一種井下抽油泵工況的診斷方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種井下抽油泵工況的診斷方法和裝置，其中，該方法包括：根據(jù)抽油桿的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷抽油泵工況的方程組，并計(jì)算得到各級(jí)抽油桿截面之間的位移關(guān)系；離散化處理地面示功圖，得到抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及與各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移；再從距離抽油泵最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面至距離抽油泵最近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離抽油泵最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和與截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移，并繪制抽油泵功圖；將抽油泵功圖與預(yù)設(shè)的泵功圖進(jìn)行對(duì)比，確定井下抽油泵工況。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過采用上述方法，有效提高了井下抽油泵工況的診斷精度，保證了井下抽油泵工況診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專利說明】
一種井下抽油泵工況的診斷方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及石油勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井下抽油栗工況的診斷方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)下，對(duì)于油井的故障診斷主要是通過使用地面光桿動(dòng)力儀進(jìn)行的，具體地，先利 用地面光桿動(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，再對(duì)光桿示功圖 進(jìn)行解釋，以判斷油井與設(shè)備的故障。
[0003] 針對(duì)上述使用地面光桿動(dòng)力儀直接進(jìn)行井下抽油栗工況診斷的方法，為了提高其 診斷抽油栗工況的精度，主要可以有以下兩個(gè)方面：
[0004] 1)不斷改進(jìn)地面光桿動(dòng)力儀：
[0005] 例如：可以使用井下動(dòng)力儀直接繪制栗功圖，其工作原理是將井下動(dòng)力儀隨抽油 栗一起下入丼內(nèi)，利用井下動(dòng)力儀直接測量井下栗功圖。
[0006] 然而，這種方法成本很高，工藝也較復(fù)雜，因此難以有效地推廣應(yīng)用。
[0007] 2)不斷改進(jìn)光桿示功圖的解釋方法：
[0008] 目前，主要的改進(jìn)改進(jìn)光桿示功圖的解釋方法的方式是:先建立帶阻尼的波動(dòng)方 程作為描述應(yīng)力波在抽油桿柱中過程的基本微分方程，再通過傅里葉變換求解模型求解該 基本微分方程，可以得到抽油桿柱任意截面以及抽油栗的示功圖。
[0009] 然而，鑒于計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的限制，以及采用傅里葉變換求解方法收斂性差等因 素的限制，該方法也難以推廣應(yīng)用。
[0010] 針對(duì)上述如何簡單高效地提高抽油栗工況的診斷精度的問題，目前尚未提出有效 的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種井下抽油栗工況的診斷方法和裝置，以達(dá)到提高抽油栗 工況的診斷精度的目的。
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種井下抽油栗工況的診斷方法，該方法包括:獲取抽油機(jī) 的地面示功圖；根據(jù)抽油桿在井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷井下抽油栗工況的方 程組;根據(jù)所述井下抽油栗工況的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移 關(guān)系;對(duì)所述地面示功圖進(jìn)行離散化處理，得到所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及 與所述多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷中各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移;根據(jù)所述抽油 桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及所述相對(duì)應(yīng)的 懸點(diǎn)位移，從距離所述井下抽油栗最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面至距離所述井下抽油栗最近的一級(jí) 桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和與所述截 面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移;根據(jù)距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截 面位移繪制井下抽油栗功圖；將所述井下抽油栗功圖與預(yù)設(shè)的栗功圖進(jìn)行對(duì)比，確定所述 井下抽油栗的工作狀況。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述井下抽油栗工況的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí) 桿柱截面之間的位移關(guān)系，包括:采用有限差分法求解所述診斷井下抽油栗工況的方程組， 得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系方程。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系包括：
[0016] 其中，u表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，Δχ表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，At表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)，c表示 阻尼系數(shù)，a表示聲波速度。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算所述截面載荷，包括：
[0018] 當(dāng)所述抽油桿處于上沖程時(shí)，按照以下公式計(jì)算所述截面載荷：
[0020] FijNj = p〇(Ap-Ar)-piAP
[0021] 當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)，按照以下公式計(jì)算所述截面載荷：
[0023] F2jN,j = -p〇Ar
[0024] 其中，表示所述抽油桿的任意截面i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷，△ X表示沿所述抽油桿方 向上的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，j表示所述抽油桿步長的下標(biāo)，表示當(dāng)所 述抽油桿處于上沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，po表示所述抽油栗的排出壓力， Pl表示所 述抽油栗的吸入壓力，F(xiàn)um表示當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，AP 表示抽油栗柱塞截面積，Ar表示末端抽油桿截面積，Er表示抽油桿彈性模量。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，按照以下公式計(jì)算與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移：
[0026] s(i, j)=Usi+Uij
[0028] 其中，s(i，j)表示在不同時(shí)間段第i級(jí)抽油桿在j時(shí)刻的總位移，Usl表示在任意時(shí) 亥IJ第i級(jí)抽油桿的靜位移，1?表示在任意時(shí)刻第i級(jí)抽油桿的動(dòng)位移，表示不同時(shí)間段第 i級(jí)抽油桿由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例中還提供了一種井下抽油栗工況的診斷裝置，該裝置包括:獲取模 塊，用于獲取抽油機(jī)的地面示功圖；診斷方程獲取模塊，用于根據(jù)抽油桿在井下抽油過程中 的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷井下抽油栗工況的方程組;計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述井下抽油栗工況 的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系;離散化處理模塊，用于對(duì)所 述地面示功圖進(jìn)行離散化處理，得到所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及與所述多個(gè) 時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷中各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移;逐級(jí)計(jì)算模塊，用于根據(jù) 所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及所述 相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離所述井下抽油栗最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面至距離所述井下抽油栗最 近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和 與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移;栗功圖繪制模塊，用于根據(jù)距離所述井下抽油栗最近 的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截面位移繪制井下抽油栗功圖；工作狀況確定模塊，用于將 所述井下抽油栗功圖與預(yù)設(shè)的栗功圖進(jìn)行對(duì)比，確定所述井下抽油栗的工作狀況。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算模塊包括:位移關(guān)系方程獲取單元，用于采用有限差分 法求解所述診斷井下抽油栗工況的方程組，得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系 方程。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施例中，位移關(guān)系方程獲取單元用于按照以下公式計(jì)算所述抽油桿各級(jí) 桿柱截面之間的位移關(guān)系：
[0033] 其中，u表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，Δχ表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，At表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)，c表示 阻尼系數(shù)，a表示聲波速度。
[0034] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于計(jì)算所述截面載荷，包括：
[0035] 當(dāng)所述抽油桿處于上沖程時(shí)，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照以下公式計(jì)算所述截面 載荷：
[0037] FijNj = p〇(Ap-Ar)-piAP
[0038] 當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照以下公式計(jì)算所述截面 載荷：
[0040] F2jN,j = -p〇Ar
[0041] 其中，表示所述抽油桿的任意截面i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷，Δχ表示沿所述抽油桿方 向上的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，j表示所述抽油桿步長的下標(biāo)，表示當(dāng)所 述抽油桿處于上沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，po表示所述抽油栗的排出壓力， Pl表示所 述抽油栗的吸入壓力，F(xiàn)um表示當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，AP 表示抽油栗柱塞截面積，Ar表示末端抽油桿截面積，Er表示抽油桿彈性模量。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施例中，逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照以下公式計(jì)算與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的 截面位移：
[0045]其中，s(i，j)表示在不同時(shí)間段第i級(jí)抽油桿在j時(shí)刻的總位移，usl表示在任意時(shí) 亥IJ第i級(jí)抽油桿的靜位移，1?表示在任意時(shí)刻第i級(jí)抽油桿的動(dòng)位移，表示不同時(shí)間段第 i級(jí)抽油桿由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量。
[0046] 在本發(fā)明實(shí)施例中，先對(duì)地面示功圖進(jìn)行離散化處理，以得到抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間 段的懸點(diǎn)載荷以及與懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移;然后根據(jù)抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位 移關(guān)系、抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離井下抽油栗最遠(yuǎn) 的一級(jí)桿柱截面至距離井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離井下抽油栗最 近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和與截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移;根據(jù)距離井下抽油栗最近 的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截面位移繪制井下抽油栗功圖；將井下抽油栗功圖與預(yù)設(shè)的 栗功圖進(jìn)行對(duì)比，確定井下抽油栗的工作狀況，從而有效提高了井下抽油栗工況的診斷精 度，保證了井下抽油栗工況診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0047] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0048] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種井下抽油栗工況的診斷方法的流程圖；
[0049] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的抽油栗完全上沖程特征故障類的示意圖；
[0050] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的抽油栗完全下沖程特征故障類的示意圖；
[0051 ]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的抽油栗上下沖程特征故障類的示意圖；
[0052]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的利用一種井下抽油栗工況的診斷方法對(duì)某地區(qū)進(jìn)行抽油栗 工況診斷得到的栗功圖；
[0053]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的利用一種井下抽油栗工況的診斷方法對(duì)另外一個(gè)地區(qū)進(jìn)行 抽油栗工況診斷得到的栗功圖；
[0054]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的一種井下抽油栗工況的診斷裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對(duì) 本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0056] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)的抽油栗工況診斷方法在診斷精度方面所存在的缺陷，發(fā)明人考 慮到可以對(duì)地面示功圖進(jìn)行離散化處理以得到抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及與懸 點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移;然后逐級(jí)計(jì)算到抽油栗的位移和載荷，從而確定抽油栗的工作 狀況。具體地，本發(fā)明實(shí)施例所提供的井下抽油栗工況的診斷方法，如圖1所示，可以包括以 下步驟：
[0057]步驟101:獲取抽油機(jī)的地面示功圖；
[0058] 抽油系統(tǒng)一般是包括:抽油機(jī)、抽油桿、抽油栗，即，需要抽油機(jī)、抽油桿、抽油栗三 者的配合才可以實(shí)現(xiàn)抽油。
[0059]其中，抽油機(jī)是開采石油的一種機(jī)器設(shè)備，俗稱"磕頭機(jī)"，通過加壓的辦法使石油 出井。當(dāng)抽油機(jī)上沖程時(shí)，油管彈性收縮向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械解堵采油器向上運(yùn)動(dòng)，撞擊滑 套產(chǎn)生振動(dòng)；同時(shí)，正向單流閥關(guān)閉，變徑活塞總成封堵油當(dāng)抽油機(jī)下沖程時(shí)，油管彈性伸 長向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械解堵采油器向下運(yùn)動(dòng)，撞擊滑套產(chǎn)生振動(dòng)；同時(shí)，反向單流閥部分關(guān) 閉，變徑活塞總成仍然封堵油套環(huán)形油道，使反向單流閥下方區(qū)域形成高壓區(qū)，這一運(yùn)動(dòng)又 對(duì)地層內(nèi)的油流通道產(chǎn)生一種反向的沖擊力。
[0060] 抽油桿是抽油機(jī)井的細(xì)長桿件，它上接光桿，下接抽油栗起傳遞動(dòng)力的作用。就整 個(gè)有桿抽油生產(chǎn)系疵而言，還可以包括供給流體的油層、用于懸掛抽油栗并作為舉升流體 通道的油管柱、井下器具(油管錨、氣錨、砂錨等）、油套管環(huán)形空間及井口裝置等。
[0061] 抽油栗是由抽油機(jī)帶動(dòng)把井內(nèi)原油抽到地面的井下裝置，可以由栗筒、吸入閥、活 塞、排除閥四大部分組成。按照抽油栗在井下的固定方式，可分為管式栗和桿式栗。
[0062] 地面示功圖是反映抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷隨其位移變化規(guī)律的圖形。它是對(duì)抽油機(jī)一個(gè) 抽吸周期進(jìn)行檢測所得到的封閉曲線。
[0063] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所檢測地面示功圖設(shè)備為普通的地面示功儀，通過該地面示 功儀檢測抽油桿的懸點(diǎn)載荷和所對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移。
[0064]地面示功儀可以理解為一種儀器，它是將抽油桿作為抽油桿桿柱應(yīng)力波傳播的載 體，將地面測試數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)模型轉(zhuǎn)換為井下測試數(shù)據(jù)，間接地獲取的井下栗工況數(shù)據(jù)， 從而對(duì)井下栗工況做出定量的判斷，并采取相應(yīng)的措施。
[0065] 進(jìn)一步地，在獲取抽油機(jī)的地面示功圖的過程中，有時(shí)還需要收集以下數(shù)據(jù)中的 一種或多種:抽油機(jī)的沖程、沖次;抽油桿的桿柱組合、材質(zhì)、密度、直徑;抽油栗的栗徑等。
[0066] 步驟102:根據(jù)抽油桿在井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷井下抽油栗工況的 方程組；
[0067] 在本實(shí)施例中，分析抽油桿井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，從以下三個(gè)方面建立診 斷井下抽油栗工況的方程組，分別是:考慮阻尼的抽油桿應(yīng)力波傳動(dòng)方程、抽油桿的邊界條 件以及抽油桿的連續(xù)性條件，下面分別對(duì)這三個(gè)方面進(jìn)行具體描述：
[0068] S2-1:考慮阻尼的抽油桿應(yīng)力波傳動(dòng)方程：
[0069]具體地，本發(fā)明進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)所采用的數(shù)學(xué)模型為考慮阻尼的抽油桿應(yīng)力波傳 動(dòng)方程，所述的波動(dòng)方程具體指的是，在一定的假設(shè)條件下，直井有桿栗抽油系統(tǒng)抽油桿在 工作時(shí)，任意井深位置處截取單元桿段和微元段進(jìn)行單元體受力分析所得到的抽油桿柱動(dòng) 力學(xué)特性的波動(dòng)方程，由下式表示：
[0071]
表示聲波傳遞速度
，〇表示阻尼系數(shù)，u表示抽油機(jī)在 不同時(shí)間段的位移。
[0072] 具體地，抽油桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程是一個(gè)線性二階偏微分方程，必須結(jié)合 邊界條件才能求解。因此，在基本波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上還要確定方程的邊界條件。如果是多級(jí) 桿還要確定連續(xù)性條件，才能形成完整的診斷井下抽油栗工況的方程組。
[0073] S2-2:抽油桿的邊界條件確定：
[0074] 在本實(shí)施例中，對(duì)于單級(jí)桿，可以由地面測試數(shù)據(jù)和胡克定律確定抽油桿的邊界 條件。
[0075] 具體地，抽油桿的邊界條件確定方法如下：
[0077]其中，U (t)表示實(shí)際測得的抽油機(jī)在不同時(shí)間段的懸點(diǎn)位移，Wr表示抽油桿柱在 井液中的重量，L(t)表示實(shí)際測得的抽油機(jī)在不同時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷，D(t)表示光桿實(shí)際 測得的動(dòng)載荷，E表示抽油桿彈性模量，A表示抽油桿截面積，F(xiàn)(x，t)表示抽油桿動(dòng)載荷，U (x，t)表示抽油桿位移。
[0078] S2-3:抽油桿的連續(xù)性條件：
[0079] 根據(jù)多級(jí)抽油桿桿的各級(jí)桿柱截面處的位移和載荷相等來確定連續(xù)性條件。
[0080] 具體地，對(duì)于不同材料的組合多級(jí)桿，連續(xù)性條件可以表示如下：
[0082] 其中，（F^h表示i節(jié)點(diǎn)處的一級(jí)抽油桿的載荷，（F^)2表示j節(jié)點(diǎn)處的兩級(jí)抽油桿 的載荷，（Ui,j)i表示i節(jié)點(diǎn)處的一級(jí)抽油桿的位移，（Ui,j)2表示j節(jié)點(diǎn)處的兩級(jí)抽油桿的位 移。
[0083] 最終，分析抽油桿在進(jìn)行井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，可以得到診斷井下抽油栗 工況的方程組，即，結(jié)合上述三種條件的方程組，可以總結(jié)如下：
[0085] 步驟103:根據(jù)所述井下抽油栗工況的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面 之間的位移關(guān)系；
[0086] 在本實(shí)施例中，可以采用有限差分法求解診斷井下抽油栗工況的方程組，從而得 到抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系方程。具體地，對(duì)于單級(jí)抽油桿可以采用等步長有 限差分方法求取抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系方程，對(duì)于多級(jí)抽油桿可以采用變步 長有限差分方法求取抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系方程。
[0087] 具體地，對(duì)式(2)以及式(3)進(jìn)行進(jìn)一步求解，可以得到：

[0091]其中，u表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，Δχ表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，At表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)。
[0092]將上述三個(gè)公式帶入式（1 )，并進(jìn)行整理，可以得到：
[0094]其中，u表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，△ X表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，At表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)，c表示 阻尼系數(shù)，a表示聲波速度。
[0095]該式是診斷模型的等步長有限差分解，當(dāng)有限差分解uu的系數(shù)是負(fù)值，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：
[0097] 由此，求解該波動(dòng)方程進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以看做是求解差分方程(4)，而該差分方程 可以線性方程組的形式用下式表示出來，式(5)就是普通的帶狀線性方程組，可應(yīng)用計(jì)算機(jī) 進(jìn)行求解。
[0098] Au = b (5)
[0099] 進(jìn)一步地，油田生產(chǎn)大多采用的是多級(jí)抽油桿，對(duì)抽油桿柱仿真計(jì)算需要分級(jí)進(jìn) 行。首先可以對(duì)第一級(jí)抽油桿進(jìn)行劃分，計(jì)算第一級(jí)抽油桿末端位移和載荷;然后以第一級(jí) 桿柱末端為第二級(jí)初始及邊界條件，劃分第二級(jí)抽油桿，計(jì)算第二級(jí)末端位移和底部 力……依次類推直至計(jì)算完成所有抽油桿，就可以根據(jù)最后一級(jí)末端位移和底部力畫出栗 示功圖。
[0100] 具體地，對(duì)于診斷模型，在滿足解收斂的條件下，時(shí)間步長Δ t越小，則抽油栗工況 診斷的精度越高，相應(yīng)的，診斷結(jié)果的計(jì)算時(shí)間越長。
[0101] 步驟104:對(duì)所述地面示功圖進(jìn)行離散化處理，得到所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸 點(diǎn)載荷以及與所述多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷中各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移；
[0102] 抽油機(jī)的懸點(diǎn)一般指的是驢頭的懸點(diǎn)，抽油桿通過光桿、毛辮子掛在驢頭上?？梢?通過地面示功儀在抽油機(jī)懸繩器處測取懸點(diǎn)載荷以及懸點(diǎn)位移。
[0103] 對(duì)井下抽油栗工況診斷的關(guān)鍵是對(duì)描述抽油桿動(dòng)力學(xué)特征的抽油桿應(yīng)力波傳動(dòng) 方程進(jìn)行求解，結(jié)合描述抽油桿振動(dòng)的微分方程的邊界條件和連續(xù)性條件，可以計(jì)算得到 抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系。再將抽油系統(tǒng)工作實(shí)際測得的示功圖進(jìn)行離散處 理，可以得到抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移。
[0104] 對(duì)于抽油桿多級(jí)桿柱，可以從距離井下抽油栗最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面即光桿的載荷 作為第一層邊界條件，以光桿的載荷和位移計(jì)算得到的位移作為第二層位移邊界條件，以 此類推采用補(bǔ)格法逐級(jí)計(jì)算出全部截面載荷以及截面位移，最后，根據(jù)距離井下抽油栗最 近的一級(jí)桿柱截面載荷以及與該截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移可以繪制出井下抽油栗處的 示功圖。
[0105] 步驟105:根據(jù)所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間 段的懸點(diǎn)載荷以及所述相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離所述井下抽油栗最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面至 距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離所述井下抽油栗最近的一級(jí) 桿柱截面載荷和與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移；
[0106] 具體地，抽油桿各級(jí)桿柱截面載荷以及與各級(jí)桿柱截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移分 別可以采用以下方法進(jìn)行計(jì)算：
[0107] 1)關(guān)于抽油桿各級(jí)桿柱截面位移：
[0108] 在本實(shí)施例中，差分方程(4)表示抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移。但是，在用差 分方程(4)計(jì)算各層的第一個(gè)級(jí)桿柱截面位移時(shí)，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)，Ui,j+i也是不存在的，因?yàn)閖 = l，2,3，···，n。例如，要計(jì)算m+i,i需要知道 Ui,0,而Ui,Q是不存在的；要計(jì)算Ui+Ι,η，需要知道Ui,n+1，同樣地，Ui,n+1也是不存在的。為解決這 個(gè)問題，可以根據(jù)周期函數(shù)特點(diǎn)，補(bǔ)充下列關(guān)系:出,0 = 1^,11;出,11+1 = 1^,1。實(shí)際上，這是抽油桿 應(yīng)力波傳動(dòng)方程的兩個(gè)初始條件，可以通過補(bǔ)格的方法求出全部未知點(diǎn)的位移。
[0109] 利用有限差分法求解時(shí)，一個(gè)很重要的問題就是結(jié)果的穩(wěn)定性。差分格式的計(jì)算 是逐層進(jìn)行的，當(dāng)計(jì)算Ui+l,j時(shí)，要用到上兩層計(jì)算出來的結(jié)果Ui-l,j、Ui,j和Ui,j+1，因此，計(jì)算 誤差必然會(huì)影響到u i+1,j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越大， 導(dǎo)致差分格式的精確解完全被掩蓋，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，那么，這種差分格式就認(rèn)為是穩(wěn)定的。
[0110] 可以得到，當(dāng)i = 0時(shí)，抽油桿第一級(jí)桿柱截面（即地面值)位移可以由位移傳感器 測得，即：
[0111] u(x，t) x=0 = u(t)=U〇,j
[0112] 當(dāng)i = l時(shí)，抽油桿第二級(jí)桿柱截面位移可以由載荷傳感器所測得的載荷和地面位 移、結(jié)合虎克定律獲得，BP:
[0114] 當(dāng)i多2時(shí)，即從第三級(jí)桿柱截面開始，可以結(jié)合式(4)所示的差分方程計(jì)算各節(jié)點(diǎn) 的位移。
[0115] 設(shè)抽油桿第i級(jí)桿的浮重為：
[0117] 其中，Wrbi表示第i級(jí)抽油桿在空氣中的重力，Wri表示第i級(jí)抽油桿在井液中的重 力，Pr表示抽油桿的密度，Pf表示抽油井中液體的密度。
[0118] 貝lj，長度為h的第i級(jí)抽油桿，由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量L可以表示為：
[0120]貝lj，第i級(jí)桿下端的靜位移usi可以表示為：
[0122] 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，即可以按照以下公式 計(jì)算與載荷相對(duì)應(yīng)的各級(jí)桿柱截面處的總位移：
[0123] s(i, j)=Usi+Uij
[0125] 其中，s(i，j)表示在不同時(shí)間段第i級(jí)抽油桿在j時(shí)刻的總位移，usl表示在任意時(shí) 亥IJ第i級(jí)抽油桿的靜位移，1?表示在任意時(shí)刻第i級(jí)抽油桿的動(dòng)位移，表示不同時(shí)間段第 i級(jí)抽油桿由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量。
[0126] 2)關(guān)于抽油桿各級(jí)桿柱截面載荷：
[0127] 同樣地，在任意時(shí)刻，抽油桿各級(jí)總載荷是動(dòng)載荷和靜載荷兩部分之和?？梢园凑?以下公式分別計(jì)算當(dāng)抽油桿處于上沖程或者下沖程時(shí)，抽油桿各級(jí)桿柱截面的總載荷：
[0128] 當(dāng)抽油桿處于上沖程時(shí)，可以按照以下公式計(jì)算截面的總載荷：
[0129] 總載荷 fut^Fij+Fmj
[0131] 靜載荷：FijN,j = p〇(AP-Ar)-piAP
[0132] 當(dāng)抽油桿處于下沖程時(shí)，可以按照以下公式計(jì)算截面的總載荷：
[0133] 總載荷:Fd_=Fij+FijN,j
[0135] 靜載荷:F2jN,j = _P〇Ar
[0136] 其中，F(xiàn)UP表示抽油桿處于上沖程時(shí)各級(jí)桿柱截面的總載荷，F(xiàn)d_表示抽油桿處于 下沖程時(shí)各級(jí)桿柱截面的總載荷，F(xiàn)ij表示所述抽油桿的任意截面i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷，Δχ表 示沿所述抽油桿方向上的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，j表示所述抽油桿步長的 下標(biāo)，F(xiàn)um表示當(dāng)所述抽油桿處于上沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，po表示所述抽油栗 的排出壓力， ？1表示所述抽油栗的吸入壓力，表示當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)所述抽 油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，AP表示抽油栗柱塞截面積，A r表示末端抽油桿截面積，Er表示抽油桿彈 性模量。
[0137] 進(jìn)一步地，在求解抽油桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程的過程中，還需要確定抽油桿 的阻尼系數(shù)。該阻尼系數(shù)可以通過以下方法確定: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;栗柱塞與栗筒之間的摩擦損失;栗閥和閥座內(nèi)孔的流體壓力損失等。目前計(jì)算粘滯 阻尼系數(shù)常采用張琪基于等摩擦功原理推導(dǎo)出的粘滯阻尼系數(shù)計(jì)算公式。
[0140] 其中，Dr表示抽油桿的直徑，Dt表示抽油管的內(nèi)徑，μ表示抽油桿中液體的動(dòng)力粘 度，Pr表示抽油桿的密度，Ar表示抽油桿截面積，L表示抽油桿長度。
[0141] 具體地，對(duì)于多級(jí)抽油桿的阻尼系數(shù)，可以通過分別求取各級(jí)抽油桿的阻尼系數(shù) 的平均值來求取抽油桿的阻尼系數(shù)。
[0142] 在實(shí)際應(yīng)用中，油田生產(chǎn)大多采用多級(jí)抽油桿桿，對(duì)抽油桿柱仿真計(jì)算需要分級(jí) 進(jìn)行。即，可以從距離井下抽油栗最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面即光桿的載荷作為第一層邊界條件， 以光桿的載荷和位移計(jì)算得到的位移作為第二層位移邊界條件，以此類推采用補(bǔ)格法逐級(jí) 計(jì)算出全部截面載荷以及截面位移，最后，根據(jù)距離井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面載荷 以及與該截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移可以繪制出井下抽油栗功圖。
[0143] 步驟106:根據(jù)距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截面位移 繪制井下抽油栗功圖；
[0144] 步驟107:將所述井下抽油栗功圖與預(yù)設(shè)的栗功圖進(jìn)行對(duì)比，確定所述井下抽油栗 的工作狀況。
[0145] 根據(jù)得到的井下栗功圖形狀進(jìn)行分析，與不同工況下的預(yù)設(shè)的栗功圖的模板進(jìn)行 對(duì)比，從而診斷出井下栗工作狀態(tài)；同時(shí)根據(jù)診斷參數(shù)還可以推算出井底流壓、動(dòng)液面等井 下參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)用地面功圖數(shù)據(jù)診斷井下抽油栗工況及獲得井底數(shù)據(jù)的目標(biāo)。其中預(yù) 設(shè)的栗功圖總結(jié)如下：
[0146] 如圖2所示由a到d均表示抽油栗完全上沖程特征故障類，其中，a表示游動(dòng)閥漏失、 b表示上碰、c表示上閥關(guān)閉遲緩、d表示柱塞脫出工作筒。
[0147] 如圖3所示由a到c均表示抽油栗完全下沖程特征故障類，其中，a表示固定閥漏失、 b表示供液不足、c表示下碰。
[0148] 如圖4所示由a到g均表示抽油栗上下沖程特征故障類，其中，a表示抽油栗正常、b 表示栗筒中部摩擦大、c表示抽油栗受氣體影響、d表示雙閥漏失、e表示襯套拉槽、f表示栗 筒彎曲、g表不出砂。
[0149] 進(jìn)一步地，窄條或不出類可以根據(jù)抽油栗的栗效、栗功圖的最大載荷、栗功圖的最 小載荷以及栗功圖的面積來判斷，一般判斷依據(jù)包括兩種情況：1)栗功圖面積達(dá)不到正常 示功圖面積的四分之一、2)除了抽噴外栗效基本為0。這兩種情況屬于窄條或不出類。
[0150] 應(yīng)用本發(fā)明所提出的一種井下抽油栗工況的診斷方法對(duì)某地區(qū)現(xiàn)場采集的抽油 機(jī)地面示功圖數(shù)據(jù)，結(jié)合前面得出的懸點(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η個(gè)節(jié)點(diǎn)求出每個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移，從而求出栗載荷、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。
[0151] 計(jì)算得出栗功圖如圖5所示，對(duì)應(yīng)圖2、圖3以及圖4進(jìn)行診斷分析，可以看出：該栗 功圖和圖4c氣體影響情況類似。即，該抽油井受氣體影響的特征十分明顯。因此，根據(jù)診斷 結(jié)果，可以采取措施減小游離氣的影響，可以加大栗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，減少栗中游離氣的進(jìn)入量。
[0152] 應(yīng)用本發(fā)明所提出的一種井下抽油栗工況的診斷方法對(duì)另外一個(gè)地區(qū)現(xiàn)場采集 的抽油機(jī)地面示功圖數(shù)據(jù)，，將懸點(diǎn)數(shù)據(jù)作為邊界條件，應(yīng)用本發(fā)明方法，對(duì)抽油桿分成η個(gè) 節(jié)點(diǎn)求出每個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移，從而求出栗載荷、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，得到栗工況診斷栗示功圖，如圖6所示。經(jīng)診斷分析，從栗功圖可以看出該井栗 示功圖為一矩形，對(duì)比圖2、圖3以及圖4可以認(rèn)為該抽油栗工況正常，抽油系統(tǒng)可以正常生 產(chǎn)。
[0153] 基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例中還提供了一種井下抽油栗工況的診斷裝置， 如下面的實(shí)施例所述。由于井下抽油栗工況的診斷裝置解決問題的原理與井下抽油栗工況 的診斷方法相似，因此井下抽油栗工況的診斷裝置的實(shí)施可以參見井下抽油栗工況的診斷 方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。以下所使用的，術(shù)語"單元"或者"模塊"可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能 的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實(shí)施例所描述的裝置較佳地以軟件來實(shí)現(xiàn)，但是硬件， 或者軟件和硬件的組合的實(shí)現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。圖7是本發(fā)明實(shí)施例的井下抽油栗工 況的診斷裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖，如圖7所示，包括:獲取模塊701、診斷方程獲取模塊702、計(jì) 算模塊703、離散化處理模塊704、逐級(jí)計(jì)算模塊705、栗功圖繪制模塊706、工作狀況確定模 塊707，下面對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0154] 獲取模塊701，用于獲取抽油機(jī)的地面示功圖；
[0155] 診斷方程獲取模塊702,用于根據(jù)抽油桿在井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷 井下抽油栗工況的方程組；
[0156] 計(jì)算模塊703,用于根據(jù)所述井下抽油栗工況的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí) 桿柱截面之間的位移關(guān)系；
[0157] 離散化處理模塊704,用于對(duì)所述地面示功圖進(jìn)行離散化處理，得到所述抽油機(jī)在 多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及與所述多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷中各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì) 應(yīng)的懸點(diǎn)位移；
[0158] 逐級(jí)計(jì)算模塊705，用于根據(jù)所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、所述抽油 機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及所述相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離所述井下抽油栗最遠(yuǎn)的一 級(jí)桿柱截面至距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離所述井下抽油 栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移；
[0159]栗功圖繪制模塊706,用于根據(jù)距離所述井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面 載荷和截面位移繪制井下抽油栗功圖；
[0160] 工作狀況確定模塊707,用于將所述井下抽油栗功圖與預(yù)設(shè)的栗功圖進(jìn)行對(duì)比，確 定所述井下抽油栗的工作狀況。
[0161] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算模塊包括:位移關(guān)系方程獲取單元，用于采用有限差分 法求解所述診斷井下抽油栗工況的方程組，得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系 方程。
[0162] 在一個(gè)實(shí)施例中，位移關(guān)系方程獲取單元用于按照以下公式計(jì)算所述抽油桿各級(jí) 桿柱截面之間的位移關(guān)系：
[0164]其中，u表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，Δχ表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，At表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)，c表示 阻尼系數(shù)，a表示聲波速度。
[0165] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于計(jì)算所述截面載荷，包括：
[0166] 當(dāng)所述抽油桿處于上沖程時(shí)，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照以下公式計(jì)算所述截面 載荷：
[0168] FijNj = p〇(Ap-Ar)-piAP
[0169] 當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照以下公式計(jì)算所述截面 載荷：
[0171] F2jN,j = -p〇Ar
[0172] 其中，表示所述抽油桿的任意截面i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷，Δχ表示沿所述抽油桿方 向上的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，j表示所述抽油桿步長的下標(biāo)，表示當(dāng)所 述抽油桿處于上沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，po表示所述抽油栗的排出壓力， Pl表示所 述抽油栗的吸入壓力，F(xiàn)um表示當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，AP 表示抽油栗柱塞截面積，Ar表示末端抽油桿截面積，Er表示抽油桿彈性模量。
[0173] 在一個(gè)實(shí)施例中，逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照以下公式計(jì)算與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的 截面位移：
[0174] s(i, j)=Usi+Uij
[0176]其中，s(i，j)表示在不同時(shí)間段第i級(jí)抽油桿在j時(shí)刻的總位移，usl表示在任意時(shí) 亥IJ第i級(jí)抽油桿的靜位移，1?表示在任意時(shí)刻第i級(jí)抽油桿的動(dòng)位移，表示不同時(shí)間段第 i級(jí)抽油桿由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量。
[0177]從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果:先對(duì)地面示功圖 進(jìn)行離散化處理，以得到抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及與懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位 移;然后根據(jù)抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷以及 相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離井下抽油栗最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面至距離井下抽油栗最近的一級(jí) 桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和與截面載荷相 對(duì)應(yīng)的截面位移;根據(jù)距離井下抽油栗最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截面位移繪制井 下抽油栗功圖；將井下抽油栗功圖與預(yù)設(shè)的栗功圖進(jìn)行對(duì)比，確定井下抽油栗的工作狀況， 從而有效提高了井下抽油栗工況的診斷精度，保證了井下抽油栗工況診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。 [0178]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實(shí)施例的各模塊或各步驟可以 用通用的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置 所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它 們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí) 行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè) 模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實(shí)施例不限制于任何特定的硬 件和軟件結(jié)合。
[0179]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明實(shí)施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的 任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種井下抽油累工況的診斷方法，其特征在于，包括： 獲取抽油機(jī)的地面示功圖； 根據(jù)抽油桿在井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷井下抽油累工況的方程組； 根據(jù)所述井下抽油累工況的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān) 系； 對(duì)所述地面示功圖進(jìn)行離散化處理，得到所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷W及與 所述多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷中各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移； 根據(jù)所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷 W及所述相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離所述井下抽油累最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱截面至距離所述井下 抽油累最近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離所述井下抽油累最近的一級(jí)桿柱截面的截 面載荷和與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移； 根據(jù)距離所述井下抽油累最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截面位移繪制井下抽油 累功圖； 將所述井下抽油累功圖與預(yù)設(shè)的累功圖進(jìn)行對(duì)比，確定所述井下抽油累的工作狀況。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述井下抽油累工況的方程組，計(jì)算得 到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系，包括： 采用有限差分法求解所述診斷井下抽油累工況的方程組，得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截 面之間的位移關(guān)系方程。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系包 括：其中，U表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，Δχ表示沿所述抽油桿方向上的步 長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，At表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)，C表示阻尼 系數(shù)，a表示聲波速度。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述截面載荷，包括： 當(dāng)所述抽油桿處于上沖程時(shí)，按照W下公式計(jì)算所述截面載荷：FuN'j = P〇(Ap-Ar)-piAp 當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)，按照W下公式計(jì)算所述截面載荷：F2jN,j = -p〇Ar 其中，F(xiàn)ij表示所述抽油桿的任意截面i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷，Δ X表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，j表示所述抽油桿步長的下標(biāo)，F(xiàn)ijN,j表示當(dāng)所述抽 油桿處于上沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，P0表示所述抽油累的排出壓力，Pi表示所述抽 油累的吸入壓力，F(xiàn)2W,康示當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，Ap表示 抽油累柱塞截面積，Ar表示末端抽油桿截面積，Er表示抽油桿彈性模量。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，按照W下公式計(jì)算與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的 截面位移：其中，S(i，j)表示在不同時(shí)間段第i級(jí)抽油桿在j時(shí)刻的總位移，Usi表示在任意時(shí)刻第i 級(jí)抽油桿的靜位移，UU表示在任意時(shí)刻第i級(jí)抽油桿的動(dòng)位移，Ssj表示不同時(shí)間段第i級(jí)抽 油桿由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量。 6 . -種井下抽油累工況的診斷裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取抽油機(jī)的地面示功圖； 診斷方程獲取模塊，用于根據(jù)抽油桿在井下抽油過程中的運(yùn)動(dòng)情況，得到診斷井下抽 油累工況的方程組； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述井下抽油累工況的方程組，計(jì)算得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截 面之間的位移關(guān)系； 離散化處理模塊，用于對(duì)所述地面示功圖進(jìn)行離散化處理，得到所述抽油機(jī)在多個(gè)時(shí) 間段的懸點(diǎn)載荷W及與所述多個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷中各個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷相對(duì)應(yīng)的懸 點(diǎn)位移； 逐級(jí)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系、所述抽油機(jī)在多 個(gè)時(shí)間段的懸點(diǎn)載荷W及所述相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)位移，從距離所述井下抽油累最遠(yuǎn)的一級(jí)桿柱 截面至距離所述井下抽油累最近的一級(jí)桿柱截面，逐級(jí)計(jì)算得到距離所述井下抽油累最近 的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和與所述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移； 累功圖繪制模塊，用于根據(jù)距離所述井下抽油累最近的一級(jí)桿柱截面的截面載荷和截 面位移繪制井下抽油累功圖； 工作狀況確定模塊，用于將所述井下抽油累功圖與預(yù)設(shè)的累功圖進(jìn)行對(duì)比，確定所述 井下抽油累的工作狀況。7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算模塊包括： 位移關(guān)系方程獲取單元，用于采用有限差分法求解所述診斷井下抽油累工況的方程 組，得到所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系方程。8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，位移關(guān)系方程獲取單元用于按照W下公式計(jì) 算所述抽油桿各級(jí)桿柱截面之間的位移關(guān)系：其中，U表示所述抽油桿在各級(jí)桿柱截面處的位移，Δχ表示沿所述抽油桿方向上的步 長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，A t表示時(shí)間步長，j表示時(shí)間步長的下標(biāo)，C表示阻尼 系數(shù)，a表示聲波速度。9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于計(jì)算所述截面載荷， 包括： 當(dāng)所述抽油桿處于上沖程時(shí)，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照W下公式計(jì)算所述截面載 荷：當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)，所述逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照w下公式計(jì)算所述截面載 荷：其中，F(xiàn)u表示所述抽油桿的任意截面i在j時(shí)刻的動(dòng)載荷，Δ X表示沿所述抽油桿方向上 的步長，i表示所述抽油桿桿步長的下標(biāo)，j表示所述抽油桿步長的下標(biāo)，F(xiàn)un,J表示當(dāng)所述抽 油桿處于上沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，P0表示所述抽油累的排出壓力，Pi表示所述抽 油累的吸入壓力，F(xiàn)2W,康示當(dāng)所述抽油桿處于下沖程時(shí)所述抽油桿對(duì)應(yīng)的靜載荷，Ap表示 抽油累柱塞截面積，Ar表示末端抽油桿截面積，Er表示抽油桿彈性模量。10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，逐級(jí)計(jì)算模塊用于按照W下公式計(jì)算與所 述截面載荷相對(duì)應(yīng)的截面位移：其中，s(i，j)表示在不同時(shí)間段第i級(jí)抽油桿在j時(shí)刻的總位移，Usi表示在任意時(shí)刻第i 級(jí)抽油桿的靜位移，UU表示在任意時(shí)刻第i級(jí)抽油桿的動(dòng)位移，Ssj表示不同時(shí)間段第i級(jí)抽 油桿由于浮重產(chǎn)生的靜伸長量。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106089184SQ201610564682
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月18日
【發(fā)明人】賈俊敏, 王顯榮, 孫軍, 孫翠榮, 曾濤, 仲紅軍, 孔令坤, 羅軍, 王文剛, 張曦宇, 尚寧, 尚一寧, 吳曉明, 王雅薇, 李旭, 陳紅偉, 張秀慧
【申請(qǐng)人】中國石油天然氣股份有限公司