽油桿柱，其截面積不變；</p><p>　　（6）油管與抽油桿同心。</p><p>　　直井有桿泵抽油系統(tǒng)抽油桿在工作時(shí)，任意井深位置處截取單元桿</p><p>　　段和微元段進(jìn)行單元體受力分析(如圖3-1a、b所示)，抽油桿柱的軸向負(fù)荷由以下幾項(xiàng)所組成：</p><p>　　圖3-1 抽油桿

43、柱微元受力示意圖</p><p>　　抽油桿柱自重，作用方向垂直向下；</p><p>　　油井液體對(duì)抽油桿柱的液體靜壓力，作用方向垂直于抽油桿柱軸線向上；</p><p>　　油管內(nèi)液柱在抽油泵有效面積（即柱塞面積減去相連抽油桿面積）上所產(chǎn)生的液體負(fù)荷，其方向垂直于柱塞表面向下；</p><p>　　油管外液柱對(duì)柱塞下表面的液體壓力，其方向

44、垂直于柱塞表面向上；</p><p>　　抽油桿柱與液柱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性負(fù)荷。慣性負(fù)荷正比于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度，方向相反；</p><p>　　抽油桿柱與液體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)負(fù)荷；</p><p>　　各運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦力，包括：抽油桿柱與井液的摩擦力。</p><p>　　作用于該單元體上的載荷包括：</p><p>

45、;<b>　　( 3-1)</b></p><p>　　式中 fx,fx+△x——抽油桿相應(yīng)截面上的內(nèi)力，N；</p><p>　　fa——單元體的慣性力（與加速度方向相反）,N；</p><p>　　fd——作用于單元體單位長(zhǎng)度上的粘滯阻力（與速度方向相反），N；</p><p>　　fw——單元體重力，N；<

46、/p><p>　　Er——抽油桿材料彈性模量,Pa； </p><p>　　Ar——抽油桿橫截面積,m2；</p><p>　　ρr——抽油桿材料密度,kg/m3； </p><p>　　ve——單位長(zhǎng)度抽油桿柱的粘滯阻力系數(shù)，kg/m﹒s。</p><p>　　根據(jù)抽油桿柱的微元體受力分析，其軸向力平衡條件：</p

47、><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　將式（3-1）代入式（3-2）得到</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　在直井中重力是靜力，不影響方程（3-3）的結(jié)構(gòu)，因而

48、在波動(dòng)方程</p><p>　　求解時(shí)可不予考慮，只須在求解靜載荷和靜位移時(shí)考慮重力項(xiàng)即可。</p><p>　　由式（3-3）可得描述抽油桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程：</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　式中 α——聲波傳遞速度，m/s； </p><

49、p>　　c——阻尼系數(shù)，s-1。</p><p>　　式（3-4）是一個(gè)線性二階偏微分方程，必須結(jié)合邊界條件才能求解。</p><p>　　3.2 診斷數(shù)學(xué)模型波動(dòng)方程的建立與求解</p><p>　　抽油機(jī)井的計(jì)算機(jī)診斷是通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器在地面測(cè)得不同時(shí)間。光桿載荷和位移的變化關(guān)系（地面示功圖），然后通過(guò)數(shù)學(xué)模型求得抽油桿柱任意位置處的載荷與位移和

50、泵處的載荷與位移關(guān)系（泵功圖）。</p><p>　　3.2.1 診斷數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　有桿抽油系統(tǒng)診斷數(shù)學(xué)模型包含描述抽桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程、邊界條</p><p>　　件和連續(xù)性條件（多級(jí)組合桿）[1]。</p><p>　　3.2.1.1邊界條件</p><p>　　已知地面光桿位移為u1，

51、u2，…uk；光桿動(dòng)載荷為F1，F(xiàn)2，……Fk，則邊界條件為：</p><p>　　u1,1=-u1,u1,2=-u2;……;</p><p>　　u1,k=-uk (3-5)</p><p>　　……； </p><p><b>　　由上式

52、； ；……；</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式（3-5）與式（3-6）即有限差分方程的邊界條件。</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p

53、>　　式中 Wr——抽油桿柱在井液中的重量，N；</p><p>　　L(t)——實(shí)測(cè)示功圖載荷,N；</p><p>　　D(t)——光桿動(dòng)載荷，N。</p><p>　　3.2.1.2 連續(xù)性條件</p><p>　　對(duì)于不同材料的組合多級(jí)桿,則由兩桿交界處的力與位移連續(xù)條件，即：</p><p><

54、b>　?。?-8）</b></p><p>　　診斷數(shù)學(xué)模型包括邊界條件（抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，光桿實(shí)測(cè)試功圖）、波動(dòng)方程、連續(xù)性條件構(gòu)成抽油系統(tǒng)診斷的數(shù)學(xué)模型。</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中 Wr——抽油桿柱在井液中的重量，N；</p><p>　　L(t)

55、——實(shí)測(cè)示功圖載荷,N；</p><p>　　D(t)——光桿動(dòng)載荷，N。</p><p>　　由診斷模型可以求出井下抽油桿柱任意斷面和泵處的功圖</p><p>　　3.2.2 診斷模型的有限差分法</p><p>　　3.2.2.1 等步長(zhǎng)有限差分解</p><p>　　可以用戴勞級(jí)數(shù)推導(dǎo)出波動(dòng)方程的有限差分解。設(shè)

56、驢頭下死點(diǎn)為x坐標(biāo)原點(diǎn)，向下為正。u（x，t）也以向下為正，△x為x的的步長(zhǎng)，△t為時(shí)間步長(zhǎng)，足標(biāo)i表示位置，j表示時(shí)間，則</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p>&l

57、t;p>　　將式（3-10）、（3-11）、（3-12）代入式（3-4）并經(jīng)整理得</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　（3-13）式即是診斷模型的等步長(zhǎng)有限差分解。</p><p>　　有限差分解ui，j項(xiàng)的系數(shù)如果是負(fù)值的話，則其解是不穩(wěn)定的。所以，為了使其解是穩(wěn)定的，必須滿足以下條件：</p&

58、gt;<p><b>　　（3-14）</b></p><p>　　3.2.2.2 變步長(zhǎng)有限差分解</p><p>　　對(duì)于不同材料和桿徑的診斷模型，結(jié)合振動(dòng)的微分方程和力和位移的連續(xù)性條件，采用有限差分格式可以得到多級(jí)組合抽油桿柱的有限差分解形式。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，可以得到井下抽油桿柱任意斷面和泵處的功圖[1]。</p><p&g

59、t;　　數(shù)學(xué)模型仍采用式（3-3）去掉重力項(xiàng)。由于考慮到截面尺寸和材料可能是變化的，故將方程改寫成為</p><p><b>　　（3-15）</b></p><p>　　對(duì)于不同桿徑或材料的桿界面處的條件，可以根據(jù)以下兩個(gè)連續(xù)條件得出</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p&g

60、t;　　結(jié)合式（3-10）、（3-11）、（3-12）用牛頓差分公式代入式（3-4）可以得出不同材料與桿徑診斷模型的有限差分解為</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　??； ； </p><p><b&

61、gt;　　在非界面處 </b></p><p>　??； ； ；</p><p><b>　??； </b></p><p>　　Eri ——第i級(jí)桿所對(duì)應(yīng)的彈性模量，Pa；</p><p>　　Ari——第i級(jí)桿所對(duì)應(yīng)的面積，m2；</p>&l

62、t;p>　　Δxi——第i級(jí)桿所對(duì)應(yīng)的步長(zhǎng)，m；</p><p>　　Δt——時(shí)間方向上的步長(zhǎng)，s。</p><p>　　診斷模型的有限差分解的時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)滿足</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　即

63、 </p><p>　　對(duì)于多級(jí)抽油桿必須滿足下式,才能滿足使式（3-17）解的穩(wěn)定。</p><p>　　（i=1…M抽油桿級(jí)數(shù)） （3-19）</p><p>　　對(duì)于診斷模型，時(shí)間步長(zhǎng)Δt的選取,在滿足解收斂的條件下，Δt越小，精度越高，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。</p><p>　　3.2.3 診斷模型的求解</

64、p><p>　　診斷技術(shù)是準(zhǔn)確了解有桿抽油系統(tǒng)工作狀況的有效方法，將抽油系統(tǒng)工作實(shí)</p><p>　　際測(cè)得的示功圖進(jìn)行離散處理，通過(guò)描述抽油桿振動(dòng)的微分方程的邊界條件和初始條件，計(jì)算各級(jí)桿端的應(yīng)力和位移，繪制井下示功圖。對(duì)于多級(jí)桿柱，以光桿位移作為第一層邊界條件，以光桿位移和載荷計(jì)算出第二層位移作為第二層位移邊界條件，以此類推采用補(bǔ)格法計(jì)算全部節(jié)點(diǎn)可求得各級(jí)桿柱斷面和泵處示功圖。</

65、p><p>　　求解診斷數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)描述抽油桿動(dòng)力學(xué)特征的波動(dòng)方程進(jìn)行求解，根據(jù)式（3-13）可知，診斷模型的波動(dòng)方程求解可以用圖（3-2）～（3-4）表示。</p><p>　　圖3-2 有限差分格式 圖3-3 波動(dòng)方程的差分三角形</p><p>　?。?）i=0,第一層（即地面值）位移由位移傳感器測(cè)得：</p&

66、gt;<p><b>　　(3-20)</b></p><p>　　（2）i=1,第二層可由載荷傳感所測(cè)得的載荷和地面位移，根據(jù)虎克定律獲得。</p><p><b>　　(3-21)</b></p><p>　?。?），從第三層起，就得用差分方程計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的位移。但是在用差分方程計(jì)算各層的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)位移時(shí)，

67、是不存在的。另外，在計(jì)算每一層最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)位移時(shí)，也是不存在的，原因是由于。例如，要計(jì)算需要知道，而它是不存在的，要計(jì)算，需要知道，它也是不存在的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)周期函數(shù)特點(diǎn)，可補(bǔ)充下列關(guān)系：；，這實(shí)際上是波動(dòng)方程的兩個(gè)初始條件，這樣，就可以通過(guò)補(bǔ)格的辦法求出全部未知點(diǎn)的位移。</p><p>　　利用差分法求解時(shí)，一個(gè)很重要的問(wèn)題就是解的穩(wěn)定性。差分格式的計(jì)算是逐層進(jìn)行的，計(jì)算時(shí)，要用到上兩層計(jì)算出來(lái)的

68、結(jié)果，因此，計(jì)算誤差必然會(huì)影響到的值，從而就要分析這種誤差傳播情況，如果誤差的影響越來(lái)越大，以致差分格式的精確解的面貌完全被掩蓋，那么這種差分格式稱為不穩(wěn)定的。相反，如果誤差的影響是可以控制的，差分格式的解基本上能計(jì)算出來(lái)，那么，這種差分格式就認(rèn)為是穩(wěn)定的。</p><p>　　根據(jù)對(duì)診斷數(shù)學(xué)模型的波動(dòng)方程的差分求解，其差分格式和波動(dòng)方程的求解圖示為</p><p>　　圖3-4 波動(dòng)方程

69、補(bǔ)格求解示意圖</p><p>　　3.3 節(jié)點(diǎn)載荷及位移計(jì)算</p><p>　　抽油桿柱在垂直井的載荷由動(dòng)載荷和靜載荷兩部分組成[1]。</p><p><b>　?。?） 動(dòng)載荷</b></p><p>　　任意節(jié)點(diǎn)i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷以Fij表示</p><p><b>　　（3-

70、22）</b></p><p>　　對(duì)于懸點(diǎn)載荷（光桿載荷）F0j，結(jié)合虎克定律采用牛頓前插公式。</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　對(duì)于泵載荷FN,j，結(jié)合虎克定律采用牛頓后插公式</p><p><b>　?。?-24）</b></p>

71、<p><b>　?。?）靜載荷</b></p><p>　　在上沖程時(shí)，桿柱i點(diǎn)的靜載荷應(yīng)該等于i+1靜載荷加上兩節(jié)點(diǎn)之間的桿柱在空氣中的重力，若對(duì)于多級(jí)組合桿，中間有截面變化，則還要減去截面變化處液體壓力乘上橫截面積之差。在泵處，上沖程時(shí)固定固定凡爾打開，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，其靜載荷為</p><p><b>　?。?-25）</b>

72、</p><p>　　式中 p0——泵排出壓力，Pa；</p><p>　　Pi——泵吸入壓力，Pa。</p><p>　　在下沖程時(shí)，固定凡爾關(guān)閉，游動(dòng)凡爾打開，其靜載荷為</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p><b>　　（3) 節(jié)點(diǎn)位移</b&g

73、t;</p><p>　　在垂直井中抽油桿柱任意節(jié)點(diǎn)的總位移等于節(jié)點(diǎn)位移加上由于自重產(chǎn)生的靜變形，減去由于浮力使得桿柱的縮短。</p><p><b>　　設(shè)第i級(jí)桿的浮重為</b></p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　　式中 Wrbi——第i級(jí)桿在空氣中的重力，N；

74、</p><p>　　Wri——第i級(jí)桿在井液中的重力，N；</p><p>　　ρr——抽油桿密度，kg/m3；</p><p>　　ρf——井液密度，kg/m3。</p><p>　　則長(zhǎng)度為li的第i級(jí)桿，由于浮重產(chǎn)生的靜伸長(zhǎng)量δsi：</p><p><b>　?。?-28）</b><

75、;/p><p>　　第i級(jí)桿下端的靜位移usi為</p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　泵處的靜位移usp為</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　在任意時(shí)刻j節(jié)點(diǎn)i的總位移是動(dòng)位移和靜位移兩部分之和，即：</

76、p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　3.4 阻尼系數(shù)的確定</p><p>　　抽油機(jī)井筒內(nèi)的阻尼力主要有抽油桿柱、接箍與液體之間的粘滯力、桿柱及接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力；光桿與盤根之間的摩擦力；泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失，泵閥和閥座內(nèi)孔的流體壓力損失等?，F(xiàn)計(jì)算粘滯阻尼系數(shù)的公式較多，本文采用張琪基于等摩擦功原理

77、推導(dǎo)出的粘滯阻尼系數(shù)計(jì)算公式[7]。</p><p><b>　?。?-32）</b></p><p>　　其中 </p><p>　　式中 Dr ——抽油桿直徑，m；</p><p>　　Dt——油管內(nèi)徑，m；</p><p>　　μ——液體動(dòng)力粘度，Pa.s；</p

78、><p>　　ρr——抽油桿密度，kg/m3； </p><p>　　Ar——抽油桿截面積，m2；</p><p>　　L——抽油桿長(zhǎng)度，m。</p><p>　　對(duì)于混合桿阻尼系數(shù)，采用變步長(zhǎng)有限差分，求出每一級(jí)桿的阻尼系數(shù)，或者采用求混合桿的平均阻尼系數(shù)。本文采用平均阻尼系數(shù)法。</p><p>　　3.4

79、.1 多級(jí)桿阻尼系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　對(duì)于多級(jí)組合抽油桿柱，由于各級(jí)抽油桿直徑不同，桿管的環(huán)形截面積不</p><p>　　同，同樣長(zhǎng)度的各級(jí)桿在一個(gè)循環(huán)中的粘滯摩擦功也不同。因此，需要分級(jí)進(jìn)行計(jì)算，多級(jí)桿中每級(jí)桿柱阻尼系數(shù)的計(jì)算公式可寫為[15]</p><p><b>　?。?-33）</b></p><p&g

80、t;　　式中，i為自上而下抽油桿柱的級(jí)數(shù)，i=1，2，…，n；Li為第i級(jí)桿的下部深度，m；L為泵深，m。</p><p>　　在計(jì)算式（3-27）中積分時(shí)，把多級(jí)桿近似地按單級(jí)桿處理，則</p><p><b>　?。?-34）</b></p><p><b>　?。?-35）</b></p><p&

81、gt;　　把式（3-28）和式（3-29）代入式（3-27），積分后得：</p><p><b>　?。?-36）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　第四章 計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)診斷數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值求解，可以獲得泵示功圖。泵功圖主

82、要用來(lái)診斷井下泵工作狀況 [8]。</p><p>　　4.1 井下抽油泵工況分析</p><p>　　計(jì)算得到井下泵功圖，通過(guò)其形狀分析，可以判斷泵是否工作正常以及不正常原因[8]，典型的泵理論示功圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1典型情況下的泵理論示功圖</p><p>　　圖中橫坐標(biāo)為位移，縱坐標(biāo)為載荷。圖4-1a是表示在

83、油管錨定的條件下，泵完全充滿液體，無(wú)氣體影響，游動(dòng)閥和固定閥工作良好。圖4-1b是無(wú)油管錨條件下，泵工作良好的泵示功圖。圖4-1c～f依次表示泵受氣體影響、充不滿、排出部分漏失和吸入部分漏失情況下的泵示功圖。</p><p>　　4.2 示功圖故障分類</p><p>　　抽油機(jī)井的計(jì)算機(jī)診斷是通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器在地面測(cè)得不同時(shí)間光桿載荷和位移的變化關(guān)系（地面示功圖），然后利用數(shù)學(xué)

84、方法借助于計(jì)算機(jī)來(lái)求得各級(jí)抽油桿柱截面和泵上的載荷及位移（泵功圖），從而繪出井下示功圖，然后診斷油井故障。本文在詳細(xì)研究分析油井示功圖形態(tài)[9]、故障特征以及生產(chǎn)設(shè)備條件的基礎(chǔ)上，將示功圖故障做如下分類：</p><p>　　①、窄條或不出液類（固定閥卡死常開、泵嚴(yán)重磨損、油桿斷脫、氣鎖、液擊、卡泵、抽噴、油管嚴(yán)重漏失、管線或閘門堵）</p><p>　　圖4-2 窄條或不出類</p

85、><p><b>　　②、其他故障</b></p><p>　　a、完全上沖程特征故障類，包括柱塞脫出工作筒、游動(dòng)閥漏失、上碰、上閥關(guān)閉遲緩；</p><p>　　圖4-3完全上沖程特征故障類</p><p>　　b、完全下沖程特征故障類，包括供液不足、固定閥漏失、下碰</p><p>　　圖4-4完

86、全下沖程特征故障類</p><p>　　c、上下沖程特征故障類，包括氣體影響、液體或機(jī)械摩阻、泵筒彎曲、襯套拉槽、雙閥漏失、正常、泵筒中部磨大；</p><p>　　圖4-5 上下沖程特征故障類</p><p>　　窄條或不出類很容易根據(jù)泵效、功圖最大載荷、功圖最小載荷以及功圖面積來(lái)判斷：a 示功圖面積不要正常示功圖面積的四分之一；b除了抽噴外泵效基本為0；符合上述

87、兩條的可以劃分為窄條或不出類。</p><p>　　第五章 有桿抽油井診斷實(shí)例</p><p>　　示功圖診斷是當(dāng)前有桿抽油井生產(chǎn)工況診斷最普遍方法。及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握有桿抽油系統(tǒng)的工作狀況，診斷油井所存在的問(wèn)題，制定合理的技術(shù)措施，使油井及時(shí)恢復(fù)正常生產(chǎn)，可提高作業(yè)效率和油井產(chǎn)量[1]。下面以新疆油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，對(duì)工況進(jìn)行診斷。</p><p>　　5.1 診斷程

88、序界面</p><p>　　圖5-1 程序主界面</p><p>　　5.2 油井工況診斷分析</p><p>　　應(yīng)用抽油機(jī)井地面測(cè)試儀測(cè)得地面示功圖，通過(guò)自己所編寫的有桿抽油系統(tǒng)診斷程序，對(duì)抽油系統(tǒng)的設(shè)備工況進(jìn)行診斷分析。井下診斷技術(shù)可以求得抽油桿柱不同深度的載荷和位移數(shù)值，從而繪制泵的示功圖。</p><p>　　泵功圖反映了井下設(shè)備的

89、工作狀況。通過(guò)觀察泵功圖的形狀，可以分析井下泵的工況。以下以新疆油田兩口生產(chǎn)井為例應(yīng)用程序進(jìn)行診斷實(shí)例計(jì)算。</p><p><b>　　例一：</b></p><p>　　油井基本數(shù)據(jù)資料如下表：</p><p><b>　　懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算：</b></p><p>　　對(duì)于常規(guī)型抽油機(jī)CYJ10-

90、3-53HB，采用所編程序輸入各參數(shù)計(jì)算得各運(yùn)動(dòng)關(guān)系曲線分別為：</p><p>　　圖5-2 懸點(diǎn)位移曲線</p><p>　　圖5-3 懸點(diǎn)速度曲線</p><p>　　圖5-4 懸點(diǎn)加速度曲線</p><p><b>　　井下設(shè)備工況診斷:</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合

91、前面得出的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律作為邊界條件，根據(jù)波動(dòng)方程求解模型編制的程序，對(duì)抽油桿分成n個(gè)節(jié)點(diǎn)求出每個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移，從而求出泵載荷、位移關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下設(shè)備工況進(jìn)行診斷得：</p><p>　　輸入各參數(shù)，計(jì)算得出泵功圖為：</p><p>　　圖5-5 診斷井下示功圖</p><p>　　經(jīng)診斷分析，從泵功圖可以看出該井氣體影響的特征十分明顯。</p&

92、gt;<p>　　因此根據(jù)診斷結(jié)果，應(yīng)當(dāng)采取措施減小游離氣的影響，可以加大泵掛深度或加深油管至產(chǎn)層，并控制套壓，使部分氣體從油套環(huán)空排出，減少泵中游離氣的進(jìn)入量。</p><p><b>　　例二：</b></p><p>　　油井基本數(shù)據(jù)資料如下表：</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)得泵工況診斷泵示功圖（圖5-6），與實(shí)測(cè)泵示功圖

93、（圖5-7）進(jìn)行對(duì)比分析，</p><p>　　圖5-7 實(shí)測(cè)泵示功圖</p><p>　　圖5-6 診斷泵示功圖</p><p>　　經(jīng)診斷分析，從泵功圖可以看出該井泵示功圖為一矩形，認(rèn)為工況診斷正常，抽油系統(tǒng)正常生產(chǎn)。 </p><p><b>　　第六章 結(jié)論</b></p><p>　　本

94、文根據(jù)抽油機(jī)的幾何結(jié)構(gòu),建立了抽油機(jī)懸點(diǎn)位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)規(guī)律。通過(guò)抽油機(jī)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和懸點(diǎn)實(shí)測(cè)示功圖得出診斷模型的邊界條件，針對(duì)不同材質(zhì)的組合抽油桿柱，對(duì)抽油桿微元體受力分析,建立描述抽桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程。并結(jié)合邊界條件，通過(guò)有限差分法求解波動(dòng)方程得到井下抽油桿柱任意斷面的位移和載荷，利用VB語(yǔ)言編寫程序計(jì)算出抽油桿柱的位移和載荷，繪出泵示功圖。</p><p>　　通過(guò)本設(shè)計(jì)，得出了以下幾點(diǎn)

95、結(jié)論：</p><p>　　分析抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，建立常規(guī)型抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型，繪出了抽油機(jī)懸點(diǎn)位移、速度、加速度的曲線圖；</p><p>　　通過(guò)建立診斷數(shù)學(xué)模型，然后利用VB語(yǔ)言編寫程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行數(shù)值求解，計(jì)算出各級(jí)抽油桿柱截面和泵上的載荷及位移，從而繪出井下示功圖，并根據(jù)它們來(lái)判斷和分析井下工況，實(shí)現(xiàn)有桿抽油系統(tǒng)工況的計(jì)算機(jī)診斷；</p><p>　　根據(jù)

96、所編程序?qū)?shí)際生產(chǎn)井進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，診斷油井工況，驗(yàn)證模型的正確性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 崔振華、余國(guó)安等. 有桿抽油系統(tǒng)，北京:石油工業(yè)出版社，1994年.</p><p>　　[2] 李穎川主編.采油工程.北京:石油工業(yè)出版社，2002年6月.</p><p>　　

97、[3] 余國(guó)安、烏亦炯.有桿泵抽油井的三維振動(dòng)，石油學(xué)報(bào)，NO.2，1989年.</p><p>　　[4] 董世民.抽油機(jī)井動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算機(jī)仿真與系統(tǒng)優(yōu)化. 北京:石油工業(yè)出版社，2003年.</p><p>　　[5] 高國(guó)華、余國(guó)安、彭勇等.有桿抽油井故障診斷技術(shù)的新發(fā)展，1991年抽油井診斷技術(shù)研討會(huì)論文集，1991年.</p><p>　　[6] 王常斌、陳

98、濤平.游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)計(jì)算. NO.2，1998年.</p><p>　　[7] 王鴻勛、張淇.采油工藝原理.北京:石油工業(yè)出版社，1989: 44-56.</p><p>　　[8] 王九松.抽油井診斷圖形分析.石油工業(yè)出版社，1994年1月.</p><p>　　[9] 高國(guó)華、余國(guó)安等.有桿抽油井泵功圖的幾何特征分析法.第四次國(guó)際石油工程會(huì)議論文集

99、，1992年.</p><p>　　[10] 胡辰、王津.預(yù)測(cè)地面示功圖的簡(jiǎn)便方法.石油機(jī)械.1997，12(25).</p><p>　　[11] 程憲侃.示功圖圖解法的井下診斷技術(shù)，石油學(xué)報(bào)，NO.4，1984.</p><p>　　[12] H.B.布雷德利[美].石油工程手冊(cè)(上、采油工程).北京:石油工業(yè)出社，1992年. </p><

100、p>　　[13] 陸金莆.偏微分方程數(shù)值解法.北京:清華大學(xué)出版社，1986年4月.</p><p>　　[14] 周赤峰.利用泵功圖進(jìn)行沖程定量分析的方法.石油鉆采工藝，1994年(第16卷)第5期.</p><p>　　[15] 武曉東、張琪等.高凝、高粘油抽油機(jī)井診斷技術(shù).石油大學(xué)學(xué)報(bào).1994年.</p><p>　　[16] P.A.Lollback

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102、ng API 11L spe 18188,1988.</p><p>　　[18] Gibbs, S.G. and Neely, A.B. “Computer Diagnosis of Downhole Conditions in Sucker Rod Pumping Wells”, J. Pet. Tech., Jan. 1966.</p><p>　　[19] S.G.Gibbs，De

103、sign and diagnosis of deviated rod-pumped well,SPE22787.1991.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文自始至終是在XX老師悉心指導(dǎo)下完成的。從選題文獻(xiàn)調(diào)研、研究深度、關(guān)鍵技術(shù)思路、論文的結(jié)構(gòu)等各個(gè)方面，都傾注了老師大量的精力和心血。X老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，明晰的科學(xué)研究思路、高度的責(zé)

104、任感、令我受益非淺，老師在學(xué)習(xí)和生活中所給予的指導(dǎo)、幫助和諄諄教誨使我終生難忘。在此，向X老師表示最誠(chéng)摯的感謝！</p><p>　　最后還要感謝我的家人對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上莫大的支持！</p><p>　　附錄1 診斷模型求解程序代碼</p><p>　　Private Sub zhenduan_click() </p><p>　　Dim

105、K As Integer</p><p>　　Dim I As Integer, ii As Integer</p><p>　　Dim J As Integer</p><p>　　Dim sumrodl As Single</p><p>　　Dim kk As Integer</p><p>　　Dim jj A

106、s Integer</p><p>　　Dim yita(0 To 100) As Single</p><p>　　For I = 1 To oilrod.JiShu</p><p>　　rodaa(I) = 0</p><p>　　rodbb(I) = 0</p><p>　　rodcc(I) = 0</p&

107、gt;<p><b>　　Next I</b></p><p>　　For I = 1 To oilrod.totalnod </p><p>　　For J = 0 To oilrod.Ntime </p><p>　　U(I, J) = 0</p><p><b>　　Next J

108、</b></p><p><b>　　Next I</b></p><p>　　For I = 0 To tnod</p><p>　　U(I, 0) = 0</p><p>　　U(I, 1) = U(I, 0)</p><p><b>　　Next I</b>

109、</p><p>　　For I = 0 To oilrod.Ntime</p><p>　　U(1, I) = -flex_stress(0, I) * oilrod.dertx(1) / (oilrod.Er(1) * oilrod.rodarea(1)) + U(0, I)</p><p>　　' Syangjian = U(2, 1) - U(1,

110、1)</p><p>　　' PpumpN(0, I) = (oilrod.Er(I) * oilrod.rodarea(I)) * Syangjian / oilrod.dertx(I)</p><p><b>　　Next I</b></p><p>　　U(0, oilrod.Ntime + 1) = U(0, 1)</p&

111、gt;<p>　　U(1, oilrod.Ntime + 1) = U(1, 1)</p><p>　　''計(jì)算一級(jí)桿柱的位移</p><p>　　For I = 1 To oilrod.totalnod - 1</p><p>　　For J = 1 To oilrod.Ntime</p><p>　　Hyan

112、gjian = 1 + oilrod.rodc(1) * oilrod.derttime</p><p>　　Gyangjian = oilrod.dertx(1) / oilrod.Volosity(1) * oilrod.derttime</p><p>　　Fyangjian = 2 + oilrod.rodc(1) * oilrod.derttime</p><

113、p>　　Dyangjian = Hyangjian * U(I, J + 1) - Fyangjian * U(I, J) + U(I, J - 1)</p><p>　　U(I + 1, J) = Gyangjian ^ 2 * Dyangjian + 2 * U(I, J) - U(I - 1, J) </p><p><b>　　Next J</b>&

114、lt;/p><p>　　U(I + 1, 0) = U(I + 1, oilrod.Ntime)</p><p>　　U(I + 1, oilrod.Ntime + 1) = U(I + 1, 1)</p><p><b>　　Next I</b></p><p><b>　　'以下是求靜位移</b&

115、gt;</p><p>　　For I = 0 To oilrod.JiShu</p><p>　　Weight = 0: yita(0) = 0: Temps = 0: yita(1) = 0</p><p>　　If I > 0 Then</p><p>　　For X = I + 1 To oilrod.JiShu</p&

116、gt;<p>　　Weight = Weight + oilrod.density(X) * 9.81 * oilrod.rodarea(X) * oilrod.rodl(X) * (1 - liquiddensity / oilrod.density(X))</p><p><b>　　Next X</b></p><p>　　Temps = (0.5

117、 * oilrod.density(I) * oilrod.rodl(I) * gravity * oilrod.rodarea(I) * (1 - liquiddensity / oilrod.density(I)) + Weight) * oilrod.rodl(I) / (oilrod.Er(I) * oilrod.rodarea(I))</p><p>　　yita(I) = Temps + yita(I

118、 - 1) 'I級(jí)桿在浮力重力作用下的靜伸長(zhǎng)量</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Next I</b></p><p>　　For J = 0 To oilrod.Ntime</p><p>　　I = oilrod.totalnod&

119、lt;/p><p>　　Uzhenduan(I, J) = U(I, J) + yita(1)</p><p><b>　　Next J</b></p><p><b>　　'求泵載荷</b></p><p>　　For ii = 0 To oilrod.Ntime</p><

120、;p>　　' flex_stress(oilrod.totalnod, ii) = oilrod.Er(1) * oilrod.rodarea(1) / (12 * oilrod.dertx(1)) * (-25 * U(oilrod.totalnod, ii) + 48 * U(oilrod.totalnod - 1, ii) - 36 * U(oilrod.totalnod - 2, ii) + 16 * U(oilr

121、od.totalnod - 3, ii) - 3 * U(oilrod.totalnod - 4, ii))</p><p>　　flex_stresszhenduan(oilrod.totalnod, ii) = -(1.5 * U(oilrod.totalnod, ii) - 2 * U(oilrod.totalnod - 1, ii) + 0.5 * U(oilrod.totalnod - 2, ii))