一种抽油机的功率载荷确定方法、工况诊断方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种抽油机的功率载荷确定方法、工况诊断方法及装置。本发明专利技术基于调径变距游梁式抽油机的悬点运动规律，分析曲柄输出轴轴心以及游梁支点处的力矩平衡方程，得到功率载荷模型，然后根据悬点位移和电机功率绘制功率位移图，建立调径变矩抽油机功率位移图图谱集，实现利用电功图对调径变距游梁式抽油机工况的直接诊断。本发明专利技术加强了调径变距游梁式抽油机的实时监测和工况诊断，提高了调径变距游梁式抽油机的生产效率；可从调径变矩抽油机功率位移图图谱集中提取典型特征值，便于实时电功图的比较和工况诊断，易于实现自动化诊断，准确度高、速度快，有利于加强油田的智能化管理。

A Method for Determining Power Load, Diagnosis Method and Device of Pumping Unit

The invention relates to a method for determining the power load of a pumping unit, a method for diagnosing working conditions and a device thereof. The present invention is based on the suspension motion law of variable-diameter and variable-distance beam pumping unit, analyses the moment balance equation of crank output axis and beam fulcrum, obtains power load model, draws power displacement diagram according to suspension displacement and motor power, establishes power displacement diagram set of variable-diameter and variable-distance beam pumping unit, realizes the use of electric power diagram to adjust the working condition of variable-diameter and variable-distance beam pumping unit. Direct diagnosis. The invention strengthens the real-time monitoring and working condition diagnosis of the adjustable-diameter and variable-distance beam pumping unit, improves the production efficiency of the adjustable-diameter and variable-distance beam pumping unit, extracts typical eigenvalues from the power and displacement diagram of the adjustable-diameter and variable-moment pumping unit, facilitates the comparison of real-time electric power diagram and the diagnosis of working conditions, facilitates the realization of automatic diagnosis, has high accuracy and speed, and is conducive to strengthening the intelligence of the oilfield. Enabling management.

【技术实现步骤摘要】
一种抽油机的功率载荷确定方法、工况诊断方法及装置
本专利技术涉及一种抽油机的功率载荷确定方法、工况诊断方法及装置。
技术介绍
调径变距游梁式抽油机是一种装备深抽、长冲程、低冲次的游梁式抽油机，由于其良好的采油工艺性能、综合效率高等特点，在油田得到了广泛应用，为油田创造了较好的经济效益。调径变距游梁式抽油机具有如下特点：装备深抽、长冲程、低冲次、节能、结构简单、工作可靠、操作维护方便、运转平稳和综合效率高。但是，在调径变距游梁式抽油机广泛应用的同时，由于现场缺乏相应的工况诊断方法，无法对调径变距游梁式抽油机的生产进行实时精细的监测，使得井下及地面的异常情况不能及时被发现并进行判断处理，给现场带来极大的损失。目前，对抽油机的故障判断主要依赖示功图，示功图是悬点载荷同悬点位移之间的关系曲线图，测示功图的工具为动力仪。通过示功图可以测出抽油泵在提升过程中的最大载荷和最小载荷，以及增载、卸载等的变化情况，且利用示功图也可以判断出抽油机故障情况。但是，目前对示功图的分析主要依赖于人工或利用简单的几何分析来判断，人工分析严重依赖现场工作人员的丰富经验且效率低下，而几何分析法无法对复杂的示功图形状进行准确判断，因此准确度不高。电功图由于具备测取方便，安装及维护成本低，分辨率高，信息反应全面，既能反应井下情况也能反应地面情况，且能够长期连续测量等诸多优点，因此它的应用越来越受各油田的重视。现有技术一般是先分析示功图，然后将示功图转换为电功图。由于抽油机本身复杂的机械结构和电路结构，因此在示功图转换为电功图的过程中，经常因为分析对象的选取不合适导致转换后的电功图不能准确的反应抽油机当前的工况，使工作人员对抽油机的工况判断错误。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抽油机的功率载荷确定方法，用以解决现有技术由于分析对象的选取不当导致建立的功率载荷模型不准确，进而建立的电功图不能准确的分析抽油机工况的问题。本专利技术还提供了一种抽油机的工况诊断方法，用以解决现有技术由于分析对象的选取不当导致建立的电功图不能准确的反应抽油机工况的问题。本专利技术还提供了一种抽油机的功率载荷确定装置，用以解决现有技术由于分析对象的选取不当导致建立的功率载荷模型不准确，进而建立的电功图不能准确的分析抽油机工况的问题。本专利技术还提供了一种抽油机的工况诊断装置，用以解决现有技术由于分析对象的选取不当导致建立的电功图不能准确的反应抽油机工况的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种调径变距游梁式抽油机的功率载荷模型确定方法，包括以下步骤：根据曲柄输出轴轴心的受力情况建立第一力矩平衡方程，根据游梁支点处的受力情况建立第二力矩平衡方程；根据第一力矩平衡方程和第二力矩平衡方程得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系；根据电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系，结合减速箱输出轴扭矩与载荷的关系，建立功率载荷模型。本专利技术基于调径变距游梁式抽油机的悬点运动规律，分析曲柄输出轴轴心以及游梁支点处的力矩平衡方程，得到功率载荷模型，为根据悬点位移和电机功率绘制功率位移图，建立调径变矩抽油机功率位移图图谱集，实现利用电功图对调径变距游梁式抽油机工况的直接诊断奠定基础。进一步的，所述第一力矩平衡方程为：Tr+Wtrsinθ＝Fprsinα其中T为曲柄销处的切线力，单位为kN；r为曲柄半径，单位为m；Wt为曲柄折算到曲柄半径为r处的平衡重，单位为kN；θ为曲柄与竖直向上方向沿顺时针的夹角；α为曲柄和连杆的夹角；Fp为连杆作用在曲柄上的力，单位为kN；其中，曲柄折算到曲柄半径为r处的平衡重Wt为：其中，Wc为曲柄总重，单位为kN；Rc为曲柄重心半径，单位为m。本专利技术通过分析曲柄输出轴轴心处的力矩平衡关系建立了第一力矩平衡方程，得到曲柄销处的切线力，为得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系提供数据支持。进一步的，所述第二力矩平衡方程为：(PA-B)a＝±Fp'bsinβ+mWbaWbla+WblWb其中，等号右边第一项在上冲程时符号取“+”，在下冲程时符号取“-”；其中，PA为悬点载荷，单位为kN；B为不平衡重，单位为kN；Wb为吊臂配重，单位为kN；mWb为吊臂配重的质量，单位为kg；lWb为吊臂配重重心投影至水平线上的点至游梁支撑中心的距离，单位为m；aWb为吊臂配重的重心点的加速度，单位为m/s2；aA为悬点加速度，单位为m/s2；β为游梁后臂与连杆的夹角；γ为游梁与水平方向间的夹角；为吊臂与游梁间的夹角；la为吊臂配重到游梁支点的距离，单位为m；l为吊臂长，单位为m；a为游梁前臂的长度，单位为m；b为游梁后臂的长度，单位为m；g为重力加速度；其中：通过受力分析，Fp与Fp'大小相等，方向相反。本专利技术综合考虑悬点的上冲程和下冲程运动，分析游梁支点处的力矩方程，得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系，便于后续建立与电机功率的关系式。进一步的，减速箱输出轴扭矩M为：电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系为：所述功率载荷模型为：其中，M为减速箱输出轴扭矩，单位为kN·m；Nd为电机功率，单位为kW；n为曲柄轴转速，单位为r/min；ηt为电机至减速箱输出轴的总传动效率。本专利技术根据电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系，求取电机功率与载荷的关系方程，为获取体现电机功率与悬点位移的功率位移图奠定基础。本专利技术还提供了一种调径变距游梁式抽油机实时工况诊断方法，包括以下步骤：根据曲柄输出轴轴心的受力情况建立第一力矩平衡方程，根据游梁支点处的受力情况建立第二力矩平衡方程；根据第一力矩平衡方程和第二力矩平衡方程得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系；根据电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系，结合减速箱输出轴扭矩与载荷的关系，建立功率载荷模型；根据功率载荷模型，结合载荷位移的示功图，得到电机功率与悬点位移的功率位移图；将功率位移图和功率位移图图谱集进行比较，确定抽油机的工况类型。本专利技术基于调径变距游梁式抽油机的悬点运动规律，分析曲柄输出轴轴心以及游梁支点处的力矩平衡方程，得到功率载荷模型，然后根据悬点位移和电机功率绘制功率位移图，建立调径变矩抽油机功率位移图图谱集，实现利用电功图对调径变距游梁式抽油机工况的直接诊断。本专利技术加强了调径变距游梁式抽油机的实时监测和工况诊断，提高了调径变距游梁式抽油机的生产效率；可从调径变矩抽油机功率位移图图谱集中提取典型特征值，便于实时电功图的比较和工况诊断，易于实现自动化诊断，准确度高、速度快，有利于加强油田的智能化管理。进一步的，所述第一力矩平衡方程为：Tr+Wtrsinθ＝Fprsinα其中T为曲柄销处的切线力，单位为kN；r为曲柄半径，单位为m；Wt为曲柄折算到曲柄半径为r处的平衡重，单位为kN；θ为曲柄与竖直向上方向沿顺时针的夹角；α为曲柄和连杆的夹角；Fp为连杆作用在曲柄上的力，单位为kN；其中，曲柄折算到曲柄半径为r处的平衡重Wt为：其中，Wc为曲柄总重，单位为kN；Rc为曲柄重心半径，单位为m。本专利技术通过分析曲柄输出轴轴心处的力矩平衡关系建立了第一力矩平衡方程，得到曲柄销处的切线力，为得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系提供数据支持。进一步的，所述第二力矩平衡方程为：(PA-B)a＝±Fp'bsinβ+mWbaWbla+WblWb其中，等号右边第一项在上冲程时符号取“+”，在下冲程时符号取“-”；其中，PA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调径变距游梁式抽油机的功率载荷模型确定方法，其特征在于，包括以下步骤：根据曲柄输出轴轴心的受力情况建立第一力矩平衡方程，根据游梁支点处的受力情况建立第二力矩平衡方程；根据第一力矩平衡方程和第二力矩平衡方程得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系；根据电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系，结合减速箱输出轴扭矩与载荷的关系，建立功率载荷模型。

【技术特征摘要】
1.一种调径变距游梁式抽油机的功率载荷模型确定方法，其特征在于，包括以下步骤：根据曲柄输出轴轴心的受力情况建立第一力矩平衡方程，根据游梁支点处的受力情况建立第二力矩平衡方程；根据第一力矩平衡方程和第二力矩平衡方程得到减速箱输出轴扭矩与载荷的关系；根据电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系，结合减速箱输出轴扭矩与载荷的关系，建立功率载荷模型。2.根据权利要求1所述的调径变距游梁式抽油机的功率载荷模型确定方法，其特征在于，所述第一力矩平衡方程为：Tr+Wtrsinθ＝Fprsinα其中T为曲柄销处的切线力，单位为kN；r为曲柄半径，单位为m；Wt为曲柄折算到曲柄半径为r处的平衡重，单位为kN；θ为曲柄与竖直向上方向沿顺时针的夹角；α为曲柄和连杆的夹角；Fp为连杆作用在曲柄上的力，单位为kN；其中，曲柄折算到曲柄半径为r处的平衡重Wt为：其中，Wc为曲柄总重，单位为kN；Rc为曲柄重心半径，单位为m。3.根据权利要求2所述的调径变距游梁式抽油机的功率载荷模型确定方法，其特征在于，所述第二力矩平衡方程为：(PA-B)a＝±F′pbsinβ+mWbaWbla+WblWb其中，等号右边第一项在上冲程时符号取“+”，在下冲程时符号取“-”；其中，PA为悬点载荷，单位为kN；B为不平衡重，单位为kN；Wb为吊臂配重，单位为kN；mWb为吊臂配重的质量，单位为kg；lWb为吊臂配重重心投影至水平线上的点至游梁支撑中心的距离，单位为m；aWb为吊臂配重的重心点的加速度，单位为m/s2；aA为悬点加速度，单位为m/s2；β为游梁后臂与连杆的夹角；γ为游梁与水平方向间的夹角；为吊臂与游梁间的夹角；la为吊臂配重到游梁支点的距离，单位为m；l为吊臂长，单位为m；a为游梁前臂的长度，单位为m；b为游梁后臂的长度，单位为m；g为重力加速度；其中：通过受力分析，Fp与F′p大小相等，方向相反。4.根据权利要求3所述的调径变距游梁式抽油机的功率载荷模型确定方法，其特征在于，减速箱输出轴扭矩M为：电机功率与减速箱输出轴扭矩的关系为：所述功率载荷模型为：其中，M为减速箱输出轴扭矩，单位为kN·m；Nd为电机功率，单位为kW；n为曲柄轴转速，单位为r/min；ηt为电机至减速箱输出轴的总传动效率。5.一种调径变距游梁式抽油机实时工况诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：根据曲柄输出轴轴心的受力情况建立第一力矩平衡方程，根据游梁支点处的受力情况建立第二力矩平衡方程；根据第一力矩平衡方程和第二力矩平衡方程得到减速箱输出轴扭矩与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海，邢德钢，杨康敏，胡英才，王海娟，柴细琼，薛洋，郝丽娜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11