抽油机在野外连续工作，抽油泵处的原油被抽取后，油层周围的原油流向抽油泵处，抽油机运行越快，排液量采量越高。但是，油层开采中后期，抽油泵周围的原油来不及补充，导致供液不足继而空抽。这种情况一方面会导致抽油机失衡，电机对平衡块过多做功而浪费电能。另一方面会因为泵下落时撞击液面产生机、杆、泵震动，会导致抽油杆偏磨、机械系统损伤、变形甚至断裂。

       为解决这个问题，最好让抽油机的运行速度自动可调。当供液充足时抽油机正常运行；当供液不足时抽油机速度减慢，让周围的原油有足够时间流向抽油泵处，以保证每一次冲程都有充足的原油抽取。
       
       对于液面的了解，过去往往是现场打枪，通过回声测量得到证实。这样如果人工测量，不能及时了解液面的动态，测量繁琐且危险。对于气泡较多的油井，因声波被气泡吸收而测不准，而自动液面测量仪费用很高，难以在线应用。对于液面的了解，还可以通过分析功图来获取。理论上抽油机上行过程中，油管与套管之间等效为U形连通管，示功仪所测得的载荷由抽油杆的重量、液体重量、泵的重量、浮力因素组成，下冲程时示功仪所测得的载荷由抽油杆重量、泵的重量和浮力组成。而上、下行载荷之差则是U形管中的被提升有效液体的重量，可根据此计算出动液面位置，当然有很多摩擦因素影响着计算结果，需要一定的方法。
 
 
       动液面计算方法
 
       抽油机井示功图计算液面依据当抽油机上行时泵的固定凡尔打开，此时油套管之间相当于U形管连通器，提升液体只是动液面以上部分的重量，其动液面以下部分则被连通器平衡。依据上述原理通过时实检测示功图进行计算液面。

               

        式中 f：抽油杆截面积,m²；W_ju：上行程悬点静载荷,N；r_L：油管内流体密度,Kg/m³；q_rl：每米抽油杆在液体中重力,Kg/m；L：泵挂深度,m；L_f：动液面,m；A_p：柱塞面积，m³p_t：油管压力，MPa；A_t：抽油杆面积，m³p_c：套管压力，MPa；W_jd：下行程悬点静载荷,N；r_s：抽油杆在空气中密度,7850Kg/m³；：含水；r_o：原油密度；r_W：水密度混合液密度近似计算

      式中上行程由三项组成，第一项：抽油杆在空气中的重力；第二项：动液面以上液柱的重力；第三项：油压和套压之差对柱塞面积形成的力。
由两式相减得：
           

            而W_ju-W_jd为示功图的静载（表示为DW），则整理后得：
   
            动液面：
   
         式中分子第一项为：上、下静载荷之差；第二项为：油压、套压作用在活塞上的载荷。油压、套压、柱塞面积及流体密度均可以通过测量得到，因此可以根据时实测量到的示功图来计算出动液面。
以上是理想条件下的公式。实际示功图真正意义上的动载还包括惯性载荷、振动载荷及摩擦载荷。其中摩擦载荷就有以下部分组成：1.抽油杆与油管；2.柱塞与泵筒；3.液柱与抽油杆；4.液柱与油管；5.井口盘根盒。

        惯性载荷、振动载荷及摩擦载荷均会对示功图的上、下行程的静载荷造成影响，测得的示功图中会附加着阻尼振荡及摩擦载荷，使得液面计算出现很大的误差，因此如何得到准确的静载荷是计算动液面准确与否的要点。方法不外乎通过复杂的计算机诊断法消除惯性载荷、振动载荷的影响，得到光杆悬点的理想示功图，然后进行动液面计算，由于篇幅过长，在此不再详述；通过测量的方法消除惯性、振动及摩擦的影响，得到理想的静载荷，然后进行动液面计算。

       具体实现的方法：1.悬绳器上安装经过标定的示功装。2.有条件安装油压、套压传感器，无条件则安装普通压力表即可。3.从地质部门得到该井的基础数据（泵井泵挂深度、杆级、杆重、液体密度等）作为理论载荷的参考。4.选择好上、下冲程位置停机，测得静态载荷数据5.将示功装置测得的动态载荷数据与静态数据归纳出关系式。6.之后就可以通过示功装置得到的动态示功图，来换算静态载荷，并计算出动液面深度。7.该种方法可能会产生一固定误差，有条件的话可用回声仪测试或井下压力计作为参考对比，做适当修正。
 
        所需主要设备
 
        数据采集控制单元（RTU）  RTU是该系统的核心，要做到智能采油和井场无人值守，首先必须采集现场的所有设备，如：示功图、压力、温度、电参数等参数，井口如果有加热炉、柴油发电机等，也需要采集它们的数据，并根据采集的数据进行自动控制。对于本系统，RTU需要根据现场测量的功图和其它参数计算动液面，并根据动液面对输出调速信号。威海远控WYK-RTU100是一款具备智能调冲的数据采集控制RTU。

       示功仪   示功图数据是分析动液面的关键数据，尤其是上死点、下死点必须非常准确，考虑到设备的稳定性和可靠性，采用加速度传感器来测量位移，但是目前加速度传感器的绝对位移值不够准确，而一致性非常好，要得到准确的冲程，在第一次安装时应该用尺量一下准确冲程，和示功仪测的冲程比较得到修正比，在运行中得到的位移数据必须用该比例进行修正。另外对于冲次低于1的抽油机，加速度传感器有些反应不过来，可以将示功仪先安装在曲柄上运行几个冲程，得到标准位移，然后再将示功仪安装在悬绳器上，采用标准位移修正功图。考虑到功耗和信号的绕射性，示功仪和RTU的通信信号以433MHZ为佳，另外整过功图数据采用一个数据包传输。

       变频器 RTU通过对动液面的分析，当泵沉没度深时保持在正常状态，当泵沉没度浅时RTU输出调速信号，变频器平时输出50HZ电流，当收到调速信号后变成30HZ输出，由于可以通过控制动作时间间隔来控制冲次，所以两种工作频率已足够，由于有些电机频率太低时会烧坏风扇，所以低档次频率选在30HZ。
 
 
        效益分析
 
       油田中后期大多数油井有供液不足或者抽空的现象，供液不足失衡时要多耗费电能，采回的油少，而抽空就是在浪费电，采用智能采油将大量节约电费。
     
       当供液不足时，抽油机泵和液面产生撞击，会对抽油机产生震动，加快抽油机的损耗，严重时会造成断杆，采用智能采油将减少对抽油机损耗。

       采用智能采油系统后，可以实现在能上网的任何地方了解现场的运行情况，对于潜在的问题可以提前做出预案，对于出现的问题可以及时发现和处理，减少现场故障。

       采用智能采油后，该系统从现场的操作控制到报表的生成都是及时和自动的，从而大大提高了工作效率，减少更多人工成本。

       由于避免了液击对抽油机的损耗，以及供应不足对平衡系统的调节，使作业周期大大延长。

       静载荷法计算动液面理论上没有问题，但实际影响因素很多，因此精确计算很困难，但是分析动液面趋势的变化来指导生产，做到节能降耗完全可行。
        （作者：夏正安   柏小京/ 威海远控信息技术有限公司  www.wrtu.net）