摘 要：抽油機的工作狀況通過檢測其載荷和位移信號的瞬時變化并繪制示功圖來進行診斷和分析，傳統(tǒng)的功圖液面測試儀在檢測的穩(wěn)定性，準確性和快速性上已經(jīng)不能滿足油田生產(chǎn)現(xiàn)代化的需要，文章介紹了新型GY功圖液面測試儀的組成和測試原理，示功圖的繪制以及相應(yīng)曲線的解釋和計算方法，運用新的理論和技術(shù)完善了檢測機制。

關(guān)鍵詞：抽油機；示功圖；功圖液面；解釋和計算方法

引言

隨著油田開發(fā)勘探的深入，大部分油田的井況變得愈加復(fù)雜，油井出砂、出氣、結(jié)蠟，井內(nèi)不同介質(zhì)對抽油泵及地面設(shè)備產(chǎn)生負面影響的情況增多。實測示功圖作為記錄抽油機井泵功況的曲線載體，能夠反映出深井泵發(fā)生的各類異常現(xiàn)象，同時結(jié)合地質(zhì)情況、井下技術(shù)狀況、油井近期生產(chǎn)變化情況，將相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)納入到示功圖分析中，就可找到影響深井泵發(fā)生故障的主要原因，并對抽油井的工作制度是否合理，機、桿、泵抽油參數(shù)組合是否與井下供液狀況相適應(yīng)作出評價，最終依據(jù)示功圖診斷分析結(jié)果，有針對性地解除油井故障，可保證油井正常生產(chǎn)或提高油井產(chǎn)量。由于各油田的開采狀況不同，使用的抽油機示功圖測試儀器種類較多，近年來，儀器測試性能和相關(guān)功能有了質(zhì)的改觀和發(fā)展，GY功圖液面測試儀是用來精確測試油井的液面深度和抽油機的示功圖等參數(shù)的綜合性測試儀器。為能更好的運用這套儀器，充分發(fā)揮其優(yōu)點，必須做好相應(yīng)的解釋研究。

1 GY功圖液面綜合測試儀組成及技術(shù)指標

綜合測試儀由數(shù)據(jù)記錄儀、液面測試儀、示功圖測試儀及一些輔助的測試電纜組成。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄儀采用箱體式結(jié)構(gòu)，采集和分析數(shù)據(jù)依靠獨立的主控板插接方式，其工作穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)分析的準確性、調(diào)試和維護的可行性已經(jīng)不能滿足油田現(xiàn)場的需要。隨著石油測井技術(shù)的發(fā)展，傳感器的一體化、數(shù)據(jù)記錄的智能化、測試結(jié)果分析的快速化是當下的必然趨勢。

GY功圖液面綜合測試儀的出現(xiàn)，給示功圖的診斷和測試帶來了新的方法和理念。它能精確測試油井的液面深度和抽油機的示功圖等參數(shù)，同時儀器能夠?qū)y試結(jié)果進行解釋、存儲，并把測試結(jié)果傳輸給計算機，進行數(shù)據(jù)上傳、報表打印等處理工作。該儀器能廣泛應(yīng)用于油井、煤層氣以及巖層氣的測試和診斷，其擴展功能可與無線遠程信息傳遞示功圖設(shè)備連接，能達到隨時監(jiān)控了解井生產(chǎn)狀況的要求。此儀器使用氮氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聲彈發(fā)生源，或者直接采用套管中的套管氣作為發(fā)聲源，安全環(huán)保，因為氮氣能量巨大，可以滿足不同復(fù)雜井況的測試。數(shù)據(jù)采用工業(yè)級SD卡存儲的方式，存儲量大，資料回放便捷，2G的卡大約可以存儲3萬口井的資料。

第一，數(shù)據(jù)記錄儀采用手持式設(shè)計，操作分為按鍵和觸摸兩種方式，便捷高效。它通過無線接口接收載荷位移傳感器的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)功圖的繪制。通過液面信號接口顯示和記錄液面通道和節(jié)箍通道的信號波形。在開機狀態(tài)下，如果6分鐘以上未操作鍵盤，數(shù)據(jù)記錄儀顯示屏?xí)?，進入關(guān)機狀態(tài)。低溫環(huán)境下，記錄儀的加熱系統(tǒng)會自動開啟，保證系統(tǒng)的正常工作。

第二，液面測試儀由一體化井口組成。主要分為井口連接器和聲波發(fā)生器（分內(nèi)壓式聲波發(fā)生器和氮氣聲波發(fā)生器）構(gòu)成。井口連接器通過內(nèi)接螺紋與聲波發(fā)生器連接，通過外螺紋連接頭（有兩寸或者兩寸半兩種）與油井套管連接，井口連接器內(nèi)裝有微音器，與記錄儀用防水插頭連接。一體化井口連接器的發(fā)聲，可以采用三種方式：內(nèi)壓、氮氣和空氣方式。聲波發(fā)聲的原理是：內(nèi)壓方式指的是采用瞬間釋放套管氣產(chǎn)生聲波；氮氣方式指的是在一體化井口連接器的氣倉內(nèi)充滿一定壓力的氮氣，瞬間釋放產(chǎn)生聲波；空氣方式指的是在氣倉中充滿一定壓力的空氣，瞬間釋放產(chǎn)生聲波。

第三，示功圖測試儀。分體示功圖測試儀由載荷傳感器和位移傳感器兩部分構(gòu)成。其中，載荷傳感器用于測試光桿的絕對載荷值，位移傳感器用于測試光桿的瞬時位移變化值。使用時，載荷傳感器長期固定在工字卡上。示功圖測試儀檢測抽油機的載荷和位移的變化，通過無線方式將數(shù)據(jù)實時的傳輸給數(shù)據(jù)記錄儀進行示功圖曲線的繪制。載荷傳感器安裝在抽油機的懸繩器和光桿的固定夾具之間。為適應(yīng)不同抽油機上工字卡尺寸，在本套儀器上設(shè)計有墊塊附件，具體使用時根據(jù)需要可以方便的進行更換，操作簡單方便。位移傳感器采用可充電大容量鋰電池供電，一次充電連續(xù)工作時間為30小時。

2 GY功圖液面綜合測試儀測試原理與誤差分析

第一，GY功圖液面綜合測試儀通過測試聲波從井口到油氣兩相分界面的傳播時間和聲波速率來計算液位。井口連接器裝在被測油井的套管上，聲波信號在套管與油管之間的環(huán)形空間中傳播。聲波由以下方式產(chǎn)生：（1）內(nèi)壓式聲波發(fā)生器，利用套管氣發(fā)聲（用于油井套壓大于0.1MPa的場合）。（2）氮氣聲波發(fā)生器，利用氮氣發(fā)聲（用于油井套壓小于0.1MPa的場合）。測試曲線如圖1所示。

液位測試的誤差計算方法是：回聲圖測試時間間隔的誤差為1ms（毫秒），約相當于0.2米的液位測試誤差。基本誤差的產(chǎn)生是聲波在井中傳播速度的變化，聲速的變化量由套管中的壓力、溫度和傳輸介質(zhì)的成份等決定。壓力測試的誤差由測試信號的誤差決定，數(shù)據(jù)在每個儀器中都進行過標定，以工程值顯示。壓力信道的最大測試誤差不超過1%。

第二，示功圖測試原理。示功圖測試儀檢測抽油機的載荷和位移信號的瞬時變化，通過無線方式將數(shù)據(jù)實時的傳遞給數(shù)據(jù)記錄儀進行工程計算和功圖曲線繪制，如圖2所示。

示功圖是反映抽油機懸點做功大小的測試圖，它的橫坐標是懸點運動的位移，縱坐標是懸點的載荷。在抽油機運動的一個沖程中，示功圖構(gòu)成一個封閉的圖形。根據(jù)圖形的形狀可以判斷出抽油機、桿、泵的工作狀態(tài)。測試載荷的瞬時變化，是通過粘貼在感應(yīng)柱頭上的應(yīng)變片將感應(yīng)柱頭的形變轉(zhuǎn)化為應(yīng)變片內(nèi)阻值的變化，從而將載荷變化轉(zhuǎn)化為電信號。

根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。

第三，測試位移的瞬時變化是通過減速機把拉線的直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，并帶動最末一級的伺服電位器一同旋轉(zhuǎn)，把機械運動轉(zhuǎn)為電位器電阻變化以供測試。載荷測試誤差是由載荷傳感器產(chǎn)生的，這兩者形成了載荷測試的通道。這些器件的轉(zhuǎn)換元件是標準元件。載荷最大測試誤差不超過1%。位移傳感器測試誤差由位移標定的精度和A/D采樣間隔決定的，在標準標定臺標定后的位移測試誤差不超過0.5%。上述傳感器生成的電信號，經(jīng)信號處理單元后轉(zhuǎn)為數(shù)字信號通過無線的方式發(fā)送給記錄儀，記錄儀根據(jù)標定數(shù)據(jù)計算后以位移為橫坐標載荷為縱坐標繪制示功圖，用戶可根據(jù)圖形情況分析判斷抽油機、井的工作狀況。

3 結(jié)束語

新型GY功圖液面測試儀的應(yīng)用，節(jié)省了大量的人力與物力，對提高油田的工作效率起到了積極的推動作用。隨著信息產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的擴大應(yīng)用，油田開采與測試技術(shù)也在向著遠程化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，與此同時，GY功圖液面測試儀也在研究運用更新的技術(shù)和方法，不斷推陳出新，精益求精。

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作者簡介：郝宏偉（1984，9-）男，陜西西安，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，助理工程師職稱，研究方向：智能化石油地面儀器。