液面和功图分析
示功图分析
基本知识
活塞冲程（有效冲程） 光杆冲程
冲程m
冲程损失：抽油杆及油管弹性伸长与缩短所致。
基本知识
增载线
示功图分析
最大负荷线
最小负荷线
卸载线
注：正常示功图，增载线与卸载线相平行， 最大负荷线与最小负荷线相平行。
示功图分析
基本知识
下静载线：又称固定凡尔漏 失线，驴头停在接近下死点 位置测试，逐步上升为固定 凡尔漏失。
如此循环往复，抽油泵就不断地把地层 流体吸入泵内，并排出地面。
抽油泵的工作原理
冲程
上冲程
下冲程
活塞运动 抽吸泵筒，造成吸油条件 压缩泵筒，造成排油条件
游动阀 关
开
固定阀 开
关
液体运动 泵筒进油，井口排油
油管进油，泵筒排油
液柱载荷 作用在活塞上（抽油杆承载） 作用在固定阀上（油管承载）
负荷KN
示功图分析
N实际冲次≠
4L泵深
或
5100×60 ≈奇数 4LN
注：5100m/s为声音在钢中的传播速度 60为1min=60s
示功图分析---典型示功图分析
二、具有惯性影响的正常示功图
侧真147A井 09.8.14
真192井 2009.8.12
示功图分析---典型示功图分析
三、游动凡尔关闭迟缓
图形特征：左上方缺一块
多出现于作业后
曹54 2011.9.1
示功图分析---典型示功图分析
八、泵脱出工作筒
沙26-5 2009.9.18
沙26-5 2009.8.12
示功图分析---典型示功图分析
九、泵漏失
特征： 1.右上方缺一角 2.产量下降
原因： 衬套磨损严重或结蜡严重阻力 增大引起
典型示功图分析(最全)
A'
（如图中A ’点）。
精选ppt
C
D' D S
41
3、漏失影响的示功图
2、固定阀漏失
泵内压力降低使游 动阀提前关闭，悬点提 前加载，到达下死点时， 悬点载荷已增加到 A″。 上冲程，固定阀漏失不 影响泵的工作，示功图 形状与理论示功图形状 相近。
P B’ B
A″ A
A'
精选ppt
C
D' D S
42
1、游动阀漏失
当柱塞继续上行到后半冲 P
程时，因柱塞上行速度又逐渐
减慢，在柱塞速度小于漏失速
B
B’
度瞬间（如图中C‘点），又
出现了液体的“顶托”作用，
使悬点负荷提前卸载。到上死
点时悬点载荷已降至C″点。
下冲程，游动阀的漏失不影响
泵的工作。因此，示功图形状 A
与理论示功图相似。
精选ppt
C’ C C″
A
精选ppt
3 21
D´
C
D S
32
2、充不满影响的示功图
图形右下缺一块， 增载正常卸载慢。
精选ppt
33
2、充不满影响的示功图
泵充不满的危害
液击是在泵充不满时，柱塞下行以很高的速度撞击液面， 使流体载荷突然由杆柱转移到油管上，同时产生强烈的冲击 波，破坏整个抽油系统。液击能够造成杆柱过早疲劳失效， 同时冲击力会使抽油泵的凡尔球和凡尔座过早损坏。还会使 柱塞与泵筒得不到润滑，加速其磨损。另外油管在液击的冲 击下会突然拉伸，使其连接螺纹松动，发生漏失或断脱故障。
向上的“顶托”作用，悬点 载荷不能及时上升到最大值，
A
使加载缓慢。
精选ppt
泵筒管理及泵况分析
力向上，凡尔自身重力和油管内液柱
的压力向下。随着柱塞下行，泵筒内
液柱的压力上升，当凡尔受向上的力
mg 大于向下的力，凡尔打开排液。 F1
二、蹩 泵
操作过程 1、装压力表（2.5-6MPa）测油压； 2、停机，关掺水阀、关回油闸门，同时观察压力表变化； 3、起机，同时观察压力表变化； 4、记录压力表压力随时间、冲程的变化； 5、停机稳压15min；观察压力随时间变化情况； 6、开回油闸门，开掺水阀； 7、卸压力表。
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
光杆和活塞都在上行
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
光杆和活塞都在上行
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
光杆和活塞都在上行
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
光杆和活塞都在上行
P
B
理论示功图
AS活 S光C源自D Sλ光杆和活塞都在上行
P
B
理论示功图
A
S活 S光
DS
S活
λ
S光
光杆和活塞都在下行
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
光杆和活塞都在下行
2、静载荷作用下的理论示功图
以悬点位移为横座标，以悬点 载荷为纵座标，建立平面直角座标 系。在下死点A处的悬点静载荷为抽 油杆柱的重量Wr，上冲程开始后液 柱载荷WL逐渐加在活塞上，引起抽 油杆和油管的变形。载荷加完后， 变形达到最大值λ，后悬点以不变 的静载荷（Wr+WL）上行至上死点C。
液面和功图分析
动液面测试的原理、方法
回声仪记录曲线示意图
山西蓝焰煤层气集团有限责任公司
（二）测试仪器的组成
测试仪器主要由综合仪主机、载荷位移传感器组合、井口连接器组 成。
综合仪主机（即ZJU-2综合记录仪）主要由CPU板、滤波放大板、超 低温显示器、键盘、无线通讯模块、高能电池组等组成。综合仪主机具 有测试、查询及删除、仪器设置、仪器标定等功能，与PC机相连还可进 行数据通讯。
山西蓝焰煤层气集团有限责任公司
（1）回音标法
回音标是套接在油管上的柱状短节，它的直径 大于油管，遮住油套环形空间间隙的50--70％，长 度为0．3--0．5米，用它来阻碍声音的直线传播， 使声音返回到井口并记录下来，便于准确地计算液 面深度。新井完井时或作业后，需要将音标下入的 准确位置做好记录。以便计算液面深度时采用（修 井监督的重要性）。假定油、套管环形空间传播速 度为一恒定值作为计算的基础，回音标位置下入深 度越接近实际液面，计算精度就越高，其计算公式 为：
山西蓝焰煤层气集团有限责任公司
回音标法
山西蓝焰煤层气集团有限责任公司
这是同 一条曲 线，只 是定位 音标的 位置稍 微移动 一点， 造成液 面深度 差了5.4 米，音 速相差 6.8m/s
（稳压）。
现场发现问题
• 同一口井，不同时间测试的音标形状也不尽相同，形状的差别就极易 产生定位位置的偏差，如下图：这是同一口井不同时间的测试曲线， 仪器的灵敏度有些差别，音标的形状差异很大，定位时就可能产生误 差。下图是同一井口不同时间测定的井口音标图。
• 但是我公司由于所选购的油管都不是同一规格的长度， 所以无法用此方法做到精确测量，因此在此只是做简答 的介绍
载荷位移传感器组合由载荷传感器、位移传感器、无线通讯模块和 信号处理电路等组成，用于测试抽油机的载荷、位移等参数。传感器组 合有三种型号供用户选择。卸载式载荷位移传感器组合测试精度较高 （1%F·S）；不卸载液压式有两种安装尺寸，适用不同的抽油机；固定 式载荷传感器长期装置井上，接插上位移传感器即可进行功图测试，一 台主机可对接多台载荷传感器。
分析抽油机井实测示功图
管式泵的结构特点
只有一个工作筒 泵筒连接在油管的下端 固定凡尔安装在泵筒的下端 柱塞连接在抽油杆的下端 在相同油管直径下允许的下泵 直径较杆式泵大 起下泵麻烦
柱塞 游动凡尔 工作筒
固定凡尔
抽 油 泵 的 工 作 原 理
游
梁
P
式
抽
油
O
S
机
抽
油
泵
采
油
过
程
P
O
S
P
O
S
P
O
S
P
O
S
P
O
S
P
30
20
kN
整改措施:
(1)如果抽油杆断脱位置在距井口 600m以内，可以进行对扣操作， 若失败，再进行作业检泵。
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 m
（2）如果判断为脱节器脱落, 可以直 接下放抽油杆, 与脱节器对接（此时, 不允许旋转光杆对扣）, 若失败, 再进 行作业检泵。可以定量计算断脱部的深 度。L/L断=h/h断
抽油井 在生产过 程中，油 套管环形 空间中的 动面深度
沉没度:
深井泵 固定凡尔 与动液面
动
液
泵
面
深
沉 没 度
实例一、
泵径56mm, 泵深1500m, 正常生产 时日产液量44m3, 产油7吨, 在1月中
L
旬开始液量缓慢下降, 到7月8日液量 24m3, 产油3吨, 液面由正常时的 答12: 2该0井m产到液目缓前慢4下26降m，。液面上升，功图
的比凡 特
左卸尔 点
下 角 变 圆 。
载 线 陡 ； 示 功 图
） 漏 失 ， 增 载 线
典型示功图具体分析(2)
典型示功图具体分析1．泵工作正常时的示功图和理论示功图的差异不大，均为一近似的平行四边形，除了由于抽油机设备的轻微振动引起的一些微小波纹外，其它因素影响在图上显示不明显。
2．气体影响时的示功图由点到面在下冲程末余隙内还存在一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使吸入凡尔打开滞后，加载变慢，余隙越大，残存的气量越多，泵进口压力越低，则吸入凡尔打开滞后的越多。
特点：下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使排出凡尔滞后打开，卸载变慢，泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，卸载线越长“示功图”的刀把越明显。
3．气锁现象时的示功图是指大量气体进入泵内后，引起游动凡尔、固定凡尔均失效，活塞对气体起压缩和膨胀的作用，泵排不出油。
4．供液不足时的示功图沉没度小，供油不足，使液体不能充满工作筒。
下冲程中悬点载荷不能立即减小，只有当活塞遇到液面时，才迅速卸载，所以，卸载线较气体影响的卸载线陡而直。
5．油井出砂时的示功图油井大量出砂，油流携带着砂子冲刺，载荷受砂卡原因呈不规则毛刺现象；致使工作筒、活塞、凡尔等磨损，导致泵效降低，严重时固定凡尔或游动凡尔砂卡或砂埋，直接影响泵效。
6．油井结蜡时的示功图由于活塞上行时，泵内压力下降，在泵的入口处及泵内极易结蜡，使油流阻力增大，光杆负荷增大，引起凡尔失灵或卡死凡尔、活塞，堵死油管等现象。
7．抽油杆断脱时的示功图抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力才使载荷线不重合。
8．连抽带喷时的示功图具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只起诱喷和助喷作用。
特点：在抽汲过程中，游动凡尔和固定凡尔处于同时打开状态，液柱载荷基本上加不到悬点，示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲流体的粘度。
9．固定凡尔漏失时的示功图固定凡尔球和凡尔座配合不严，凡尔座锥体装配不紧，凡尔罩内落入脏物或蜡卡着凡尔球等而造成的漏失，典型表现为加载和减载缓慢，呈弧形，减载更严重。
油田常用示功图分析
谢谢
THANKS
靠性。
案例三：数字示功图在设备维护中的价值
背景介绍
数字示功图技术的发展为油田设备维 护提供了新的解决方案。
技术优势
数字示功图能够精确反映设备的工作 状态和性能变化，为故障诊断和预测 提供可靠依据。
应用场景
在设备维护过程中，通过数字示功图 分析，确定设备的维修需求和更换周 期，降低维修成本。
实施效果
制出相应的示功图。
常规示功图具有简单、直观的特 点，能够反映油井的产能和生产 状态，是油田生产管理中常用的
工具之一。
常规示功图的缺点在于测量精度 不高，容易受到人为因素的影响， 且无法实现远程监控和实时监测。
智能示功图
智能示功图是一种基于传感器和自动化技术的油田示功图，通过安装传感器和数据采集系统，自动测 量和记录油井的相关参数，绘制出相应的示功图。
油田生产动态监测
03
通过持续监测示功图的变化，可以了解油田的生产动态，为生
产决策提供依据。
油田设备维护
设备故障预警
通过对示功图的分析，可以发现设备异常变化趋势，及时进行预 警和维护。
设备定期维护计划制定
根据示功图分析结果，可以制定设备的定期维护计划，确保设备正 常运行。
设备性能评估
示功图可以反映设备的性能状况，通过分析可以评估设备的性能指 标，为设备更新或改造提供依据。
油田常用示功图分析
目录
CONTENTS
• 引言 • 油田常用示功图介绍 • 示功图分析方法 • 示功图分析应用场景 • 示功图分析的挑战与展望 • 案例分享
01 引言
CHAPTER
目的和背景
采油井动液面测试问题的分析与措施
采油井动液面测试问题的分析与措施摘要：油井动液面是反映地层供液能力的重要指标，是进行采油工艺合理性评价和优化的重要依据。
了解油井的液面高度，确定泵挂深度，分析油井供液能力，并根据液面的高低和液体的相对密度，计算泵的沉没度、流压和静压。
经常性定期不定期的进行测取，实时采集动液面可获取油井动态信息。
而动液面分析是油田开发中油井管理必须的手段，是一种方便，快捷并且有一定可行性的动态管理方法。
操作人员在长期的现场测试过程中，对填充氮气低压测试时遇到了一些问题，液面测试计算结果与实际情况有误差，个别井次测试计算液面低于泵挂深度，而实际该井能间歇产液；个别井测试结果中液面波不好判断；个别井没有测试时波形显示无明显液面。
经过反复查找原因现场验证，找到了问题的根本所在，提出了解决问题的方法。
关键词：抽油机；动液面；分析；措施引言油井动液面数据反映了油井生产过程中地层供液与能量消耗情况，是抽油机井生产管理与评价的重要参数。
目前，常规动液面测量一般采用声波法，需要人工定期到井口现场测量数据并分析动液面，操作工作量大、数据不连续。
该方法用于气、液比较大的低渗油藏，因环空中形成气、液混合的泡沫段产生“假液面”，测量值比实际液面小。
近年来，示功图计算油井动液面技术的应用，可以实时监测分析油井动液面的变化趋势，但该方法主要存在示功图测试仪在露天环境下使用易老化，油井悬点示功图测量精度低，计算误差大等问题。
本文提出了基于电功图计算动液面方法，建立电功图计算动液面数学模型，实现油井动液面的实时计算与监控。
1影响液面测试因素分析1.1液面波无规律的原因分析关于现场反映液面波无规律的问题，我们根据实际井况调研，发现该部分井的套压小或没有套压。
我们知道，声波的传播需要在空气介质中进行，如果套管套压小，或者没有套压，空气的密度小，声波的传播衰减大，使得测试出来的声波曲线特征不明显，再加上井下情况的复杂性，软件无法识别。
现场测试时，风沙天气等环境因素的影响，也会造成液面波混乱。
抽油机井示功图..
2)下冲程 柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵
内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压 力时，游动阀被顶开。 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部， 使泵排出液体。 泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱 压力。
B-下冲程
理论示功图
静载荷作用下的理论示功图 悬点所承受的载荷： (1)抽油杆柱载荷，Ｗr (2)作用在柱塞上的液柱载荷,W1 （3）沉没压力(泵口压力)与井口 回压在上冲程中造成的悬点载荷 方向相反,相互抵消。
理论示功图
实测示功图
解决的方法:
当抽油井“供液不足”时，我们应采取以下措施 1、加强注水,补充地层能量，从而提高油井地层 供液能力； 2、合理下调冲次； 3、根据地层供液，在作业时换小泵、加深泵挂 深度。 4、高压泵车洗井，解决近井地带堵塞。
典型示功图分析
4.油管漏失 图形特点∶开抽时泵功图图 形正常，停抽后上行线比前 面低一段载荷，功图面积明 显减小。 成因分析∶如果油管的丝扣 连接处未上紧，或因油管被 磨损，腐蚀而产生裂缝和孔 洞时，进入油管的液体会从 这些裂缝和孔洞及未上紧处 重新漏入油管套管间的环形 空间，导致油井减产。
油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下 柱塞泵。
相同点
用抽油杆将地面动 力传递给井下泵
图
地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋
转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。
游梁式抽油机井有杆泵采油是目前我国最广泛应用的 采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。
有杆泵采油
典型杆驱往复泵抽油系统 典型杆驱螺杆泵抽油系统
抽油装置示意图
主要内容
泵工作原理 理论示功图 典型示功图分析 总结
泵的工作原理
油井计量原理及功图分析(I)
油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。
这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。
(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。
抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。
相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功图。
抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。
采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。
通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。
自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。
1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。
下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。
示功图分析
示功图分析目前生产油井多是抽油机井，泵挂1000-2200米之间，想要真正对油井的生产有有个深入、细致的了解，必须采取很多手段，如：测示功图、动液面、电流、量油等。
抽油机井的管理水平，关系到油田的整体经济效益。
要做好抽油机井的管理工作，必须取全取准各项生产资料，并作出正确的分析，制定抽油机井的合理工作制度，采取切实有效的合理措施，加强和提高抽油机井的日常管理水平。
示功图的测试是对抽油机井的管、杆、泵的工作状况的很好的诊断。
通过对负荷和图形的变化，正确的示功图分析，可以判断油井的工作制度是否合理，影响泵效和不出油的原因，确定合理的采油工艺措施和检泵周期。
一．示功图的测试基准示功图：1.基准示功图的意义：就是分析模板。
在油井新的状态下建立的基准示功图对以后的采油管理和测试会起到很大的作用，通过载荷的变化可以观察摩擦力的变化和液面的变化，对井筒和地层精细管理起到很大的作用，特别是在目前高含水阶段的采油生产。
基准示功图还可以指导动液面的测试。
动液面的准确测试是目前的局级技术难题。
动液面是油套环空的，油套环空很小，只要有很小的东西就会阻碍声波的传播，液面的确定不能光看液面曲线，必须与示功图对比分析。
基准示功图最重要的作用是资料的互相验证，保证了所出资料的准确率，同时也提高测试人员的工作水平。
精准的资料保证了技术人员的分析地准确，采取措施对症。
2．如何建立基准示功图油井作业后待生产正常测得合格的示功图和动液面做为基准，以后的示功图和动液面与其对比。
一般是在作业5-7天后测得示功图和动液面作为基准。
在作业后建基准示功图的原因是：作业后管杆泵都经过清洗和更换，管柱深度都会发生变化，油井的生产状态与以前发生了变化，主要是摩擦力变化，因为示功图反映的是力的变化，所以作业对示功图的影响很大，故在作业后建立基准示功图。
还有作业后测得的动液面也是最准确地，所以在建立基准示功图的同时建立同步的动液面。
按这个要求做的，既保证了资料准确率，也杜绝了不准确的资料真分析的事情发生，同时也提高了相关各岗位人员的工作能力。
抽油机井实测功图分析
20
40
30
10
20
０
10
0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 m
0.5
1
1.5
2
2.5 m3
双凡尔漏失不出实测功图
kN
80
70 60 50
40
30
20
10
0 0.5
1
1.5
22.5 3 mkN60504030
20
10
０
0.5
1
1.5
2
2.5 3
m
特点：没有增载线和卸载线，功图面积小，功图载荷照比原 载荷下降；产量下降或不出，液面上升。
1
1.5
2
2.5 3 m 0
0.5
1
1.5
2
2.5 3 m
气体影响实测示功图
典型案例（一）
抽油杆断脱示功图
kN 40
30
抽油杆底部断脱示功图
20
kN 40
30
抽油杆上部断脱示功图
20
10
10
0
0.5
1
1.5
2
2.5 3
m0
40 kN
0.5
1
1.5
2
2.5 m
30
20
抽油杆中部断脱示功图
10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
是供液不足或气体影响。
左下角：分析光杆在下死点时出现的问题， 如固定阀的漏失情况等。
抽油机井实测功图分析
kN
kN
80
70 60 50
40 30 20 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 m
示功图的分析和解释
示功图的分析和解释前言抽油机井采油是目前油田开发中普遍应用的方式，抽油机井的管理水平的好坏，关系到油田整体经济效益的高低。
要做好抽油机井的生产管理工作，必须取准取全各项生产资料，制定抽油机井合理的工作制度，不断进行分析，适应不断变化的油藏动态，加强并提高抽油机井的日常管理水平。
分析和解释示功图，就是直接了解深井泵工作状况好坏的一个主要手段，不但深井泵工作中的一切异常现象可以在示功图上比较直观的反映出来，而且，还可以结合有关资料，来分析判断油井工作制度是否合理，抽油设备与油层和原油性质是否适应，还可以通过“示功图法”对低产、低能井制定出合理的开关井时间，减少设备的磨损和电能的浪费等。
由于抽油井的情况复杂，在生产过程中，深井泵不但要受到抽油设备制造质量和安装质量的影响，而且要受到油层中的砂、蜡、气等多种因素的影响。
致使实测示功图形状多变，各不相同。
尤其是在深井上，这种情况就更为突出。
因此，在分析示功图时，既要全面地了解油井的生产情况、设备状况和测试仪器的好坏程度，根据多方面的资料综合分析，又要善于从各种因素中，找出引起示功图变异的主要因素，这样，才能做出正确的判断。
一、示功图的基础知识1、示功图的概念：示功图的概念：反映深井泵工作状况好坏，由专门的仪器测出，画在坐标图上，被封闭的线段所围成的面积表示驴头在一次往复运动中抽油机所做的功，称为示功图。
动力仪力比：示功图上每毫米横坐标长度所代表的负荷值。
减程比：示功图上每毫米横坐标长度所代表的位移值。
2、计算驴头最大负荷、最小负荷计算公式：(1)根据油井生产资料,绘制该井理论示功图.(2)根据油井生产参数,计算并画出驴头最大负荷、最小负荷在图中理论负荷线上的位置。
两种较简便的计算公式：①最大载荷：P1大＝P液/＋P杆[b＋sn2/1440]P2大＝P液/＋P杆[b＋sn2/1790]②最小载荷：P1小＝P杆[b－sn2/1440]P2小＝P杆[b－sn2/1790]式中：P1大------悬点最大载荷（第一种计算方法）；P2大------悬点最大载荷（第二种计算方法）；P1小------悬点最小载荷（第一种计算方法）；P2小------悬点最小载荷（第二种计算方法）；P液/------作用在活塞整个截面积上的液柱质量，kg；P液＝Fγ液×L，如果井口回压与沉没压力接近，便可忽略它们对悬点载荷的影响；P杆------抽油杆在空气中的质量，kg；B-------考虑抽油杆柱在液体中的减轻质量系数，b＝[1－γ液/γ钢]；γ液-------抽汲液的相对密度；γ钢-------钢的相对密度；S--------抽油机光杆冲程，m；n--------抽油机冲次，次/min；F--------活塞截面积，m2；L--------下泵深度，m；在现场分析抽油井示功图时，可利用示功图计算：P大＝力比×h; P小＝力比×h/式中：力比-------所用动力仪的力比，N/mm；P大、P小-------悬点的最大载荷和最小载荷；h-------上行线最高点距基线的距离，mm；h/-------下行线最低点距基线的距离，mm；两种计算公式的区别：第一套公式是把抽油井悬点运动看做曲柄滑块机构的滑块运动，并取曲柄旋转半径与连杆长度的区别为1/4，它只考虑了液柱和抽油杆质量以及抽油机杆柱的惯性载荷。
示功图分析
示功图分析目前生产油井多是抽油机井，泵挂1000-2200米之间，想要真正对油井的生产有有个深入、细致的了解，必须采取很多手段，如：测示功图、动液面、电流、量油等。
抽油机井的管理水平，关系到油田的整体经济效益。
要做好抽油机井的管理工作，必须取全取准各项生产资料，并作出正确的分析，制定抽油机井的合理工作制度，采取切实有效的合理措施，加强和提高抽油机井的日常管理水平。
示功图的测试是对抽油机井的管、杆、泵的工作状况的很好的诊断。
通过对负荷和图形的变化，正确的示功图分析，可以判断油井的工作制度是否合理，影响泵效和不出油的原因，确定合理的采油工艺措施和检泵周期。
一．示功图的测试基准示功图：1.基准示功图的意义：就是分析模板。
在油井新的状态下建立的基准示功图对以后的采油管理和测试会起到很大的作用，通过载荷的变化可以观察摩擦力的变化和液面的变化，对井筒和地层精细管理起到很大的作用，特别是在目前高含水阶段的采油生产。
基准示功图还可以指导动液面的测试。
动液面的准确测试是目前的局级技术难题。
动液面是油套环空的，油套环空很小，只要有很小的东西就会阻碍声波的传播，液面的确定不能光看液面曲线，必须与示功图对比分析。
基准示功图最重要的作用是资料的互相验证，保证了所出资料的准确率，同时也提高测试人员的工作水平。
精准的资料保证了技术人员的分析地准确，采取措施对症。
2．如何建立基准示功图油井作业后待生产正常测得合格的示功图和动液面做为基准，以后的示功图和动液面与其对比。
一般是在作业5-7天后测得示功图和动液面作为基准。
在作业后建基准示功图的原因是：作业后管杆泵都经过清洗和更换，管柱深度都会发生变化，油井的生产状态与以前发生了变化，主要是摩擦力变化，因为示功图反映的是力的变化，所以作业对示功图的影响很大，故在作业后建立基准示功图。
还有作业后测得的动液面也是最准确地，所以在建立基准示功图的同时建立同步的动液面。
按这个要求做的，既保证了资料准确率，也杜绝了不准确的资料真分析的事情发生，同时也提高了相关各岗位人员的工作能力。
抽油井功图诊断与分析
一、光杆地面理论示功图
14、λ：由于抽油杆与油管弹性变形造成的总的冲程损失。 15、S活：活塞冲程，即抽油泵活塞有效移动距离。 16、S：地面冲程，即光杆冲程。 17、P液：作用在柱塞上的液柱重量。 18：P杆：抽油杆柱在液体中的重量。 19：P静：驴头在上冲程承受的最大静载荷。
井下泵功图
将光杆地面示功图经过计算机处理得到井下泵功图，它消除了抽油杆的 变形、粘滞阻尼、振动和惯性载荷等影响，真实反映了泵的工作状况，井下 泵功图很容易判断出有杆抽油系统存在的问题。阻尼系数、地面功图、抽油 杆、冲次的准确性，对泵功图影响较大。
油井结蜡的特征为与正常载荷相比，最大载荷变大，最小载 荷变小,功图变肥，电流上升。
8、泵卡
泵卡的功图特征为斜向上的黄瓜条，主要是因为活塞卡后，抽油 杆只有弹性伸长。WX139井2008年9月17日诊断为泵卡，最大载 荷102.6KN。2008年9月19日作业发现活塞卡死在泵筒内。
9、泵部分脱出工作筒
一、光杆地面理论示功图
7、 CD：下冲程的卸载线。卸载过程，游动凡尔与固定凡尔同时处于关闭状态。 8、 DA：活塞下冲程线，为深井泵的排出过程。该过程固定凡尔处于关闭状态， 游动凡尔被顶开排出液体。 9、 ABC：上冲程静载变化线。 10、CDA：下冲程静载变化线。 11、面积ABCD：深井泵在一个冲程内所做的功。 12、λ1：抽油杆伸缩造成的冲程损失。 13、λ2：油管伸缩造成的冲程损失。
W179-5打水前后功图变化
W179-5打水前测试的功图
W179-5打水2方后20分钟测试的功图
11、下碰
下碰功图特征为卸载线左下角有凸出尾巴，同时在增载线上有凹 性上，这是抽油杆受压缩短的现象。W79-19井2008年2月3日诊 断为碰泵，最大载荷87.1KN，上提防冲距后正常。
利用功图法测算动液面2011
2011-06-11 08:01:52 2楼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。
液面和功图分析课件
根据能量平衡原理，建立系统的数学模型，通过数学模型对系统性能进行模拟和 预测。
功图优化及应用
优化目标
功图优化的目标是通过调整系统参数，提高系统性能和效率，降低能源消耗和成本。
应用领域
功图分析广泛应用于液压和气压系统的设计、调试、维护和故障诊断等领域。通过对实际运行中的功 图进行分析，可以评估系统的性能和效率，找出潜在的问题和瓶颈，优化系统的设计和运行。
04
液面和功图分析技术
液面和功图联合监测技术
01
02
03
液面监测技术
利用传感器、光学仪器等 设备对液体表面进行监测 ，获取液面高度、波动等 数据。
功图监测技术
通过监测机械设备的运行 状态和运动轨迹，获取设 备的工作状态和性能参数 。
联合监测技术
将液面和功图监测技术结 合起来，实现对液体存储 和传输设备的全面监测和 分析。
利用人工智能技术对设备 性能进行预警和预测，提 前发现潜在问题并采取措 施。
优化控制策略
通过人工智能技术对设备 控制策略进行优化，提高 设备运行效率和性能。
故障诊断与修复
利用人工智能技术对设备 故障进行诊断和修复，提 高维修效率和准确性。
05
工程案例分析
油田生产过程中的液面和压力控制
要点一
总结词
液面和功图分析课件
目 录
• 引言 • 液面分析基础 • 功图分析基础 • 液面和功图分析技术 • 工程案例分析 • 结论与展望
01
引言
课程背景
01
石油与天然气是现代社会的主要 能源来源之一，而液面和功图分 析是石油与天然气工程中的重要 技术。
02
通过液面和功图分析，可以了解 井下油气藏的储量、压力、渗透 率等关键参数，为油气田的开发 和生产提供科学依据。
液面和功图分析
油管接箍法
这是同一口井的同一条测试曲线，只是计算时选取的平均管长相差 0.1米，造成了液面计算结果差了3.64米。 选取节箍平均管长9.6米，计算的音速为349.09m/s，液面深349.09米 选取节箍平均管长9.5米，计算的音速为345.45m/s，液面深345.45米
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测试仪器的组成
液 面 测 试 仪
ห้องสมุดไป่ตู้
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（三）液面仪测试流程
1、上井前的准备
上井前要对测试动液面的综合仪进行检查： （1）检查仪器是否充足电、是否工作正常； （2）检查井口连接器是否正常； （3）检查相应的连接线是否完好。
2、现场操作方法
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A. 装好井口连接器，将井口连接器的阀门打开，用勾扳手将井口装置拧紧。 B. 用液面测试电缆将井口连接器与主机连接好。 C. 对有套压的井进行测试时，将井口阀门缓慢打开，避免对声弹的井口装置 的微音器产生瞬间冲击，将井口连接器的阀门排空后关闭。 D. 打开电源，观察综合仪的显示菜单是否显示在“测试”位置。 E.“测试”功能，根据气井情况合理选择低频、宽频或高频，输入井号、日期 后再根据当地地理情况合理调节AB增益，进行曲线采集。 F. 测试曲线资料完成后，测试结束并确认资料合格，关闭主机电源，断开测 试连线，整理好工具和电缆，结束此井测试。
声源与反射物之间距离。
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动液面测试的原理、方法
回声仪记录曲线示意图
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（二）测试仪器的组成
测试仪器主要由综合仪主机、载荷位移传感器组合、井口连接器组 成。 综合仪主机（即ZJU-2综合记录仪）主要由CPU板、滤波放大板、超 低温显示器、键盘、无线通讯模块、高能电池组等组成。综合仪主机具 有测试、查询及删除、仪器设置、仪器标定等功能，与PC机相连还可进 行数据通讯。 载荷位移传感器组合由载荷传感器、位移传感器、无线通讯模块和 信号处理电路等组成，用于测试抽油机的载荷、位移等参数。传感器组 合有三种型号供用户选择。卸载式载荷位移传感器组合测试精度较高 （1%F·S）；不卸载液压式有两种安装尺寸，适用不同的抽油机；固定 式载荷传感器长期装置井上，接插上位移传感器即可进行功图测试，一 台主机可对接多台载荷传感器。 井口连接器由连接组件、击发装置、微音器和压力传感器组成，用 于测试抽油机液面深度和套管压力。
3.3 液液界面的性质
液—液界面张力理论
3）Fowkes理论
Good—Girifalco理论的主要缺陷在于没有从根本上考虑分 子间的各种相互作用。Fowkes从另一个角度成功地改进 了Good—Girifalco理论，他指出所有存在于分子间的作用
力均对液体的表面张力有贡献，即液体的表面张力是各 项作用力的贡献之和
D H M I
3.2 液—液界面的性质
液体的粘附与铺展 液—液界面张力理论
表面活性剂溶液的界面张力 液—液界面上的吸附
1.内聚功(work of cohesion)
等温、等压条件下，两个单位液面可逆聚合 为液柱所作的最大功称为内聚功，是液体本身结 合牢固程度的一种量度。 内聚时两个单位液面消失，所以，内聚功在 数值上等于该变化过程表面自由能变化值的负值。
液—液界面张力理论
2、Good—Girifalco理论 理论要点为； 1）根据a和b粘附过程的粘附功公式定义自粘功公式
Wab a b ab Waa 2 a
a b
2）设W（ab）与W（aa）、 W（bb）之间存在几何平均关 系
Wab WaaWbb
1/ 2
表面活性剂溶液的界面张力
油相的存在对cmc的影响可分为2种情况：
a.若油相为不饱和烃成芳烃，cmc↓，原因是油相带有极性基和 非极性基可参与胶团的形成，因此，加入浓度比实际浓度小， 即可视为未加入活性剂之前，水相中就有少量的两亲分子存 在（与不饱和烃存在时相比，实际加入量减少， cmc↓ ，当 油相的极性越强，水中溶解度越大，cmc降低越多，这种情 况，类似于混合胶团形成。 b.如果油相是低分子量极性有机物，cmc↑，这是因为： i）表面活性剂在油相溶解，导致在水相中的浓度平衡降低，因 此，水相中的实际浓度小于加入浓度，cmc↑。
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回音标法
这是同 一条曲 线，只 是定位 音标的 位置稍 微移动 一点， 造成液 面深度 差了5.4 米，音 速相差 6.8m/s （稳压）。
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现场发现问题
• 同一口井，不同时间测试的音标形状也不尽相同，形状的差别就极易 产生定位位置的偏差，如下图：这是同一口井不同时间的测试曲线， 仪器的灵敏度有些差别，音标的形状差异很大，定位时就可能产生误 差。下图是同一井口不同时间测定的井口音标图。
声源与反射物之间距离。
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动液面测试的原理、方法
回声仪记录曲线示意图
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（二）测试仪器的组成
测试仪器主要由综合仪主机、载荷位移传感器组合、井口连接器组 成。 综合仪主机（即ZJU-2综合记录仪）主要由CPU板、滤波放大板、超 低温显示器、键盘、无线通讯模块、高能电池组等组成。综合仪主机具 有测试、查询及删除、仪器设置、仪器标定等功能，与PC机相连还可进 行数据通讯。 载荷位移传感器组合由载荷传感器、位移传感器、无线通讯模块和 信号处理电路等组成，用于测试抽油机的载荷、位移等参数。传感器组 合有三种型号供用户选择。卸载式载荷位移传感器组合测试精度较高 （1%F·S）；不卸载液压式有两种安装尺寸，适用不同的抽油机；固定 式载荷传感器长期装置井上，接插上位移传感器即可进行功图测试，一 台主机可对接多台载荷传感器。 井口连接器由连接组件、击发装置、微音器和压力传感器组成，用 于测试抽油机液面深度和套管压力。
A. 装好井口连接器，将井口连接器的阀门打开，用勾扳手将井口装置拧紧。 B. 用液面测试电缆将井口连接器与主机连接好。 C. 对有套压的井进行测试时，将井口阀门缓慢打开，避免对声弹的井口装置 的微音器产生瞬间冲击，将井口连接器的阀门排空后关闭。 D. 打开电源，观察综合仪的显示菜单是否显示在“测试”位置。 E.“测试”功能，根据气井情况合理选择低频、宽频或高频，输入井号、日期 后再根据当地地理情况合理调节AB增益，进行曲线采集。 F. 测试曲线资料完成后，测试结束并确认资料合格，关闭主机电源，断开测 试连线，整理责任公司
授课提纲
液面测试的原理、方法 功图的测试与原理
示功图的分析和解释
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液面测试的原理、方法
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动液面测试的原理、方法
动液面的测定方法
动液面即煤层气井正常运行过程中测得的油套管环形空间中的液面深 度，用从煤层底板至液面的高度来表示。煤层气井动液面深度的测量 目前在国内主要有两种方式，一种是安装井下电子压力计；另一种是 采用回声测深仪。
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测试仪器的组成
液 面 测 试 仪
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（三）液面仪测试流程
1、上井前的准备
上井前要对测试动液面的综合仪进行检查： （1）检查仪器是否充足电、是否工作正常； （2）检查井口连接器是否正常； （3）检查相应的连接线是否完好。
2、现场操作方法
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（1）回音标法
回音标是套接在油管上的柱状短节，它的直径 大于油管，遮住油套环形空间间隙的50--70％，长 度为0．3--0．5米，用它来阻碍声音的直线传播， 使声音返回到井口并记录下来，便于准确地计算液 面深度。新井完井时或作业后，需要将音标下入的 准确位置做好记录。以便计算液面深度时采用（修 井监督的重要性）。假定油、套管环形空间传播速 度为一恒定值作为计算的基础，回音标位置下入深 度越接近实际液面，计算精度就越高，其计算公式 为： De = Ds (Le / Ls) 式中De ------液面深度，m； Ds ------音标下入深度，m； Ls -----自井口波峰至音标间测量其曲线上的距离； Le -----自井口波峰至液面波峰间测量曲线上的距离。
综合以上各种状况，采用音标法，液面的计算精度只 能达到5%左右（对排采起到参考作用）。
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（2）油管接箍法
•
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接箍法是国内普遍采用的液面深度计算方法，当井内没 有安装回音标或回音标被液面淹没时，就需要用油管接 箍来推算液面深度。在油管长度比较规范时，用此方法 求得音速所计算的液面深度比较准确。 但是我公司由于所选购的油管都不是同一规格的长度， 所以无法用此方法做到精确测量，因此在此只是做简答 的介绍
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（四）测试资料的处理及计算方法
煤层气井和油井的动液面深度测试采用的都是声波 反射原理，利用测试仪采集完曲线波形后，必须对波 形进行分析计算才能得出动液面深度。目前国内各煤 层气区块普遍使用的方法是：接箍法和音标法。 我公司所有煤层气井基本都下有回音标，因此，音 标法是我公司目前采用的主要测试方法。
• • • • •
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回音标法
这种计算方法在现场具体操作使用过程中存在的问题主要表现在以 下几个方面： 有些井没有安装音标，无法采用此方法计算液面深度。 由检泵等原因造成作业后音标位置可能有所改变，需要及时记录更新， 否则计算时就会产生很大误差。 音标位置下入的深度普遍较浅，一般在几十米至一百米左右，当液面 较深时，计算精度无法保证。理想的音标位置应该在液面深度的9/10， 一般情况下应保证在2/3处，由于煤层气井这种需要排水降压解吸出气 的特点，不可能将音标下深，淹没在水下就没有意义了。 不同测试设备对音标信号的测试波形的差异很大，有些设备不能很好 的测出音标，造成计算精度无法保证。 对于音标信号测试很清晰的曲线，在人工计算时由于定位位置原因， 也会产生很大误差。
（一）工作原理
利用回声仪来监测液面是目前最常用的方法。其基本原理是：安装 在井口上的测试仪器发出声波，声波沿油、套环形空间向井底传播， 遇到回音标、油管接箍和液面等发生反射。反射波传到井口被微音 器所接收，并将反射脉冲转化成电信号，电信号经放大、转换、运 算、显示和存储等处理，测出声波传播速度和反射时间，即可测出