[发明专利]一种碳纤维抽油杆杆柱优化及工况诊断方法

说明书

本发明涉及采油工程技术领域，特别涉及一种碳纤维抽油杆杆柱优化及工况诊断方法。该方法包括采用波动方程描述抽油杆柱的纵向振动，建立碳纤维‑钢质混和杆柱波动方程的数值仿真模型；基于抽油杆柱纵向振动与示功图的仿真结果，建立曲柄轴净扭矩、电动机输入功率的仿真模型；根据不同工况泵示功图的图形特征，描述泵示功图图形的特征参数，建立特征参数的计算模型，建立基于人工神经网络的泵况智能诊断方法。本发明提供的碳纤维抽油杆杆柱优化及工况诊断方法，能够提高碳纤维连续抽油杆的应用效果，充分发挥碳纤维杆抽油系统的优越性。

技术领域

本发明涉及采油工程技术领域，特别涉及一种碳纤维抽油杆杆柱优化及工况诊断方法。

背景技术

碳纤维连续抽油杆采用高强型碳纤维、玻璃纤维以环氧树脂为基料固结而成，具有轻质、耐高温、耐腐蚀等特点。我国从2000年起，我国各油田相继开展了碳纤维连续抽油杆的现场试验应用研究，并在某些油田获得了一定规模性应用。现场实际应用结果表明，与钢质杆抽油系统比较，碳纤维杆抽油系统具有一定的节电效果。

碳纤维抽油杆在工作过程中，应始终处于拉力状态，因此碳纤维抽油杆应与钢质抽油杆混合使用，底部杆柱为钢质杆、顶部杆柱为碳纤维抽油杆，即系统是碳纤维抽油杆+钢质抽油杆的混合杆柱抽油系统。关于混合杆柱抽油系统，例如钢丝绳+钢质混合杆抽油系统、玻璃钢+钢质混合杆抽油系统的动态仿真优化与泵况诊断技术，国内外专家学者进行了系统研究，但针对碳纤维+钢质混合杆抽油系统，尚缺少针对性研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种碳纤维抽油杆杆柱优化及工况诊断方法，以克服现有技术中缺少对碳纤维和钢质混合杆组成的抽油系统进行优化以及诊断的缺陷。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种碳纤维抽油杆杆柱优化及工况诊断方法包括：

步骤S1、采用波动方程描述抽油杆柱的纵向振动，建立碳纤维-钢质混和杆柱波动方程的数值仿真模型；

式中：

u(x,t)：抽油杆柱任意截面x、在时刻t的轴向位移，m；

c：声音在抽油杆中的传播速度m/s；

ν：油井液体对抽油杆柱的阻尼系数，1/s；

ρ_r：抽油杆材料密度，kg/m³；

E_r：抽油杆材料弹性摸量，N/m²；

A_r：抽油杆的横截面积，m²；

u*(t)：悬点运动位移，m；

P_p：作用于抽油泵柱塞上的液体负荷，N；

根据建立的抽油杆柱纵向振动的数学模型与数值仿真模型，可以求得抽油杆柱任意截面x在任意时刻t的位移u(x，t)。抽油杆柱任意截面载荷由下式计算：

式中：

u(x,t)：抽油杆柱任意截面x、在时刻t的轴向位移，m；

E_r：抽油杆材料弹性摸量，N/m²；

A_r：抽油杆的横截面积，m²；

P：抽油杆柱任意截面载荷，N；