三元功图讲座最后

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示功图特征分析研究
第四采油厂工程技术大队
一、示功图基本原理及典型示功图分析 二、三元复合驱不同阶段示功图特征分析
理论示功图 的绘制及泵的工作过程
理论示功图就是认为光杆只承受抽油杆柱 与活塞截面积以上液柱的静载荷时,理论上所 得到的示功图。
假 235、、、不抽油考油井虑设活供备塞液在在能上工、力作下中充冲,足程不中,受,泵抽砂能油、杆够蜡柱完、所
明显地看出供液不足井示功图的明显特征,所不同的是由 于井深、动负荷增大和力传递的滞后,引起图形的扭转或 波浪明显。
在实际功图分析过程中,由于供液不足和气体影响的 功图理论界线不明显,致使在功图分析时同一功图不同人 的分析结果不同。
为此,从水利学的角度出发,计算了抽油泵完全充满所 必须的沉没度界限:
气体压力大,光杆卸载 快,弧线曲率小。反之, 则弧线曲率大。曲率中心 位于弧线的右下方。这条 弧线是气体影响示功图的 显著特征。
实测气影响示功图
泵径44mm,沉没度 81.58m,泵效41.69%
当深井泵装置完好时,抽汲过程中,液体不能及时充满泵的工作筒, 致使泵的充满系数下降,排量降低,称之为供液能力差。
P
λ
P大
P小
















S活 S光
当从上死点开始下冲程后,光杆 负荷不是立即减小,而是向下运 动一段距离后才减小,这段距离 相当于泵筒中的未充满高度。由 S 于这段泵筒中无液体,所以游动 凡尔打不开,负荷仍和上冲程一
样,只是由于摩擦力、动负荷等方向的改变,使负荷有稍许降低。当 活塞接触液面开始压缩液体后,负荷开始转移,光杆开始卸载。
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
典型与实测示功图 的分析和解释
实测正常功图的特点是和理论示功图的差异 不大,均为近似的平行四边形。
沉没度204 泵效47.5
但是由于抽油设备的震动、油井深度使抽油杆柱受到 较大的惯性力,以及冲次的加快,惯性载荷及震动载荷增 加,使图形波动和偏转得更加厉害。一般来说,功图中上 下波形的平均线平行,左右曲线平行,所不同的是:上下 负荷与基线不平行,成一个夹角。
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
当活塞到达上死点,在转入下行程的瞬间,固定凡尔关 闭,游动凡尔打开,活塞上下连通。活塞上原所承受的 液柱重量又加在油管上。抽油杆卸掉了这一载荷,油管 上加上了这一载荷,于是二者又发生弹性变形,此时油 管伸长,抽油杆柱缩短,光杆下行,活塞相对于泵筒没 有移动,于是画出了CD斜线。它表示光杆上负荷减少的 过程。称为减载线。
光杆上行时,由于结蜡所引起的附加 阻力,使负荷在整个冲程中都超过了 最大理论值;光杆下行时,由于结蜡 阻碍,负荷立即减小,当到达结蜡严 重部位,负荷就很快降到最小理论值 以下。所以,整个实测功图比理论示 功图显得肥胖。
3.3、固定凡尔被蜡卡死
在上冲程时,由于固定凡尔卡死,井中有蜡影响, 使抽油杆的运动受到了阻碍,所以,实测示功图的最大 负荷线超过了理论值,并有波浪式的变化。当活塞下行 时,由于活塞接触不到工作筒内的液面,游动凡尔打不 开,光杆不能卸载。直到接触到工作筒内液面,光杆才 开始卸载。所以,实测功图的最小负荷线接近于最大理 论负荷线,直到下死点时,负荷才降到理论值。
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
PB
C
理论示功图
A
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
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
PB
C
理论示功图
A
DS
S活
λ
S光
PB
C
理论示功图
A
DS
S活
λ
S光
于是画成一个封闭的曲线,即为示功图。
P
λ
P大
对一口井来说,抽油杆、油管、泵 等条件是固定不变的,因而,由它
P小
















S活 S光
们所决定的弹性变形过程中的弹性 S 系数也就随之固定不变。所以,卸
载线和加载线相互平行。
但是由于充满程度是可变的,卸载线要左右移动,卸载线越靠左, 说明泵的充满程度越不好。
P
λ
P大
当活塞下行时,泵内气体受 到压缩,压力逐渐增大,直 到被压缩的气体压力大于活 塞上面的液柱压力时,游动 凡尔打开。从图上CD1线的 变化情况来看,由于有个活 塞压气体的过程,光杆卸载
较正常卸载缓慢,到了D1点时,游动凡尔被打开。光杆载 荷才降到最小理论值。因此,减载线CD1较增载线AB1平缓, 成为一条向右下方弯曲的弧线。
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
当弹性变形完毕,活塞开始下行,液体就 通过游动凡尔向活塞以上转移,此过程中,光 杆所受的负荷不变。
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
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
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
A
S活 S光
C
D S
λ
P
B
理论示功图
A
S活 S光
CHale Waihona Puke D SλP
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
光杆出所承受的负载,仍和B点时一样没 变化,所以画出一条直线BC。
上 游 动 凡 尔 打 开
下 游 动 凡 尔 打 开
固定凡 尔关闭
当光杆从上死点开始下行时, 固定凡尔关闭、活塞开始挤 压泵筒中的液体。活塞挤压 液体给液体一个作用力,使 液体压力升高,液体反过
来又给活塞一个反作用力,使光杆减载。当泵筒中液体 的压力超过油套环行空间液柱在凡尔座处形成的压力后, 泵筒中的液体就从吸入部分的不严密处漏入井中。
6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现
6.2 排出部分的漏失对示功图的影响
当光杆开始上冲程运动时, 活塞下面液体的压力随着抽油杆 的伸长和活塞被提升而逐渐下降, 活塞上下之间随即产生压力差, 使活塞上面的液体经漏失处漏到 活塞下面的工作筒,使得工作筒中的压力升高,与不漏失相比,此 压力对活塞有“顶托”作用,使光杆的负荷不能及时升到最大值,
示功图的基本原理是有杆泵随光杆做垂直往复运 动时,动力仪把变化着的载荷与冲程的位移,用力比 和减程比缩小绘制出复杂多变、形态各异的图形,是 油井在井下垢、砂、蜡、气、水、惯性载荷、震动载 荷、供液能力、井液粘度等因素综合影响之下测出的 图形,直观的反映了油井井下工作状况,是油井动态 分析的重要资料。
造成供液能力差的原因有两种:
a) 深井泵的工作制度或抽汲参数组合不合理,泵的排出能力大于油 层的供液能力,造成沉没度太小,液体充满不了泵筒。
b) 为了防止砂、气体影响泵的正常工作,在泵的下边装有砂锚、气 锚、防砂筛管,当砂、蜡堵塞了部分或大部分进油孔道,致使液体 进入泵筒的流动阻力增大,流量变小,动液面升高,液体不能及时 充满泵筒。
P
B
C
理论示功图
A
DS
S活
λ
S光
在下死点前后,抽油杆柱上多了一个活塞截面以上液 柱的重量 油管上少了一个活塞截面以上液柱的重量。这 时,就要发生弹性变形,油管就要缩短,抽油杆就要伸长。 此时光杆虽然在上移,但活塞相对于泵筒来说,实际未动, 这样就画出示功图中的AB斜直线,它表示光杆负载增加的 过程,称为增载线。
理由论于卸固载定线凡为尔一漏条失直,线使,卸而载吸时入间
部延分示长漏。功失卸图时载的时的卸间左载延线下迟为的角一结变向果上是圆凹图, 的形增曲而右载线上且,角线,其变比倾尖漏角卸、失(右载∠越下线C角D厉1变D陡)害圆,。,且而变 漏且失得漏量失越越量圆大越,严越重比,理图论形卸右载上线角的变
倾得角越要尖小、。右下角变得越圆。
PB
C
理论示功图
A
DS
S活
λ
S光
光杆从下死点又开始新的上行
油管缩短和
抽油杆伸长

B



负A 荷
光杆冲程 活塞冲程 活塞截面以 上液柱重量
抽油杆在油中的重量
C
D
抽油杆缩短 和油管伸长
光杆冲程
理论示功图是在五个假设条件之下,仅仅考虑了抽油 杆柱承受静载荷时作出来的,所以功图是规则的平行四边 形。而实测功图是在砂、蜡、气、水和惯性载荷、震动载 荷、冲击载荷与摩擦阻力等因素的综合影响之下测出来的, 除此之外,还要受到漏失、断脱、碰泵、设备故障、仪器 故障的影响,因此实测功图比理论功图复杂的多。为了便 于分析,我们只介绍典型的示功图作为实测功图的理论基 础,然后与实测功图结合起来对比分析,说明分析方法和 各类图形的特征。
P小
















S活 S光
泵充满程度不好时示 功图图形象一个菜刀 把,因此有人形象地 称此类图形为“刀把” S 形。
沉没度 29.71沉m没度493m
6产11量.1下m 降 泵效13.2%
进油部位堵塞,形成供液不足, 应采检取泵热发洗现解金堵属,防热砂洗筛不管成被功砂堵 如产死量下降可采取检泵作业。
φ70mm以下泵,沉没度大于80米、泵效大于35%,分析 气体影响,泵效小于35%、沉没度小于80米分析供液不足; φ70mm以上泵,沉没度大于100米、泵效大于35%,分析气 体影响,沉没度小于100米、泵效小于35%,分析供液不足。
6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现
由于固定凡尔与凡尔座配合不严,凡尔座锥体装配 不紧,凡尔罩内落入脏物或结蜡而卡住凡尔球等原因, 都会造成泵的固定凡尔漏失。
游动凡尔和固定凡尔结蜡,凡尔不能灵活 地及时打开,从而引起漏失。并且,由于杆管 结蜡,增大油流阻力。所以,当活塞上行时, 光杆负荷增加,超过了最大理论值,下行时, 光杆负荷不稳定,功图呈现出波浪起伏的变化。
3.2、油管和抽油杆结蜡
油管和抽油杆结蜡,会缩小油流通道,增大油流阻力,增大光 杆负荷,严重时,可将油管全部堵死,迫使油井停产。。
6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现
日液量由7下降到0,沉没度由45 米上升到672米。 停憋不起压、抽憋5分钟压力由 0.3↑1.2MPa 、 稳 压 3 分 钟 压 力 降至0.5MPa
6.2 排出部分的漏失对示功图的影响
深井泵的排出部分包括游动凡尔和活塞。 因此,该部分产生的漏失主要有两种原因造成: 一是游动凡尔装配不严、磨损造成漏失;二是 活塞和泵的衬套配合不紧密、间隙过大或因沉 砂异物等磨损活塞引起的漏失。
设 条 件
受荷水 的 4全1、、到等、 液充的的油深气 体满摩 影井井等 不擦响泵因可没力,质素压、假有量的缩惯设连合性力影抽力在格响、抽带,,震油喷工认动杆作现为载柱正进荷中象常与的入冲传泵击递内载是
瞬间的,凡尔的起落也是瞬间的
1、理论条件下泵的工作过程和负荷的转移情况
深井泵的活塞在做往复运动。活塞在最低位置时, 两个凡尔之间有一余隙,此余隙内充满了液体。当活 塞下行快接近下死点时,固定凡尔关闭,游动凡尔打 开。此时,活塞上下液体连通,光杆上只承受抽油杆 在油中的重量;油管承受了全部液柱重量。当活塞到 达下死点开始上行的瞬间,游动凡尔立刻关闭,使活 塞上下不连通。活塞要推动其上的液柱向上移动,这 个液柱的重量就加在活塞上,并经抽油杆加在光杆上。
随着冲次的加快,惯性载荷和震动载荷也相应增加。
n=4
n=6
n=9
n=12
对于抽油井来说,油井结蜡可以增加光杆 负荷,引起凡尔失灵、活塞卡死、堵死油管。 因此,研究油井结蜡对于维持油井正常生产, 具有较大的实际意义。由于结蜡部位不同,影 响的严重程度不同,现分为以下几种情况进行 分析。
3.1、凡尔结蜡
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
弹性变形完毕光杆带动活塞上行,固定凡 尔打开,液体进入泵筒并充满活塞让出的空 间,光杆承受负荷不变。
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
光杆带动活塞上行
P
B
理论示功图
A
S活 S光
C
D S
λ
光杆带动活塞上行
P
B
C
理论示功图
A
D
S
S活
λ
S光
光杆带动活塞上行
P
B
理论示功图
泵在下井前,都经过检修、试压等一系列检查。一 般因装配问题造成固定凡尔漏失的情况是比较少见的。 固定凡尔漏失,决大部分的原因是由于油中含有砂蜡造 成的。
6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现
固定凡尔失灵有两种: 一种是长期的 一种是偶尔的失灵 但二者在示功图的表现上都是一样的。
6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现
实测蜡影响示功图
实测蜡影响示功图
2月
4月
6月
该井计量无油,蹩泵5分钟不起压,没有热洗记 录。作业队洗井处理后量油憋泵正常。
活塞上行时,油气混合物 进入泵内,并且随着活塞 继续向上运动,泵内压力 降低,溶解在石油中的气 体大量分离出来,同时气 体产生膨胀,使光杆载荷
不能很快地增加到最大理论值。因此,增载过程变慢, 直到B1点时,增荷才结束,固定凡尔才打开。所以,增 载线AB1较AB的斜率小。
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