融合调度指挥通信
系统摘要
卡因是什么制成的
游梁式抽油系统是世界范围内应用最广泛的人工举升方式，占有北美所有人工举升的59%和世界其他地方832000口井中的71%（世界石油2000）。这篇文章涉及到当使用抽油杆抽油系统时操作者所面临的许多方面的问题，介绍了操作方面的问题，评价了这套系统的优缺点，自动化与空抽控制也被讨论到了，研究了最普遍的自动化工作参数，阐明了修改空抽控制设置参数的技术。维持有效的运行需要在抽油机充满度较高时进行抽吸。最后讨论了通过选择抽吸速度，冲程长度和活塞尺寸来高效生产油井的设计方法。 泵腔未充满、下冲程发生沾滞和井下的环境会导致抽油杆的冲击、应加速带来的惯性载荷和其他损害。文章提到了最常用的解决方法是配置加重杆和扶正器。示功图，特别是计算出的井下抽油泵示功图被用于井中存在问题的诊断。 最后空抽控制简单的最佳做法在文章中也做了叙述，此外还叙述了预测性的设计方案的使用、抽油杆使用的准则、井下抽油的最佳做法、地面组件的最佳实例、油管、气体分离、液面显示仪器的使用、套管压力的影响、最后提到了一些腐蚀问题的解决方法。这篇文章回顾了过去的方法并且给出了更新的方法用以帮助操作者解决操作问题。总之，抽油杆抽油是人工举升的主要方法。许多操作者只有在确定此方
法不可用时才会选择其他的方法。
介绍
游梁抽油机系统（如图1）是最古老也是最常用的一种油田人工举升方式。世界上有大概两百万口油井而其中有大概一百万使用了人工举升。超过750000口这种井使用了油杆泵。在美国游梁举升应用于350000口井。美国80%的油井属于低产油井，日产桶数少于10，而这些油井大多采用游梁举升。
图1展示了一个游梁抽油系统。原动机或者是内燃机或者是电动机。如果电力可用，则通常选择电动机，因为当用到空抽控制时它容易启停。电动机在低功耗状态下也可靠些，并且不受气候影响。在正确拉紧和皮带护罩的保护下皮带和滑轮也很少出现问题。动滑轮尺寸的选择控制抽吸速度。抽油泵是一个杆件系统，它把原动机的旋转运动转化为光杆的上下直线运动。抽有泵结构必须支撑起下端在油液中的抽油杆的整个重量、通过泵作用在抽油杆上的液体载荷，加上任何由于杆泵运动产生的运动载荷。平衡配重被安放在抽油机曲柄上以在上冲程和下冲程中同样的平衡齿轮箱的载荷，这样泵作用在抽油杆上的最多二分之一的载荷由原动机负担。抽油杆总重和液体重量会作用在承载梁上而且载荷通过两股大直径的钢丝绳作用在抽油泵上。抽油杆通过一个或几个固定在光杆上的夹板支撑住。填满密封槽的橡胶密封了光杆周围的缝隙，阻止了液体在井口的泄漏。井口顶部都底部安装有一个大直径管道，叫做套管，用以支撑井壁和允许抽油管和抽油杆被安装在井下的工作区域。井下泵的一部分固定 在抽油杆上，一部分固定在抽油管上。抽油机的上下运动带动抽油杆推动泵工作，从而使油液在每冲程中通过油管到达地面输油管道。如果泵安装在射孔井段之上则需要一个气锚来阻止气体进入泵内。抽油杆有冲击的情况下加重杆被用来防止抽油杆管的损坏。游梁抽油系统的这些许多特性共同发挥作用才能把油液举升到地面来。
游梁抽油系统注意事项和优缺点
游梁系统适合在低容量低产油井上考虑使用。实践证明这种方式能最有效的利用能源。操作人员通常对这种简单的机械系统比较熟悉。缺乏经验的人也比使用其他人工举升方式时更有效的操作有杆泵。游梁系统能有效的运行于大范围的
生产速率和井深。系统有很长的使用寿命。地面构件和齿轮箱能使用超过30年，如果超载不超过一倍的话。
低深中等容量井和中等深度小容量井可以考虑使用游梁抽油机系统。从井深7000英尺的井中每天提取一千桶石油和从大约14000英尺的井中提取没每日提取200桶是可能的（可能需要特殊的抽油杆，而生产的速率取决于当时的条件）。更普遍的是从低于7000英寸的井中以较低速度提取石油，很少有超过10000英寸的。曾经有报道过低于16000英寸的特例。
游梁抽油机的许多部分生产出来都要符合现存的标准，标准已由美国石油协会建立。许多生产商能提供协调一致的部件。也有许多不符合美国石油协会标准的部件存在，例如更大或更小直径的井下抽油杆泵就超过了美国国家协会标准的尺寸。
cao20从地面到井下的整个抽油杆持续受到循环载荷。在提升超过其他人工举升系统的载荷时油杆需要被保护以防止腐蚀和损坏，因为腐蚀导致应力集中和提前失效。D级油杆使用最频繁。特殊的高强度（HS）和玻璃纤维（FG）杆是可用的。
游梁抽油机通常不适用于斜井，甚至和扶正器和油管旋转器也不兼容。侧面平滑和低曲率的斜井可以达到很好的运行效果，即使底面的倾角很大（约30-40°，有时高到80°）。一些高倾角的井会用到扶正器和“连杆保护器”，而那些含油率高，井深平滑和倾角较小的油井只用到这些装置中的一些。保护器中的高玻纤含量提高了耐磨性，高含量玻璃棒保护管棒削减。高密度聚乙烯管内衬有效地减少杆/油管磨损。
游梁式抽油机生产含沙油液的能力是有限的，尽管有过滤器和杂志分离设备。有些泵被设计成能分离出沙砾或者作为沙砾通向桶柱塞间隙的通道使用。特别的冶金方法应用到防止细沙磨损。一些人建议使用过盈配合的泵处理大尺寸的杂质沙砾而用间隙配合的泵处理直径小于8毫米的杂志沙砾，因为细小的沙砾可能会堵塞紧配合的泵。
筒壁结蜡会影响抽油机的运行。特殊的抽油杆雨刮系统和热水或热油处理可以清除石蜡。大范围的石蜡会导致抽油机提前失效。
气体进入井下的泵中会减少产量并导致许多其他问题。使用适当的井下气体限制进入的游离气分离技术来阻止气体进入泵内，进而通过注入液体来驱除气体以有效的运作。气体分离的最有效的方法是将抽油泵安装在气体液体可进入区域的下方。抽油泵运行在油液充满度的的条件下是导致低产的最主要原因，而且通常是能源浪费最主要的来源。
一台游梁抽油机系统的一个缺点是光杆密封盒（处于光杆进入井中的进口表面的一个橡胶密封装置）可能会泄漏。因此可选用特殊的无污染的可以收集泄漏的密封盒。好的经验如“不要过度拧紧”，和“确保装置直线度”也同样重要。
一口井如果尝试要超过在考虑安全情况下的最大生产量，会导致油液无法充满，液体冲击，机械损伤和低效。在抽水的速度和冲程长度的变化可以使泵的能力匹配油井的潜在产量。对于POC的系统，泵位移设计后可以生产超过20-50％以上的原保留产量。当液面位置下降到泵的摄入深度时，POC的将检测泵的不完全充满度并停止抽油一段预定的时间，期间在自动重新启动之前允许流体进入套管油管环。用定时器控制泵的运行时间百分比是一种调整冲程数的低成本的方法，它使泵位移等于流入井筒的液体体积。使抽油机在每个泵筒行程充满液体是梁式泵系统无故障的高效运营的主要要求。在一般
情况下，抽油杆抽油是首屈一指的举升方法，如果系统可以设计成不使原动机，变速箱（GB），单元结构超载
和不超出计算疲劳载荷的限制。
监控和自动化
一个典型的进行远程监测配置的梁式泵系统通常由监测梁式泵系统的一个或多个参数的空抽控制器组成，在抽油机参数之一超过由运营商设定的限制时关停。以检测泵的常见监测参数包括光杆负载和位置，电流，抽油机转速变化和流线压力。检测的光杆负载被用来评估组件，齿轮箱，电机和抽油杆上的负荷。每分钟冲程数和冲程长度（和泵口径）关系到生产能力。控制器的一个常见用途是用来检测不充满度，然后使抽油机停止工作一段预设的时间。空抽控制器在设定的停机时间的流逝和泵大多充满了液体后重新启动泵装置。这种整天周期性的反复开/关，减少了工作时间和经营费用且没有石油生产的损失。
在图2中的控制器（A）收集和传输数据，检查参数是否在预设的限制内和控制系统启停周期循环。安装在承载梁和光杆顶部的光杆钳之间的测力计检测负载。图示（D）位置指示器在整个冲程内连续的测出位移。位移也能通过一点霍尔效应磁感应器拾取，当曲柄转过这个点时或通过计算每一转通过这个点的次数。安装应力计（E）的游梁没有安装载荷传感器的准确。
一种控制抽油机的技术是检测负载和位移（地面测功机的轨迹曲线），如图3所示。当井下泵开始不能充满油液时（空抽），并当经过地面测力计示功图轨迹曲线上的一个输入设定点时，接着控制器会停下抽油机使油液在桶柱环形空间上升直到抽油机重新启动。一些控制器运行时运用经计算的井下条件，这时设定点可以被放在井下泵测力计轨迹曲线上。图4从左至右超过一分钟的时间序列期间的示功图形状依次为泵充满，约20％左右不充满度，最后大约50％的不充满度时的形状，这个经过是泵液面下降到泵吸入深度时的经过，这时低压气体会和油液一起进入泵内。一个典型的空抽系统可能会停止抽油机抽油，在约15 - 25％不完全充满度下，并允许单位在预定的时间内等待，直到液体在泵再次开始之前充满油泵。含砂生产，极冷的温度或电力不足，通常意味着系统必须操作100％的时间。在这些情况下所设计的泵位移应该接近油层最高预期液体流量，但没有POC的的情况下需要更重视流体液面等因素。
抽速和行程长度注意事项
对于一个特定的生产速度和一组良好的条件行程长度，每分钟冲程数，柱塞直径，泵深度及抽油杆设计可以有多种组合。
设计师可以选择这些参数的不同组合，在不使任何梁泵系统组件过载的情况下达到完全相同的泵排量。在井底低生产压力下预期的液体流入用于确定泵的位移。常见的做法是调整设备尺寸以可在90％
到150％的范围内的最大的从井里流入液体的速率生产。运用这些许多可能的抽油杆系统的组合，设计师往往定义一个特定的配置，作为他的油田的一个最佳的设计方案。这个特定的设计应在他的油田环境下产生最低的经营成本和最高的经营利润。但对于一个油田的最佳方案在另一个油田中可能并不是最佳。
不同运营商在完全相同的井下泵位移下可以设计出非常不同的抽油杆配置。保持泵送效率需要每个泵冲程泵充满流体。使用一个空抽控制器要求所设计的泵排量超过流入量，并且每一天不能操作100％的时间。在POC的系统的初步设计时为了泵出油液较大的柱塞直径经常被用来增加泵排量和利用空抽控制系统的的特性。
但是，如果人为因素或油井条件防止抽油周期中井的开启和关闭，那么设计泵排量达到最大流入量的150％和使用大口径泵将是一个不好的做法。当作出决
定操作100％的时间，泵充满液体抽油仍是重要的。当作业100％的时间，较慢的抽油速度，较长的冲程长度和较小的柱塞直径是在泵满油液有效地生产所必须的。当装有定时器或空抽控制器并每天工作约18小时时间的油井比抽油速度快，用时少的油井使用更少的能源。在上循环的快抽影响磨损及其他操作因素。如果不存在严重的井况故障正确的设计应该导致抽油杆、泵和油管井下系统的运行寿命超过3年。当油杆和油管磨损和杆件成为一个问题，那么更长的冲程长度和较慢的抽油速度与较小的柱
塞尺寸可以减少杆超载和杆屈曲问题并提高运行寿命。当表面设备超载成为一个问题，那么短的行程长度和较大的柱塞尺寸伴随抽油速度的增加将减少光杆失效和扭矩过载。频繁的抽油杆故障由除了设计参数的选择等的因素所造成，这些因素必须予以纠正，然后才作出设计更改。当泵未充满液体，由于有气体干扰，应采取行动，以防止气体进入泵。增加冲程长度和由此产生的更高的压缩比往往不足以防止井下故障。由于腐蚀和外部金属对泵体的撞击井下设备故障要求适当的化学处理，以防止这个问题，而仅改变作业的设计参数，对克服这些故障的根源作用不大。
杆屈曲的注意事项：
杆柱的动力因素影响，下冲程中柱塞和筒之间的摩擦，下冲程流体在井下通过节流阀，油管的过盈配合可加重杆屈曲，并且当气体干扰或液体冲击条件存在于泵中时过多的液体压缩需要打开节流阀，。杆屈曲不受随深度增加的静水压力的影响也不受因淹没在液体中产生的浮力的影响。但是，棒屈曲受泵对杆柱的作用或抽油杆的其他外部作用的影响。
图5显示了使最常用尺寸的杆柱屈曲所需的作用力小于100磅力。在下冲程，联系油管和屈曲的杆柱所需的力是很小的，一旦屈曲，甚至更严重的磨损会发生。使杆柱屈曲后多余的力将加速杆和油管的磨损。
常见的做法是把200-300英尺1长.5英寸直径大的撞杆安装在泵上，当柱塞或泵筒受阻时，由于屈曲，
气体压缩或液体冲击会导致杆管磨损。对于不严重的磨损，可以使用扶正器，但扶正器相比使用撞杆通常不太有效，除了是在泵附近的弯曲。
设计：电机，抽油机，抽油杆柱
吸油烟机止回阀预测的方案被用来为新的或现有的井选择抽油机，设计抽油杆锥度，和泵的尺寸。人们可以很容易地评估所需何种抽油速度，冲程的生产将不使杆、梁和变速箱超载。预测计划的另一个用途是要检查现有的抽油系统，以验证测量的负载匹配抽油系统预测的负荷。泵作用在抽油杆上的计算流体载荷，记为Fo，和液面下杆柱的重量，记为Wrf，需要和井下的测量值非常接近（1-3％内）。如果Fo 和Wrf测量值和计算值不匹配，那么任何其他预测的参数都可能是错误的。一旦这两个值匹配，那么其他如电机转差率，流体惯性，和不完全充满的影响对得到预测值和测量值之间良好匹配是重要的。生产率和泵吸入压力与油井的流入动态有关，杆负荷的精确建模取决于流体负载，这取决于生产速度决定的泵的吸入口压力。电机性能曲线可用于确定系统的实际速度如果电机受重载并且在一个冲程中发生大范围速度变化。电机，或是抽油机随扭矩的增加速度减慢，随变速箱扭矩的下降而加速，从而影响悬点载荷和载荷峰值的位置。峰值载荷，泵与光杆的马力和泵冲程应该预测在正常抽油系统测量数据2-4％以内。预测的最低杆负荷通常比实际测量的更高。预计的最高变速箱扭矩通常高于实际平衡时的变速箱载荷而抽油机的大小通常要足够大以超过经验中的实际载荷。大多数预测方案非常适合用来设计抽油杆抽油系统。QRod是一个应用非常广泛的为油杆梁抽油装置
链轮设计
做设计和预测的方案，并可以免费从网页下载。预测可与现场测量相媲美。替代设计方案，包括Rodstar、西塔企业、Srod，勒夫自动化和AccuPump （PLTechLLC）。
分析：示功图
获取抽油杆举升的井上抽油杆表面负荷和位置数据时使用的测力计传感器已在油田应用了超过50年。仅仅对所测量出的表面示功图进行审视可能不能允许运营商对游梁系统作完整的诊断。运营商在一个特定的油田的经验有助于将一个特定的表面示功图形状关联到某些井下问题。现在的测力计和电脑技术使在表面的负荷和位置的测量非常准确并可预测沿杆向下直到泵的负载。在20世纪60年代，抽油杆的数学建模（S.吉布斯）使用波动方程，从测得的表面负荷和位置开始“波浪式下行”到抽油杆并预测井下示功图。
表面示功图是测量整个冲程悬点载荷随位置变化的图。表面示功图对诊断杆载荷，结构载荷和变速箱与原动机转矩负载是有价值的。对很浅的井，运用示功图通常能有效的诊断泵性能。对较深的井，系统复杂的动态性能降低了只检查表面示功图诊断井下问题的有效性。泵的示功图是一个图在泵的冲程各位置计算负荷并代表游动阀或泵柱塞组件在一个完整的冲程中作用于抽油杆底部负载。确定泵是如何运作和分析井下的问题是所计算的井下泵示功图的主要用途。
弯曲玻璃图6是计算的充满多数液体和少量气体的井下泵的示功图。泵正常工作，油管固定。最大的活塞行程，
即MPT，是距离A-C的水平距离。MPT是一个完整的冲程中柱塞对于泵筒运动的最大长度。流体载荷是标记为Fo的垂直线高度和（距离液面的FO）代表一种由于泵油管压力减去整个泵经过柱塞密封上游动阀的进气压力（TV）的差异的导致的力。Fo的最大值代表液体提到表面时通过柱塞杆的上行负载，假设泵进油口压力为零。液体载荷在上行程时通过游动阀作用而在下冲程时油管排出压力被转移到固定阀上（SV）。从B点到C当游动阀关闭时抽油杆承受液体载荷。从D点到A点，当固定阀关闭时油管承受液体载荷。从D点到A点的距离是有效的柱塞行程（EPT），EPT的是柱塞行程的长度，此时整个液体载荷完全转移到的固定阀。
泵操作的连续步骤是：
在上行程的开始（图6 中A点），游动阀和固定阀都关闭。A点前流体载荷完全由油管承担，然后通过抽油杆从A运动到B逐步在A点开始由固定阀转换到游动阀直到B点。在油杆缓慢弹性拉伸的过程中，液体载荷逐渐从油管转移到油杆。由于杆拉伸，泵的压力减小，阀之间间隙中的任何自由气体从油管通过阀之间的空间扩散使排气压力略高于泵的吸入压力。当泵的压力下降到低于吸入压力时，即在B的固定阀开始打开，让流体进入泵内。从B点到C点，杆承受液体压力，此时井内油液流入泵内。在C点，固定阀关闭，活塞开始下降，游动阀仍然关闭，直到泵内的压力略比D点泵出口压力大。从C到D点，当柱塞向下运动，泵筒内压力升高时泵内的气体（如果存在）被压缩，油管压力从吸入压力变为排出压力；但如果泵筒已满不可压缩流体，柱塞不动。由于液体在泵筒压缩，流体载荷逐渐从杆转移
到油管。在D点，泵筒内的压缩压力大于泵出口压力和游动阀打开时压力。从D点到A点，泵内流体在下冲程时通过游动阀流到油管内，闭合的固定阀把油液支撑在油管中。
问题可以通过使用诊断性的泵示功图确定。这些问题可涉及到从由于过度使用油井导致的不能完全充满油液，如图7所示，到由于在泵的进口处气体分离不彻底而使气体进入所造成的不能完全充满油液，如图8所示。展示了由于游动阀
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