浅谈油井电参曲线于吉林油田的应用

吴月辉 张明 李松

摘要：单井电参采集系统是油田物联网建设的重要内容，其采集的电性参数是油井的重要数据，油井工况变化会引起电性参数的变化。通过统计分析新民采油厂数百口井不同工况电性参数曲线的特征，总结了一些规律，作为对异常工况做定性判断的依据，供同行们交流和探讨。

关键词：标准电参理论;符合程度验证;电参曲线解读;平衡率判断;工况判断;标准模板

0 引言

随着现代科技的发展，物联网建设成为建立数字化油田的重要内容。吉林油田新民采油厂在2018年下半年起全面实施物联网建设，单井电参采集系统是其重中之重。开展电参采集与应用技术研究，对于采油生产的状况监控、不正常井诊断、机采系统效率研究等都具有一定的优势，对于深化物联网应用具有重要意义。

1电参曲线原理及基本形态

1.1标准电参理论基础

对于正常工作的油井，悬点载荷与行程相关;平衡块在垂面做圆周匀速运动，其力矩特点和相位角相关。上冲程时（0-180°），电动机和平衡块共同做功克服悬点载荷、提升杆柱;下冲程时（180-360°），悬点载荷做正功，和电机一起把平衡块举升至360°。上下冲程中悬点载荷与平衡块力矩综合作用的结果不同，造成电机需要做功的变化。电参数曲线就是电机功率、电流、电压、功率因数、等信息随时间的变化曲线。其中电功率曲线最为重要，其原理如图1所示：

1.2电功率曲线形态

理论上电功率曲线在一个冲次中有两个峰：上冲程波峰为不对称形态，为快上慢下，是悬点载荷快速增至最大值所导致;下冲程波形为先慢上，然后快上、快下，波峰出现在270度附近，接近对称。因此可以根据波峰形态来判断抽油机上下冲程。

2电参数曲线符合程度验证

新民采油厂用功率平衡测试仪实际测试曲线约400井次，与电参采集曲线对比，得出结论：二者的曲线形态和最大、最小值基本一致，符合程度较高，可以相互替代。

3电参采集功能及曲线解读

3.1电参采集功能简介

电参采集系统可以自动采集抽油机井的A、B、C三相电压、电流、功率、用电量、功率因数等信息，能够直观反应抽油机井的电机运行状态。其操作功能包括每4小时定时采集、随时采集、洗井电参、电流异常预警、图版比对、电能核定等。

3.2 实测电参数曲线解读

曲线图的横坐标固定为采集点数，每个采集点时间间隔为120毫秒，共采集600个点，总时间为72秒，可直观判知冲次。纵坐标为可选项目，可以选择 A、B、C三相的电压、电流、功率、功率因数等。

4电参数曲线的应用

通过对单井电参曲线变化的分析判断，可及时发现油井平衡率超标、供电异常、地面及井下设备故障等异常工况。

4.1 抽油机平衡度的判断

正常工况下，平衡度较好的抽油机，电功率曲线前后波峰值接近一致，比值在0.8-1.2之间;欠平衡时前波峰高值;过平衡时后波峰高值。理论上前波峰加载的时间点会因平衡度发生变化，欠平衡时后移，过平衡前移。

根据功率曲线调节平衡度可使电机功率明显降低，节约电量资源相当可观。

4.2 根据电参曲线分析油井工况及设备故障

根据对吉林油田数百口井的实测数据的分析、对比，结合相关资料，将油井异常电参数曲线进行了定性分类，建立了标准模板，为油井故障诊断提供了可靠的依据。

4.2.1诊断方法

根据电参曲线判断油井工况的流程如下：建立模板-实测电参曲线-与模板对比判断工况-现场检查验证-完善模板。

电参曲线对比发现异常要经现场验证、查明原因。

4.2.2 标准模板

标准模板是根据诸多油井的实测曲线及示功图和油井实际工作情况相对照，经分类归纳总结的经验模板，具有广泛的代表性。目前所建立的模板主要包括地下故障模板和地面故障模板两大类。

4.2.2.1地下故障模板

地下故障导致电参曲线变化主要有两大类型：

⑴悬点载荷变化幅度小，可能由断脱、双漏、抽喷、底部管漏等原因所致。其特征为：悬点载荷变化小导致双波峰波谷消失，形成单峰单谷形态;整体载荷下降。正弦曲线越规范越能反应井下问题。

⑵悬点载荷非正常变化，及可能是由于卡泵造成。其特征为：在双峰双谷正常电参曲线形态上，功率异常突升;甚至功率出现平行段，平行段毛刺突出。

4.2.2.2地面故障模板

区别于双峰双谷的异型曲线基本属于地面因素导致，如图2所示：

⑴皮带松、电机打滑：皮带打滑导致电机频繁加载卸载，电功率曲线毛刺增加、功率下降，尤其是在功率峰值處出现毛刺增多，波峰由尖变宽，形似草坪状。

⑵减速箱故障：曲线上出现干扰状竖条，多为机械原因造成。

⑶三相电缺相：三相电中的一相功率及电流为0，另外两相突然增大。

⑷项序接反：曲线显示三相电不同步，且其中一相电一直为负值。

⑸油井皮带断、电机空转：电机做功仅用来维持自身运转、电功率基本恒定，导致电流明显降低，电流曲线变为平滑，电功率曲线接近一条直线，且功率大幅度下降。

⑹变压器故障：电参曲线同时出现电压电流同步异常或三相电不平衡。

4.2.3应用效果

经过实际应用，利用标准模板判断故障的准确率达到80%以上，节约了大量的生产成本。

5问题讨论

电参曲线替代传统示功图来判断的油井工况是科技发展的必然趋势。但目前在实际应用中还存在着一些难点：1、抽油机传动系统上任何异常均会导致载荷变化，进而影响电机功率变化，给电参数曲线诊断带来一定的难度。2、实测电参曲线与理论图形有一定差异，有时不易判断上、下冲程，给工况判断带来困难。3、一些电参曲线异常存在多解性，需要其他辅助手段判别、最终通过现场资料录取验证。

参考文献：

[1]刘尊民，林海波，仪垂杰. 杆式抽油机功图采集与曲线拟合方法研究[J]. 制造业自动化，2014，36（6）：81-82

[2]赵海涛，史明义等. 抽油机井综合利用多元数据进行工况诊断的研究[J]. 中国石油和化工，2009（3）：48-50.S G Gibbs.

[3]王德喜. 电机有功功率曲线在抽油井分析中的应用[J]. 石油钻采工艺，1988年05期

[4] 张乃禄，孙换春，郭永宏，等. 基于示功图的油井工况智能分析[J]. 油气田地面工程，2011，30（4）：8-9.