三高油田，即高含蜡，高凝点，高粘度。因此，我国的抽油机采油都普遍存在油井的结蜡问题，严重的影响了油井的生产效率，增加了抽油成本。因此，预防抽油机的结蜡现象，是目前石油生产者普遍关心的个问题。本文针对这问题进行了深入的学习和探讨，得知判断油井结蜡的主要依据是示功图。可是在已经开发的些油井监控系统中，人们普遍通过示功仪来画出示功图。由于示功仪是采用测力传感器的原理制成的，这种测量方式使测力传感器长期处于拉伸过程中，容易引起弹性系数发生变化，并且容易出现故障，使成本增高。本文针对这个问题，以游梁式抽油机为模型，采用了数学建模的方法，以能量守恒为基础对游梁式抽油机的运动规律进行了分析，建立了抽油机电机参数与悬点载荷及悬点位移之间的数学关系，使得不用示功仪就能画出示功图成为可能。并且设计了在线测量抽油机电机参数的系统，成功的进行了现场测试，取得了不错的效果。整篇文章以示功图数学模型的建立和抽油机电机参数的在线测量系统的设计为核心，通过了系列的公式推导和设计，最终设计了套可以预防抽油机结蜡现象的系统，并得到了实际的验证。因此本文对预防抽油机井结蜡，提高油田的生产效率具有定的参考价值和实际应用价值。关键词抽油机，结蜡，预报，示功图，系统设计东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页，东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论选题的背景影响油井结蜡的因素及规律国内外清防蜡技术的发展概况本文工作的目的和意义结蜡现象分析判断结蜡的依据示功图的分析结蜡现象的分析结蜡的危害结蜡预报数学模型的建立游梁式抽油机的结构抽油系统的工作原理电流与悬点载荷关系的数学模型的建立悬点位移数学模型瞬时功率数学模型悬点载荷与电流及位移关系功率消耗数学模型预报系统的设计与分析数据采集系统测量结果分析结论致谢参考资料附录附录系统设计接线图东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页附录数据采集程序附录捷尼特部分地址列表附录外文资料翻译东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论选题的背景我国大部分油田开采出的原油为三高原油，即高含蜡高凝点高粘度。油气体系中蜡质等有机固相的沉积直是石油工业界所面临的严峻问题，在油田的生产开发和油品运输等各个生产环节，原油中的蜡沉积问题都普遍存在，油气藏储层开采设施集输管道以及加工设备中都会出现有机固相沉积现象。尤其是有杆抽油机在生产中的结蜡问题，给油田正常的生产造成不少的危害和损失。判断油井结蜡的主要依据是以悬点载荷为纵坐标，以悬点位移为横坐标所画出的图形，即示功图，但是目前大多数油田只能通过人工巡井来查看抽油机的工作状态，观察井口回压和油温，估算抽油机运行率，若发现抽油机工作异常油井不出油等故障，则立即停机。必要的时候用种测量示功图的仪器即示功仪测试油井的示功图，可是这样就必须要先把抽油机停机，然后把示功仪挂上去，再开机，测试完后要再停机，取下示功仪，让抽油机正常工作。最后根据示功图来判断油井的工作状况，是否结蜡等。但这种人工巡查方式，每天的巡查次数为有限，不能及时发现抽油机是否结蜡，抽油机运行时率的估算误差大，不能满足现代油田生产的需要。因此，实现抽油机结蜡现象的实时诊断和预报已经成为现代油田的迫切需要。有杆抽油是应用最为广泛的种传统机械采油方式，也是迄今在采油工程中直占主导地位的人工举升方式。目前在我国多口机采井中，有杆抽油机井约占。据统计，我国有杆抽油系统效率仅为左右。若系统效率提高，每口抽油井实用功率按计，每天可节电。而抽油机结蜡是影响系统效率的个重要因素，如果能在结蜡对生产产生影响之前就能把结蜡现象提前预防出来，并做出对应的预防措施，这将对系统效率的提高有很大的帮助。这不仅能显著提高企业的经济效益，而且在能源十分紧张的今天也具有十分重要的战略意义。因此，本论文结合油田生产实际，以游梁式抽油机系统为对象，研究结蜡问题在石油生产中的预防。东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页影响油井结蜡的因素及规律原油中含蜡量越多，蜡分子的碳数越大，结蜡越严重，这是油井结蜡的内因，而影响结蜡的外因是多方面的，概述如下原油性质对结蜡的影响原油中轻质馏分越多，溶蜡能力越强，析蜡温度越低，越不容易结蜡。当压力下降，降到泡点以下时，天然气分离出来，降低了原油溶蜡能力，析蜡温度上升，结蜡转为严重。温度对结蜡的影响当温度保持在析蜡温度以上时，蜡不会析出，就不会结蜡，而温度降到析蜡温度以下时，开始析出蜡结晶，温度越低，析出的蜡越多但是，析蜡温度是随开采过程中原油组分变化而变化的。当压力降到泡点以下时，天然气开始分离出来，由于天然气的气化过程和压力降低天然气膨胀都要吸热，使温度下降，更促进结蜡。原油中胶质和沥青对结蜡的影响实验表明，随着胶质含量增加，析蜡温度降低。这是因为胶质本身是活性物质，它可以吸附在蜡晶表面，阻止蜡晶长大，而沥青是胶质的进步聚合物，不溶于油，成极小颗粒分散于油中，对蜡晶起到良好的分散作用，由此可见，由于胶质沥青的存在，蜡晶虽然析出，但不容易聚合沉积。但是，有胶质沥青存在时，沉积的蜡强度明显增加，不易被油流冲走，又促进了结蜡，由此可见，胶质和沥青对结蜡的影响，是矛盾的两个方面，既减缓结蜡，又促成结蜡，就看哪个矛盾方面占主导地位，就起哪方面的作用。原油中的机械杂质和水对结蜡的影响众所周知，有晶核存在时，会促使结晶加快，而机械杂质和水的微粒都会成为结蜡核心，加速结蜡。但随着含水上升，会在油管壁上形成水膜，使析出的蜡不容易沉积在管壁上，减缓结蜡。矿场实践和室内试验证明，当含水增加到以上时，会产生水包油乳化物，蜡被水包住，阻止蜡晶的聚积而减缓了结蜡。流速和管壁特性对结蜡的影响室内试验证明，流速与结蜡量的关系呈正态分布。开始随流速升高，结蜡量随之增加，当流速达到临界流速以后结蜡量反而下降。这主要是开始流速增加，单位时间通过的蜡量也增加，析出的蜡量也多，所以结蜡严重。而达到临界流速以后，由于冲刷作用增强，析出来的蜡晶不能沉积在管壁上，而减轻了东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页结蜡速度。由图中还可以看出管材不同，结蜡量也不同，管壁越光滑越不容易结蜡，表面亲水的比亲油的更不容易结蜡。国内各油田的油井均有不同程度的结蜡现象，总结分析，大致有如下规律原油中含蜡量愈高，油井结蜡越严重。油井开采后期较开采初期结蜡严重。高产井及井口出油温度高的井结蜡不严重或不结蜡，反之，结蜡严重。油井见水后，低含水阶段结蜡严重，随含水量升高到定程度后结蜡减轻。表面粗糙的油管容易结蜡，油管清蜡不彻底的容易结蜡。出砂井容易结蜡。油井不同位置结蜡情况不同，油层井底和油管不易结蜡，且井口附近很少结蜡。机械抽油井最容易结蜡的地方是在深井泵的凡尔罩和进口处，及泵筒以下尾管处。在生产设施中的结蜡问题，增大了流体流动的压力梯度，大大降低生产油管的利用率，导致油井产量下降，这已被证明是影响油气最终采收率的重要因素。此外，油藏流体中的石蜡沉积还会引起地下及地面设备的操作问题，如在井底阀泵井筒生产流动管线井口设备分离器及贮罐中都可能发生故障。针对这种现状，各国采取了不同的清防蜡技术，来提高油田的生产效率，降低成本。国内外清防蜡技术的发展概况目前国内外常用的清防蜡技术，主要有机械清蜡技术，热力清防蜡技术，表面能技术，磁防蜡技术，化学药剂清防蜡技术微生物清防蜡和超声波清防蜡技术等。值得注意的是清防蜡措施往往不是单的，而是复合的，。机械清蜡技术机械清蜡就是用专门的刮蜡工具或清蜡工具，把附着于油井中的蜡刮掉，这是种既简单又直观的清蜡方法，在自喷井和有杆泵抽油井中广泛应用。热力清防蜡技术这种方法是利用热能提高抽油杆油管和液流的温度，当温度超过析蜡温度时，则东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页起防止结蜡的作用，当温度超过蜡的熔点时，则起清蜡作用。般常用的方法有热载体循环洗井电热自控电缆加热电热抽油杆加热热化学清蜡等。热载体循环洗井清蜡般采用热容量大，对油井不会伤害的，经济性好而且比较容易得到的载体，加热油热水等。用这种方法将热能带入井筒中，提高井筒温度，使其超过蜡的熔点，从而使蜡熔化达到清蜡的目的。般有两种循环方法，种是油套环形空间注入热载体，反循环洗井，边抽边洗，热载体连同产出的井液通过抽油泵起从油管排出。另种方法是空心抽油杆热洗清蜡，它是将空心抽油杆下至结蜡深度以下，下接实心抽油杆，热载体从空心抽油杆注入，经空心抽油杆底部的洗井阀正循环，从抽油杆和油管环形空间返出。这两种方法各有优缺点。第种方法，洗井能经过泵清除泵内的蜡和杂物，其缺点是热效率低，用的洗井液多，而且洗井液经过深井泵抽出影响效率，对敏感性油层还可能造成伤害。后种方法热效率高，用的洗井液少，而且洗井液不通过深井泵抽出，不影响效率，由于洗井液不与油层接触，所以不存在伤害问题。但是，这种方法还不够成熟，主要是洗井阀故障较多，同时由于洗井液不通过深井泵，所以不能解决深井泵的结蜡和其他故障问题。井下自控热电缆清防蜡井下自控热电缆的工作原理是内部有两根相距约平行导线，两导线间有半导电的塑料层，是发热元件。电流由根导线流经半导电塑料至另根导线返回，半导电塑料因而发热。由于该半导电塑料有热胀冷缩的特性从而改变其电阻，造成随温度不同半导电塑料通过的电流大小就会随着温度而变化，导致自动控制发热量，保持井筒内恒温。当温度达到析蜡温度以上时，则起防蜡的作用，但要连续供电保持温度。作为清蜡措施，可按清蜡周期供电加热至井筒温度超过溶蜡温度。因此可根据此原则选择自控电缆规范，根据井筒内原始温度剖面确定结蜡深度，同时要考虑油井生产过程中产量和温度下降的因素，般电缆下入深度取大于析蜡温度对应的深度或比当时结蜡深度加深或更长，据此初定自控热电缆长度。电热抽油杆清防蜡东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页它由变扣接头终端器空心抽油杆整体电缆传感器