(已结束)安控数字化油田擂台第十五期-数字化油田"功图法计算动液面"看法？ 点击：2728 | 回复：34
要求：最好结合自己实际工作。
参与方式：采取跟帖的方式参与。
评奖规则：由活动组织者评奖，并进行公开公布告示。
活动结贴：每周为1期，由安控数字化论坛擂台版主选定议题，半个月后（隔一期）擂台版主从所有参与讨论的网友中选出6个优胜者。
奖项设置：每期选出6个优胜者，其中：
一等奖1名：奖200MP（相当于200人民币），
二等奖5名，奖工控精美礼物一个（工控点点、工控T恤、工控徽章、工控工具四者任选一个，相当于65人民币）。
活动发奖：MP评奖后一周内发放，精美礼物每月发放一次，统一在月初寄送。
北京安控科技股份有限公司（简称“安控科技”），是专业从事工业级RTU产品研发、生产、销售和系统集成业务的高新技术企业。基于RTU技术在油气、环境在线监测行业开发出多款专业化经典产品，产品广泛应用于石油天然气的开采、处理、管输、储配等各个环节以及环境在线监测、城市燃气、供水供热等管网监控领域，并已远销美国、加拿大、墨西哥、土耳其、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、伊拉克、伊朗、韩国、泰国、马来西亚等国家。安控科技严格执行ISO9000质量管理体系、建立了先进的生产和检测平台，并获得了多项国际认证（如UL 、CE、EMC四级认证等），产品品质达到国际先进水平。
安控科技是行业领先的工业级RTU产品供应商和系统集成服务商，拥有完善的远程控制终端（RTU）产品链，拥有完善的油气田自动化和环保在线监测专用产品。提供工业自动化产品的OEM/ODM服务，提供SCADA和DCS等自动化系统和企业管理信息系统的集成服务。
本着“卓越品质，源于更高要求”的核心理念，“勤奋、严谨、协作、卓越”的企业精神，安控人必将以更可靠的工业RTU产品、更先进的自动化解决方案和更完善的服务答谢用户、回报社会，为振兴民族自动化事业、创建民族自动化品牌而努力奋斗。
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油井的动液面参数直接反映了地层的供液情况及井下供排关系, 是进行采油工艺适应性评价和优化的关键数据之一[ 1- 3] 。动液面测试传统的方法是利用声波进行测试, 但是, 这种方法有两方面的缺点, 一是回声的技术受井筒的情况制约产生误差; 二是不能实时在线测量。文献[ 3- 4] 通过地面功图推算动液面, 但是由于悬点载荷的确定比较复杂和繁琐, 而且在计算过程中忽略了一些阻力因素, 也存在误差。
有杆泵主要由泵简、柱塞、游动阀( T V) 、固定阀( SV) 等组成。把地面示功图或悬点载荷与时间的关系用计算机进行数学处理之后, 由于消除了抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响, 将会得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图[ 8- 9] 。井下泵相对于悬点受力简单、动载荷的影响小。泵工作工程中, 泵筒内压力p ( t ) 随柱塞运动方向的改变, 由吸入压力p i 升至排出压力p o 或由p o 降至p i , 柱塞完成卸载或加载: 当SV 开启后, 液体经SV 孔吸入泵腔, 此时p ( t ) = p i , 柱塞加载完成, 泵载保持不变; 当TV 开启后, 液体经T V 孔排出泵 腔, 此时p ( t ) = p o , 柱塞卸载完成, 泵载保持不变,当SV、T V 均处于关闭状态时, p i< p ( t ) < p o 。如果忽略柱塞与液体的惯性力, 则作用于柱塞上的平衡方程应是: Fp ( t) = p p ( f p - f r ) - p ( t ) f p + Wp f ( 1)其中, Fp ( t ) ! ! ! 泵的载荷, N; p p ! ! ! 游动阀上部的压力, Pa; p ( t ) ! ! ! 泵筒内压力, Pa; Wp ! ! ! 柱塞重量, N; f ! ! ! 柱塞与泵筒间的摩擦阻力, N ; f p、f r ! ! ! 柱塞、抽油杆的截面积, m2。泵沉没度对应的沉没压力与上冲程时泵的吸入压力之间的存在确定关系, 因此可由泵示功图求 出沉没压力,然后与由油套环空压力分布得到的沉没压力进行比较, 推算动液面的深度。
泵载荷计算沉没压力
液体通过游动阀压力降为p t , 通过固定阀压力降为p s 。为方便计算, 假设:t = p s = p =l 2f2!2 ( 2)式中, l ! ! ! 原油的密度, kg/ m3 ; !! ! ! 阀流量系数,是阀孔径、流体粘度和流速的函数。 f ! ! ! 液体通过阀孔的流速, m/ s。油管内是油气水三相混合物, 气体含量一般较少, 游动阀上部的压力p p的计算式为:p p = p n + l gL ( 3)式中, p h ! ! ! 井口回压, Pa; L ! ! ! 抽油杆总长, m。在上冲程固定阀打开后到关闭前记泵载为Fpu : p ( t) = p i = p n - p ( 4)Fpu = p p ( f p - f r ) - ( p n - p ) f p + Wp + f ( 5)在下冲程游动阀打开后至关闭前记泵载为Fpd :p ( t) = p o = p p + p ( 6)Fpd = p p ( f p - f r ) - ( p p + p ) f p + Wp - f ( 7)( 5) 式减( 7) 式得: Fpu - Fpd = ( p p - p n ) f p + 2( p p + f ) ( 8)整理( 8) 式得到:p n = ( p p + p ) -F pu - Fpdf p+2ff p+ p ( 9)
对于这个问题我们有必要先分析功图计算动液面的理论依据在分析其优缺点及相关可能改进措施：
实际工作中, 液面数据是进行产液量预测和确定下泵深度的重要因素, 对于提高泵效和系统效率至关重要, 否则会造成下泵后出现供液不足或者沉没度大,系统效率低的问题, 通过对液面测试资料的分析, 实际测试液面资料显示油井供液不足, 往往实际示功图正常, 或者沉没度足够,功图显示却供液不足的现象屡见不鲜, 因此为了克服此类现象的发生, 提高设计合理性和水平, 切实保证实现机采井设计优化, 根据抽油泵示功图能够切实反映液面的实际情况, 计算出一个合理的液面。
1、功图计算动液面的理论依据
（1）计算方法
通过对大量抽油泵示功图的分析和统计, 并结合实际生产经验, 对于正常的功图, 可以确定一个比较准确的上下静载, 上下静载确定后, 反推动液面成为可能。
首先分析上下静载荷线的组成。
上静载荷
下静载荷
其中：
表示动液面的托负力, 
；
表示液体载荷重, 
；
表示杆柱受到的浮力, 
；
凡表示油压产生的载荷,
。
推导动液面, 其中上下静载荷为已知数据 ：
根据（2）式可得：
得到：
液体载荷的正确算法是将杆柱到柱塞每个变径截面处求得压强, 然后算出压力累加, 杆柱变径较小时, 可以认为是油管和抽油杆之间的环空液体体积重量。见（5）式：
根据公式（1）（3）（4）（5）可以得到：
环空中的动液面产生的载荷为：
由（6）（7）两式可得：
其中：
表示下泵深度,
；
表示柱塞直径, 
；下标
表示杆柱, 
表示液体, 
表示油。
通过测试得到上下静载是一个比较复杂和繁琐的过程, 必须确定一个可靠的室内方法来确定, 对示功图静载线的确定做简单的说明。
①示功图
对于游梁（皮带）式抽油机, 做功的大小可用示功图表示, 示功图纵坐标为悬点载荷（力）, 横坐标为冲程距离。由功的定义可知, 示功图面积的大小能反映有杆泵做功的大小, 其面积大, 做功就大, 泵的效率就高。
②测绘实测静载示功图
一般情况下, 为了得到有杆抽油泵的实际效率, 必须有3张示功图：a.理论静载示功图,b.实测动载示功图, 它是泵在做功时受到诸多动载单元因素影响后,测出形态各异的图形;c.实测静载示功图, 在形态各异的动载示功图上, 受诸多单元因素影响后的实际重量, 即最大和最小载荷值、在什么位置, 柱塞受交变载荷影响后的活塞冲程值、位置, 这是计算实测静载示功图的两个关键因素。上冲程反映（称）泵以上混合液体和杆柱的共同重量, 在功图上为最大载荷线, 下冲程转折点反映杆柱自重, 在功图上为最小静载线。
图1 有杆泵的示意图
在测绘实测静载示功图时, 为了消除抽油机的摩擦和振动等动载荷, 当光杆上行时, 曲柄停在水平位置附近拉出静载时的最大载AB荷线。光杆下行时, 曲柄停在水平位置附近, 再拉出静载时的最小载荷CD线。
绘制活塞冲程在示功图上距离时, 把理论静载示功图放在拉线功图的下方, 绘制活塞冲程在示功图上距离时, 把理论静载示功图放在拉线功图的下方, 以EF线为基准, 用三角尺的直角边对准EF线, 直尺固定在三角尺的下方, 然后左右平移, 与示功图增、卸载阻尼曲线相切, 消除动载荷的影响, 就绘制成一个小于理论静载示功图的平行四边形AB-CD, 最能反映有杆泵做功大小的图形（见图1）。
（3）室内绘解实浏静载示功图
综前所述, 在绘制实侧静载示功图时, 操作麻烦, 影响时率, 还对以往没有进行拉线操作的井无法进行校核, 同时仪器仪表存在的误差问题, 通过对大量功图的研究, 分析总结, 探求出室内绘解载荷线的初步规律, 使动载示功图不受时间和地点限制, 在室内即可进行实测静载的计算和校核、分析, 制定出了一个比较合理的取点理论。并通过大量的绘制和实测功图进行比较, 使室内绘制上下静载线成为可能, 为预测动液面奠定了基础。
定的局限性，总结起来，功图来计算液面注意以下几个方面：
（1）在利用功图进行液面计算时, 功图数据的准确是其中的关键囚素。
（2）确保功图的标准性, 上下死点功图不能出现打扭, 对玻璃钢杆柱井不适应。
（3）泵径、泵深、原油含水、油气比是计算液面的关键因素, 必须准确。
（4）数学计算模型还需要进一步的完善, 以获得比较准确的计算数据。
用示功图计算抽油机井动液面深度
1 .. 计算原理
有杆泵主要由泵简、柱塞、游动阀( T V) 、固定阀( SV) 等组成( 图1) 。把地面示功图或悬点载荷与时间的关系用计算机进行数学处理之后, 由于消除了抽油杆柱的变形、杆柱的粘滞阻力、振动和惯性等的影响, 将会得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下泵示功图。井下泵相对于悬点受力简单、动载荷的影响小。
泵工作工程中, 泵筒内压力p ( t ) 随柱塞运动方向的改变, 由吸入压力p i 升至排出压力p o 或由p o 降至p i , 柱塞完成卸载或加载: 当SV 开启后, 液体经SV 孔吸入泵腔, 此时p ( t ) = p i , 柱塞加载完成, 泵载保持不变; 当TV 开启后, 液体经T V 孔排出泵腔, 此时p ( t ) = p o , 柱塞卸载完成, 泵载保持不变,当SV、T V 均处于关闭状态时, p i< p ( t ) < p o 。如果忽略柱塞与液体的惯性力, 则作用于柱塞上的平衡方程应是:
泵沉没度对应的沉没压力与上冲程时泵的吸入压力之间的存在确定关系, 因此可由泵示功图求出沉没压力, 然后与由油套环空压力分布得到的沉没压力进行比较, 推算动液面的深度。
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