[发明专利]一种抽油机举升系统载荷传递模型的建模方法及系统

说明书

本发明属于油田采油工程技术领域，特别涉及一种抽油机举升系统载荷传递模型的建模方法及系统。所述建模方法包括：建立四连杆机构子模型和抽油杆系统子模型；将四连杆机构子模型和抽油杆系统子模型进行整合形成载荷传递模型；确定载荷传递模型在不同条件下的载荷脉冲传输特性；对载荷传递模型进行综合评估，得到最终的载荷传递模型。本发明充分理解长杆自振特性和载荷信号的耦合关系，深刻认识传递载荷的幅频响应特征，为基于抽油杆载荷脉冲的井筒无线通讯方法在油田现场应用中的核心参数设置、传输策略制定提供理论支撑和指导。

技术领域

本发明属于油田采油工程技术领域，特别涉及一种抽油机举升系统载荷传递模型的建模方法及系统。

背景技术

我国油田99%的采油井采用机械举升方式，其中抽油机井占比超过85%，近几年一直在推进举升智能化。目前，以地面示功图为主的初级物联网模式在长庆、华北、大港、新疆等油田应用6万多口井，实现了地面功图自动采集、后台诊断分析、地面功图计产等功能，为抽油机井诊断与计量提供了数据基础。然而，当前举升物联网数据主要是在地面通过手动或自动方式获取，包括冲程、冲次、悬点载荷、悬点位移、电流、电压、电机频率等，据此建立了井下工况诊断和计产的预测模型，由于缺乏井下实测数据比对校验，其准确性有待验证。抽油机“一井一策”的智能化调整无法实现，距离“无人介入”的智能化举升目标还有较大差距。

为此，围绕抽油机井井下数据上传的迫切需求，有人提出了基于抽油杆载荷脉冲的井筒无线通讯方法，而明确载荷信号在整个抽油机井举升系统中的传递特性是实现载荷脉冲无线通讯的关键。针对抽油杆举升系统的载荷传递问题，Gibbs等人提出了考虑粘滞阻力的抽油杆一维波动方程，并将波动方程求解与计算机数据处理相结合，建立了计算机数值振动演化方法，该方法将抽油杆作为井下载荷振动的传递介质，井下泵工况作为井下信息的发起条件，实际泵工况以载荷形式沿抽油杆逐级传递，到达井口位置后以应力载荷形式展现，即为悬点载荷图和示功图。但实际现场的工作环境需要综合考虑井深、井斜、井液性质、泵径、抽油杆、油杆扶正器等因素对载荷传输特性的影响，急需建立超长距离抽油杆载荷传递模型；传统的低维度理论模型方案受限于边界条件和传递模型的简化，无法完整的模拟和复现举升系统的载荷波传递过程。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种抽油机举升系统载荷传递模型的建模方法，所述建模方法包括：

建立四连杆机构子模型和抽油杆系统子模型；

将四连杆机构子模型和抽油杆系统子模型进行整合形成载荷传递模型；

确定载荷传递模型在不同条件下的载荷脉冲传输特性；

对载荷传递模型进行综合评估，得到最终的载荷传递模型。

优选地，所述建立四连杆机构子模型包括：

确定游梁后臂与基杆之间的最大夹角和最小夹角；

确定抽油机的悬点位移传递参数；

确定抽油机的选点移动速度和加速度。

优选地，所述建立四连杆机构子模型还包括：

确定悬点位移边界条件，并将悬点位移边界条件作为抽油杆系统子模型的上部强制位移边界条件。

优选地，所述建立抽油杆系统子模型包括：

建立抽油杆整体纵向和横向的振动微分方程组，求得各级抽油杆任意截面位置的截面参数；

根据截面参数对抽油机举升系统的传输特性进行定量分析；

结合定量分析结果，构建抽油杆微元体，确定抽油杆的分布力种类和形式，得到抽油杆系统子模型。

优选地，所述截面参数包括载荷、位移、速度、加速度。

优选地，所述建立抽油杆系统子模型还包括：

利用现场试验数据校准并验证抽油杆系统子模型。

优选地，所述利用现场试验数据校准并验证抽油杆系统子模型包括：