论文部分内容阅读
摘 要：本文针对抽油机井采用四化采集设备对示功图自动采集时，因采集设备的安装、调试、运行等过程中经常出现的，非油井自身原因而导致的异常功图进行分析，并找出问题所在，并提供解决方法，可为现场在安装过程中避免出现类似问题提供参考，以及为维护、维修提供故障诊断依据，同时也为功图在使用时避免对油井生产状况产生错误判断提供参考。
关键词：功图死点，功图周期，数据对，死点开关，载荷传感器
随着胜利油田四化建设的不断深入，四化采集的数据在油田生产中的应用也越来越广泛，地位也越来越重要，抽油机井示功图的采集手段也由人工长周期采集为主改变为四化设备自动高密度的采集，但在这些设备的安装，调试以及运行过程中会产生各种各样的新的非油井自身原因引起的异常功图，这就需要相关操作人员了解并掌握导致这些异常的原因，要分析其原因首先要了解其基本工作过程。
一、四化功图采集的基本过程
四化现场所用的功图采集设备虽然有不同的厂家，采集方法也不尽相同，但其最终采集的结果均为标准结构的数据。
所采集数据的主体部分绝大多数为200个数据对，每对数据包含一个位移数据和一个与之相对应的载荷数据，用这些数据再配合辅助数据就可以描述一个完整的示功图。其中的载荷数据来源于安装在井口光杆悬绳器上的载荷传感器，而位移数据获取方式较多，有角位移、死点开关、一体化传感器等，下面就这几种常见的方式予以简单介绍：
1.1角位移传感器采集位移数据的过程
角位移传感器适于游梁式抽油机，通常安装于游梁前臂的下方，随着游梁的上下摆动，该传感器可以感知游梁摆动的角度，用该角度与预先设定好的前臂参数即可计算出光杆上下运行的方向和距离，进而即可计算出位移数据，但该传感器安装是有方向性的，如果装反了，其上、下冲程以及载荷数据的时序均会颠倒。
1.2死点开关采集位移数据的过程以及安装要求
死点开关适用于游梁式抽油机、塔式等抽油机，抽油机在运转的过程中，每一个周期激活一次，通常采用磁场接近激活，每次激活，认为一个周期的结束和下一周期的开始。但用该种传感器使用前需预先标定，即需要通过位移校准器标定死点所处冲程的位置，以及实际冲程与时序的关系。标定完成后，正常使用时，就可以根据死点来确定周期的开始和结束并根据时序关系来确定位移数据。该传感器因无法感知激活的方向，为调试方便，现场通常安装在下死点位置。
二、几种在四化采集中常见的异常功图
抽油机井正常生产时的示功图其形状接近于平行四边形，但因现场设备的操作、运行、人为错误等原因常会出现各种异常图形，这类图形与油井本身异常图形又有较大差别，下面分别进行分析。
2.1 示功图镜像翻转
在现场中，有时会见到镜像翻转的示功图，总结常见于两种原因，一是，XHH43-X45井，左侧为该井正常示功图，右侧为异常示功图，落实现场发现，该井使用角位移传感器，对其更换电池后装反所致，将其按照正确方式安装后，功图恢复正常。
造成这种图形的另一种原因，常见于皮带式抽油机，该种抽油机对电机的转向没有确切的要求，但在使用中会因更换电机，接线等原因导致电机反转，该井所采集的示功图也会呈现镜像反转，SNSH3-3-71井，左侧为该井正常示功图，右侧为异常示功图，该井采用皮带式抽油机，出现这种图形是在更换电机接线后出现的，对于这种情况，对电机进行调向或重新位移标定后，示功图即可恢复正常。
2.2位移零点超前与滞后
对于依赖死点开关采集功图的井，如果死点位置发生移动，其所采集的功图也会发生变化。如图3，XHH75-X74井，左侧为该井正常示功图，右侧为异常示功图，从图中可以看出右侧的异常图有些类似油井双漏的功图，即功图的上、下死点位置变得圆滑。出现该问题后，落实油井生产正常，对该井四化设备检查时发现，该井的死点磁铁在近期维护抽油机时被移动，比原位置滞后30CM左右。
该井磁铁相位的滞后，会让四化采集设备误认为，下死点位置还没有到，而此时载荷已经进入了上升段，于是就会造成功图左下角处圆圈内的斜线，该图右上角的异常原因与此相同。磁铁调整到原位置后，功图恢复正常。
与上一井类似，XHH43-X39井，其右半部分的图形极类似于供液不足的示功图，分析其原因为，磁铁位置比正常位置相位提前，采集设备认为下死点已经到达，开始记录上行段数据，而实际上，下行段并未结束，造成有半米左右的载荷数据没有上升，如图中圆圈内所示，图中右上角的异常同理。
2.3 操作不规范，位移标定受限
采用死点法采集功图的设备在使用前通常需要用位移校准器进行标定，受到现场设备等因素影响，如防盗箱过高，井口无适宜悬挂位置，人为操作而导致位移校准器的拉线不能与光杆平行，甚至其下端比光杆的下死点悬点还高，以这种方式标定出来的功图会导致如图5左侧所示现象，接近下死点附近的载荷数据均被挤压在很小的位移范围内，功图左下角应该出现的锐角也未出现，同时该井的冲程比实际的要短。对该井按照标准操作重新标定后，恢复正常。
2.4 功图周期与实际不符
四化采集到的异常功图中常见采集周期大于或小于实际周期，常见原因有异常磁场干扰，死点故障以及其它电器设备的干扰。
1、异常磁场干扰
在四化功图采集设备安装前，会有部分井安装过其它类似的功图采集设备，其遗留的磁铁会对新安装的设备造成干扰，如XHH100-X40井，该井使用皮带式抽油机，该井设备安装完成后，也顺利标定完成，可采集到却是异常功图。如图6左侧为该井正常功图，右侧所示的2种功图随机出现，經过对现场检查发现，在该井抽油机的链条上，与本次安装完全对称的位置安装有另一块磁铁，那块磁铁是以前功图采集设备所遗留的，对称的位置导致周期检测时不会发现两次周期的不同，可以通过检测，但会导致实际采集数据时，会将上半个冲程的数据映射成一个周期，如图6中间所示，或者将下半个冲程的数据映射成一个周期如图右侧，将干扰磁铁去除重新标定后，功图恢复正常。
2、电路信号干扰导致图形混乱
采用有线死点采集功图的井，其死点信号是通过检测RTU的DI7或DI9来实现的，现场常发现部分井控制柜干扰严重，尤其是抽油机在变频运行时，此时会导致四化设备采集功图周期的错误，常见采集周期比实际周期短，采集的功图也是由部分功图数据映射成一个周期的图形，混乱不堪。
3、死点开关运行不稳定导致多周期图形
采用有线死点采集功图的井，常见死点开关因磁场减弱或其本身灵敏度下降，或其它原因导致工作不稳定，致使周期信号变长，此时采集的功图冲次明显变慢，功图为多个周期功图叠加而成。
2.5磁铁失效，沾满异物
对于使用皮带式抽油机的井，激活死点开关用的磁铁大部分是吸附在抽油机内部的链条上的，该磁铁会周期性的浸入机油中，并吸附机油中的铁屑，当铁屑积累到一定量时，该磁铁外在表现的磁场强度就很弱，死点开关也就难以感应到磁场的存在，进而导致功图不能正常采集。与此类似，游梁式抽油机，也会出现因磁铁吸附大量抽油机掉落的铁锈，铁渣等异物，导致磁铁的失效的情况。
三、结论
以上是四化示功图采集设备运行中常见的几个问题，既有设备本身的问题，也有安装调试的问题，根据现象，通过原理入手，结合现场所发现问题很容易找的症结所在，维修也就事半功倍，同时在功图的使用和分析中，为避免对油井的生产情况产生错误的判断提供了参考。
参考文献：
[1]邹艳霞.采油工艺技术.石油工业出版社，2011
[2]万仁溥.采油技术手册.石油工业出版社，1998
[3]魏红玲.电工与电子技术.邮电大学出版社，2017
关键词：功图死点，功图周期，数据对，死点开关，载荷传感器
随着胜利油田四化建设的不断深入，四化采集的数据在油田生产中的应用也越来越广泛，地位也越来越重要，抽油机井示功图的采集手段也由人工长周期采集为主改变为四化设备自动高密度的采集，但在这些设备的安装，调试以及运行过程中会产生各种各样的新的非油井自身原因引起的异常功图，这就需要相关操作人员了解并掌握导致这些异常的原因，要分析其原因首先要了解其基本工作过程。
一、四化功图采集的基本过程
四化现场所用的功图采集设备虽然有不同的厂家，采集方法也不尽相同，但其最终采集的结果均为标准结构的数据。
所采集数据的主体部分绝大多数为200个数据对，每对数据包含一个位移数据和一个与之相对应的载荷数据，用这些数据再配合辅助数据就可以描述一个完整的示功图。其中的载荷数据来源于安装在井口光杆悬绳器上的载荷传感器，而位移数据获取方式较多，有角位移、死点开关、一体化传感器等，下面就这几种常见的方式予以简单介绍：
1.1角位移传感器采集位移数据的过程
角位移传感器适于游梁式抽油机，通常安装于游梁前臂的下方，随着游梁的上下摆动，该传感器可以感知游梁摆动的角度，用该角度与预先设定好的前臂参数即可计算出光杆上下运行的方向和距离，进而即可计算出位移数据，但该传感器安装是有方向性的，如果装反了，其上、下冲程以及载荷数据的时序均会颠倒。
1.2死点开关采集位移数据的过程以及安装要求
死点开关适用于游梁式抽油机、塔式等抽油机，抽油机在运转的过程中，每一个周期激活一次，通常采用磁场接近激活，每次激活，认为一个周期的结束和下一周期的开始。但用该种传感器使用前需预先标定，即需要通过位移校准器标定死点所处冲程的位置，以及实际冲程与时序的关系。标定完成后，正常使用时，就可以根据死点来确定周期的开始和结束并根据时序关系来确定位移数据。该传感器因无法感知激活的方向，为调试方便，现场通常安装在下死点位置。
二、几种在四化采集中常见的异常功图
抽油机井正常生产时的示功图其形状接近于平行四边形，但因现场设备的操作、运行、人为错误等原因常会出现各种异常图形，这类图形与油井本身异常图形又有较大差别，下面分别进行分析。
2.1 示功图镜像翻转
在现场中，有时会见到镜像翻转的示功图，总结常见于两种原因，一是，XHH43-X45井，左侧为该井正常示功图，右侧为异常示功图，落实现场发现，该井使用角位移传感器，对其更换电池后装反所致，将其按照正确方式安装后，功图恢复正常。
造成这种图形的另一种原因，常见于皮带式抽油机，该种抽油机对电机的转向没有确切的要求，但在使用中会因更换电机，接线等原因导致电机反转，该井所采集的示功图也会呈现镜像反转，SNSH3-3-71井，左侧为该井正常示功图，右侧为异常示功图，该井采用皮带式抽油机，出现这种图形是在更换电机接线后出现的，对于这种情况，对电机进行调向或重新位移标定后，示功图即可恢复正常。
2.2位移零点超前与滞后
对于依赖死点开关采集功图的井，如果死点位置发生移动，其所采集的功图也会发生变化。如图3，XHH75-X74井，左侧为该井正常示功图，右侧为异常示功图，从图中可以看出右侧的异常图有些类似油井双漏的功图，即功图的上、下死点位置变得圆滑。出现该问题后，落实油井生产正常，对该井四化设备检查时发现，该井的死点磁铁在近期维护抽油机时被移动，比原位置滞后30CM左右。
该井磁铁相位的滞后，会让四化采集设备误认为，下死点位置还没有到，而此时载荷已经进入了上升段，于是就会造成功图左下角处圆圈内的斜线，该图右上角的异常原因与此相同。磁铁调整到原位置后，功图恢复正常。
与上一井类似，XHH43-X39井，其右半部分的图形极类似于供液不足的示功图，分析其原因为，磁铁位置比正常位置相位提前，采集设备认为下死点已经到达，开始记录上行段数据，而实际上，下行段并未结束，造成有半米左右的载荷数据没有上升，如图中圆圈内所示，图中右上角的异常同理。
2.3 操作不规范，位移标定受限
采用死点法采集功图的设备在使用前通常需要用位移校准器进行标定，受到现场设备等因素影响，如防盗箱过高，井口无适宜悬挂位置，人为操作而导致位移校准器的拉线不能与光杆平行，甚至其下端比光杆的下死点悬点还高，以这种方式标定出来的功图会导致如图5左侧所示现象，接近下死点附近的载荷数据均被挤压在很小的位移范围内，功图左下角应该出现的锐角也未出现，同时该井的冲程比实际的要短。对该井按照标准操作重新标定后，恢复正常。
2.4 功图周期与实际不符
四化采集到的异常功图中常见采集周期大于或小于实际周期，常见原因有异常磁场干扰，死点故障以及其它电器设备的干扰。
1、异常磁场干扰
在四化功图采集设备安装前，会有部分井安装过其它类似的功图采集设备，其遗留的磁铁会对新安装的设备造成干扰，如XHH100-X40井，该井使用皮带式抽油机，该井设备安装完成后，也顺利标定完成，可采集到却是异常功图。如图6左侧为该井正常功图，右侧所示的2种功图随机出现，經过对现场检查发现，在该井抽油机的链条上，与本次安装完全对称的位置安装有另一块磁铁，那块磁铁是以前功图采集设备所遗留的，对称的位置导致周期检测时不会发现两次周期的不同，可以通过检测，但会导致实际采集数据时，会将上半个冲程的数据映射成一个周期，如图6中间所示，或者将下半个冲程的数据映射成一个周期如图右侧，将干扰磁铁去除重新标定后，功图恢复正常。
2、电路信号干扰导致图形混乱
采用有线死点采集功图的井，其死点信号是通过检测RTU的DI7或DI9来实现的，现场常发现部分井控制柜干扰严重，尤其是抽油机在变频运行时，此时会导致四化设备采集功图周期的错误，常见采集周期比实际周期短，采集的功图也是由部分功图数据映射成一个周期的图形，混乱不堪。
3、死点开关运行不稳定导致多周期图形
采用有线死点采集功图的井，常见死点开关因磁场减弱或其本身灵敏度下降，或其它原因导致工作不稳定，致使周期信号变长，此时采集的功图冲次明显变慢，功图为多个周期功图叠加而成。
2.5磁铁失效，沾满异物
对于使用皮带式抽油机的井，激活死点开关用的磁铁大部分是吸附在抽油机内部的链条上的，该磁铁会周期性的浸入机油中，并吸附机油中的铁屑，当铁屑积累到一定量时，该磁铁外在表现的磁场强度就很弱，死点开关也就难以感应到磁场的存在，进而导致功图不能正常采集。与此类似，游梁式抽油机，也会出现因磁铁吸附大量抽油机掉落的铁锈，铁渣等异物，导致磁铁的失效的情况。
三、结论
以上是四化示功图采集设备运行中常见的几个问题，既有设备本身的问题，也有安装调试的问题，根据现象，通过原理入手，结合现场所发现问题很容易找的症结所在，维修也就事半功倍，同时在功图的使用和分析中，为避免对油井的生产情况产生错误的判断提供了参考。
参考文献：
[1]邹艳霞.采油工艺技术.石油工业出版社，2011
[2]万仁溥.采油技术手册.石油工业出版社，1998
[3]魏红玲.电工与电子技术.邮电大学出版社，2017