抽油泵系统（Sucker-Rod Pumping System）#

主要组成部分#

• 原动机（Prime Mover）：提供动力的设备，通常是电动机或内燃机。
• 抽油机（Pumping Unit）：负责将原动机的动力传递到抽油杆的机械装置。
• 抽油杆（Sucker Rod）：连接地面抽油机和井下泵的长杆，用于传递动力。
• 井下泵（Downhole Pump）：位于井底的泵，通过抽油杆的运动将油井中的油提取到地面。
• 下图是抽油泵的主要结构

操作过程#

行程循环（Stroke Cycle）#

抽油杆上下运动的过程称为行程。当抽油杆上行时，游动阀（Traveling Valve，TV）打开，站立阀（Standing Valve，SV）关闭，油液被吸入泵筒；抽油杆下行时，游动阀关闭，站立阀打开，油液被挤压到井筒上部。

示功图（Dynamometer Card）#

定义#

示功图: 示功图是负载（Load）和位移（Displacement）之间关系的图形表示，反映了抽油杆在一个行程循环中的受力情况。

工作原理#

示功计: 安装在抽油机的抽油杆上，实时测量抽油杆的负载和位移数据。然后根据这些数据生成示功图。

示功图的形状#

• 理想示功图的矩形形状
  在理想状态下，上行程和下行程的力-位移关系应该是恒定的，示功图呈现出一个矩形。

• 实际示功图的形状
  由于摩擦力、惯性效应和流体动力学效应的影响，实际操作中的示功图可能会偏离理想的矩形，呈现出椭圆形或其他不规则形状。

示功图分类和故障诊断#

示功图用于评估抽油泵系统的工作状况，图形的形状可以指示不同的工况。以下是一些常见的分类依据和参考标准：

1. API 标准（American Petroleum Institute, API）
   API 提供了一些关于油田设备和操作的标准，尽管这些标准可能不会直接定义抽油泵故障的具体类型，但它们提供的指南对于系统的操作和维护具有重要参考价值。

2. 公司内部标准
   大型石油公司通常会根据他们的操作经验和历史数据制定自己的故障分类和定义标准。这些标准可能会包括详细的故障类型描述、故障原因分析以及相应的维护和修复措施。

3. 行业实践和文献
   许多学术论文和行业报告会对常见的抽油泵故障类型进行讨论和分类。

故障类型#

• 正常操作条件 (NOC)：系统在正常工作状态。
• 下冲泵碰 (DPB)：泵在下冲程中碰撞。
• 上冲泵碰 (UPB)：泵在上冲程中碰撞。
• 站立阀和游动阀泄漏组合 (CST)：站立阀和游动阀同时泄漏。
• 气体干扰 (GIF)：由于气体干扰导致的异常。
• 供液不足 (ILS)：液体供应不足导致的异常。
• 砂生产 (SAP)：砂生产导致的异常。
• 异常示功图 (ADC)：由于传感器采样和传输过程中的数据丢失和错误导致的异常示功图。

自动生成示功图的过程#

数据收集#

• 传感器（示功计）：安装在抽油杆上的传感器实时测量负载和位移数据。
• 数据传输：通过无线网络将数据传输到数据中心进行处理。

数据预处理#

• 归一化处理：将收集到的数据进行归一化处理，使数据值范围在 [0,1] 之间，以消除数据中的极大值和极小值的相互影响。

生成示功图#

• 示功图绘制：根据归一化后的负载和位移数据绘制示功图，横轴为位移，纵轴为负载。