抽油机井工况诊断技术
抽油机井工况诊断技术综述
2、充不满影响的示功图
有时，当柱塞碰到液面时， P
产生振动，最小载荷线会出
现波浪线。
B
充不满程度越严重，则卸
载线越往左移。（如右图2、
3所示）
措施：加深泵挂；采取合理
的抽汲措施；调整对应注水
井注水量；采取压裂、酸化
等增产措施；采取间歇抽油 A
方式。
o
32 1
c.液柱与抽油杆柱之间的摩擦力：除与抽油杆柱的长度和 运动速度有关外，主要取决于液体的粘度；
d.液柱与油管之间的摩擦力：除与液流速度有关外，主要 取决于液体的粘度；
e.液体通过游动凡尔的摩擦力：除与凡尔结构有关外，主 要取决于液体粘度和液流速度。
一、载荷计算
• (2)悬点最大和最小载荷
Pmax Wr Wl Iu Phu Fu Pv Pi
EE
((11
rr ll
))
由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取
其平均值，即：
i
Wr SN 2L 1790 fr E
因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：
Sp
S
i
S(1 Wr N 2L ) 1790 fr E
二、示功图分析—冲程分析
(三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响
液柱载荷交变作用 抽油杆柱变速运动
一、载荷计算
2、动载荷
（1）惯性载荷 •抽油杆柱的惯性力 •液柱的惯性力
P静 Wr Wl Iu Ph Pi
Ir
Wr g
WA
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
一、载荷计算
• 曲柄滑块机构
r / l 1/ 4
Wm a x 0
S 2
抽油机井示功图诊断及分析
生气锁井应尽可能加深泵挂，增 大泵淹没度，大泵径长冲程机抽， 尤其是防冲距要调到最小，尽可 能减小余隙体积；下高效气锚和 防气泵，合理放套气，控制套压 生产，使之保持在较低值。
抽油机井示功图诊断及分析
第13页
功图与工况
气锁现象：属于气体影响特
殊现象，因为气体大量进入泵 筒，上冲程时气体膨胀，全部 占满柱塞让出容积，固定凡尔 打不开。下冲程时，气体压缩， 但压力仍低于游动凡尔上部压 力，游动凡尔也打不开，柱塞 运动只是对气体压缩和膨胀， 泵不排油，这种现象称为“气 锁”。处理？
上图能够看出13-283热洗前工图显著肥大第22页
功图与工况 10.抽油杆断脱
此图为抽油杆断或脱时示 功图．
若断脱发生在柱塞附近， 或是柱塞脱扣、阀球球 罩断落，图形位于杆重 载荷线位置（杆断位置 越高图形越靠下）
若断脱发生在光杆附近， 图形靠近于水平坐标线。
及时修井作业
抽油机井示功图诊断及分析
2月初我区13-375量油不出，经过工图判断杆上部断脱
第4页
功图与工况
2 弹性抽油杆静载时示功图
实际上金属是有弹性会‘形变”，因而增载过程 ab和卸载过程cd都不是直上直下，而是受力后伸长， 卸载后缩短。这一变形过程是因为抽油杆伸长和油 管缩短、抽油杆缩短和油管伸长所造成。下列图是 弹性抽油杆受静载时基本示功图。
抽油机井示功图诊断及分析
第5页
冲程损失
实际生产中抽油杆是要承受静载和
动载。因为抽油杆有惯性动载荷，柱塞 在泵筒内运动时有摩擦力，液体举升过 程中与管壁和杆柱有摩阻，抽油杆接箍 与油管内壁有摩擦，所以上冲程时a、b 点偏高，下冲程时c、d点偏低，P1和P2 是动载荷影响值。以下列图所表示。
抽油机井诊断技术(专题)
cg
dr
m
-阻尼系数
—抽油杆直径
d t —油管内径
dt dr
三、诊断技术的理论基础
振动方程的有限差分解法 位移：
u r i. j 1 2u r i , j u r i , j 1 t 2 u r i 1, j 2u r i , j u r i 1, j ar 2 x r
3、分类器的建立 设aij表示输入示功图矩阵A的元素值，而bij表示某一标准示功图 的参考矩阵B的元素值。则两个矩阵的匹配值(cost of matching) R(A,B)以两个矩阵相应元素绝对值之和表示：
10 20
R (A , B ) aij bij
i 1 j 1
式中aij与bij分别为1或0。显然 R(A,B)值越小表示两个矩阵越相 近。将输入矩阵与所有标准示功图的参考矩阵进行对比，将其值由小 到大排队，则井下示功图所表示的可能泵况，应是匹配值最小的。这 种方法称为绝对差分类器。
轮廓线内赋1的示功图矩阵
四、利用模式识别技术识别井下示功图
（一）网格法(Grid Method)
3、分类器的建立
描述井下示功图特征的矩阵，称为“输入矩阵”。用同样方法可 以将不同井下工况的标准示功图制成参考矩阵，下图就是一种中度液 击的参考矩阵。
四、利用模式识别技术识别井下示功图
（一）网格法(Grid Method)
gr
x r
2
r1
2 2r cr t
(1 c r t )
r 2
1 (1 c r t )
r 3
r
(1 c r t )
r 4
3.6抽油井工况诊断技术
27
5.连抽带喷井的示功图 连抽带喷井的示功图——图3-42 连抽带喷井的示功图 此时泵效接近1或大于 此时泵效接近 或大于1。 或大于
特征： 图形呈水平狭窄条带环行 图形呈水平狭窄条带环行； 特征：1.图形呈水平狭窄条带环行； 2.油井出油。 油井出油。 油井出油
28
6.抽油杆断脱的示功图 抽油杆断脱的示功图 特征： 图形呈水平狭窄条带环形 图形呈水平狭窄条带环形； 特征： 1.图形呈水平狭窄条带环形；
AC vt t = = AB vt1 t1
6
无音标的井：L＝Vt/2 声速（声波在环空中的传播速度）：
v = 16.95 × TZK / ρ g 0
参数含义见P156
7
求动液面/静液深度的公式及步骤 1.求动液面深度,由声波曲线求得: L f = L1 2.求静液面深度. m3 (1).若告之 K − d ⋅ m ， 则由
（1-3） ） （1-4） ）
Ps − ∆P − Pc L=H− + hs ρ0 × g
2.当PC=0,直接从(1 – 1 )和( 1 – 2 )消去P
Pf = ( H − L ) ρ lg g + hs ρ 0 g
（1-5） ）
Ps − ∆P ρ 0 L=H− + hs ρ lg × g ρ lg
22
(2)计算光杆载荷在图上的高度 计算光杆载荷在图上的高度
Wr′ + Wl′ OB ′ = 力比
Wr′ OA′ = 力比
(3)计算冲程损失在图上的高度 计算冲程损失在图上的高度
B ′B = λ × 减程比
(4)计算光杆冲程在图上的高度 计算光杆冲程在图上的高度
AD ′ = S × 减程比
抽油机计算机诊断技术
BC / S
图3-32 泵排出部分漏失
采油工程原理与设计
② 吸入部分漏失 下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高， 而延缓了卸载过程。排出阀不能及时打开。 当柱塞速度大于漏失速度后， 泵内压力大于液柱压力，将排 出阀打开而卸去液柱载荷。下 冲程后半冲程中因柱塞速度减 小，当小于漏失速度时，泵内 压力降低使排出阀提前关闭(点 A’)，悬点提前加载。到达下死
采油工程原理与设计
3. 计算和分析抽油机扭矩、平衡及功率 由悬点载荷及其在曲柄轴上造成的扭矩及悬点运动速度 与悬点功率之间的关系可以求得扭矩因数。 求得扭矩因数后就可绘制扭矩曲线和进行扭矩分析，并 计算、分析抽油机的平衡状况和功率利用情况。 4.估算泵口压力及预测油井产量 由泵的示功图求得液体载荷Wf后，可由下式估算泵口压力：
采油工程原理与设计
(一)诊断技术的理论基础
动力仪
信号接收器
信号记录
应 力 波 设备工况
井下信号的 传导线
抽油杆
信号发送器
抽油泵
采油工程原理与设计
应力波在抽油杆柱中传播过程可用带阻尼的波动方程描述：
2 2U ( x, t ) U ( x, t ) 2 ( x, t ) a c t 2 x 2 t
一、地面示功图分析
示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。
(一)理论示功图及其分析
1.静载荷作用下的理论示功图
正常示功图
循环过程：下死点A加载完成B上
死点C卸载完成D下死点A
图10-5 静载理论示功图
A点的载荷：wr’,抽油杆在液柱中的 重量; B点的载荷：wr’+ wl’,抽油杆在液柱 中的重量+液柱的重量;
油井工作状况的判断方法及应用
油井工况控制技术是一种用图表管理油井生产的技术。
它能直观地反映出油井生产过程中的供排协调关系，是一种检验与评价油井工况是否合理、正常的有效手段。
抽油机井生产系统主要是由油层、井筒和机-杆-泵系统组成，如何通过调整地面与地下相关参数使油田开发减少投入，高效合理的开采石油是们研究的课题。
一、工况管理低泵效、低沉没度、低液量油井是改善油井工况面临的主要阵地。
从地层潜力、井筒管柱状况、地面参数配套三方面对油井工况进行分析并有针对性地制定措施。
针对四类“衰竭”油井分别制定的“抢救措施”迅速在全管理区铺开,且效果显著。
对沉没度低、无潜力挖潜油井,实施参数优化后平均日耗电量下降19千瓦时。
对无优化潜力且无挖潜潜力的油井,依据“三线四区”经济运行模型,实施间关4井次。
实施后辖区油井泵效增加4.2%，工况合格率提升13.8%。
分级优化治理，促使问题油井向健康油井转变。
工作中，首先建立单井优化预设计，保障油井措施工作的及时性。
根据每口井的作业情况，从横向上通过查找与之相类似的井进行总结归类，从纵向上健全完善作业数据的分析整理，提前为每口井拿出一套科学合理的预设计方案，为每口油井建立了优化设计跟踪台帐。
其次建立参数优化三级流程机制。
第一优化方案设计，由工程与地质结合共同完成，提高设计结果的合理性；第二优化设计结果与作业监督和现场相结合，保证设计结果的可执行性；第三优化设计结果由相关负责人审核把关，保障设计结果准确性。
二、合理区转优良区典型井分析A井4月泵效为56.2％，沉泵比为0.498，经工况动态控制图软件分析位于合理区。
1.调查分析。
在日常量油中发现该井产液量4月开始出现明显的下降，由正常时的20吨／天在一个月下降到15.5吨／天。
发现产量下降后，对该井进行了憋压，憋压资料为憋压6分5秒压力由0.6-3.0MPa，稳压5分钟压力由3.0-2.5MPa。
在资料室查阅了相关资料，发现该井液面由1月份的1883米上升到4月份的1201米，液面上升682米，该井虽然泵漏，但液面回升主要原因为注水见效，具有进一步优化的潜力。
抽油机常见井下故障判别及处理方法
抽油机常见井下故障判别及处理方法作者: 日期:抽油机井常见井下故障判别及处理方法撰写人：郭洪权抽油机常见井下故障判别及处理方法抽油机井地面故障原因分析比较直观，故障处理也比较方便、简单，而井下故障相对地面故障而言，则原因分析及处理难度都较大。
本文阐述了如何利用技术方法来对井下故障进行判别，同时将井下故障在分析与判断过程中还要同地面故障分析相结合，只有这样才能保证井下故障的诊断准确率，并提出下一步处理方法。
1、抽油机井下故障诊断方法目前抽油机井井下故障诊断方法很多，油田上常用的诊断方法主要有六种：第一种是光杆示功图诊断法；第二种是井下示功图诊断法；第三种是井口憋压诊断法；常见方法介绍：第一种是光杆示功图法：就是利用安装在悬绳器上的水力动力仪，直接测出示功图，然后与理论示功图进行对比，观察实测示功图各部缺失情况进行泵况判断•光杆示功图法，对于冲次较低，泵深较浅的纯抽井，可以得出较准确的泵况诊断。
“十”字平分法示功图法是将实测示功图与理论示功图相比较，观察实测示功图各部分的缺失情况来判断,也叫“十”字平分法。
该方法是在闭合图型上虚描“十”字线，将其平分为四部分，用简单的常用公式计算出上下行程静载线，也虚划于卡片上。
力比和减程比都使用相应卡片值,再计算出行程损失值“入"，上行和下行间两条负载过渡线就变成了斜线，这样, 一张平行四边形的“静力示功图”就重合于实测卡片上了。
典型示功图正常示功图供液不足功图气体影响功图排油阀漏失进油阀漏失断脱第二种是井下示功图法：根据波动方程原理，用计算机技术将实测光杆示功图或信号转化为井下任意深度的示功图后，再靠人的视力和经验诊断泵况。
井下示功图法对于没有自喷力的纯抽井，示功图形状复杂时，判断效果较好。
但是由于井下示功图的诊断模型, 是以带粘滞阻尼系数的波动方程为基础，其粘滞阻尼系数难以确定，从而引起井下泵功图的失真。
第三种是憋压诊断法：用憋压时所取得的油管井口压力与憋压时间的关系曲线来分析泵况的方法。
抽油机疑难井泵况的诊断与
抽油机泵况问题主要有六类：油管断脱、油管漏失、抽油杆 断脱、凡尔罩断或脱卡器断、卡泵、凡尔漏失及凡尔失效。 1、冲次、含水、扶正器对载荷的影响 冲次越快，惯性载荷越大，功图上下载荷位移线之间被拉宽 的幅度越大。含水低的井泵况变差以后，表现在功图上则是 图幅变宽，两头圆。下入扶正器的井，功图在纵向上明显变 宽。含水低使扶正器所受阻力在功图上被放大。
泵况疑难井的特征研究与诊断分析
1、增载卸载线垂直：正常功图增载卸载线倾斜，断脱井只 承受杆体重量，增载卸载作用距离极小，所以在功图上表现 为增载卸载线垂直。而凡尔失效的井功图两头比较圆滑，无 明显的增载卸载线。
检泵脱卡器爪断
凡尔失效
载荷均匀连续波动特征 杆体断脱井的抽油杆在油管中运行摩擦较少，功图载荷线比 较平滑。下入扶正器的井在断脱后，扶正器与油管发生摩擦， 表现在功图上是载荷线的连续均匀波动。凡尔失效井活塞的 存在限制了这种摩擦特征，功图泵凡尔罩断
疑难井泵况诊断的操作程序
1、出现泵况井以后，在现场落实之前，先掌握该井的正常功图a点载荷， 以及下入扶正器情况，还有含水和冲次等参数的情况。 2、现场测图，根据功图进行判断属于哪一种泵况情况。 3、排除其他泵况问题的可能性后，根据a点载荷与正常a点载荷对比不 能断定为断脱，锁定在底部断脱或凡尔失效。 4、观察功图细部特征，如有增载卸载垂直、载荷均匀连续波动特征可 判断为断脱，没有此类特征则作进一步诊断。 5、进行抽压，上冲程压力降，下冲程压力升，则可断定底部杆体断脱。 若压力不断上升，停机后压力不降，或者压力无变化则用热洗液驱替。 6、用热洗液驱替抽压仍无典型断脱压力变化，则判断为凡尔失效，进 行洗井碰泵处理。
抽油机井常见故障诊断与处理---李志民
二、抽油机井常见故障处理方法
一、抽油机井常见故障判断方法
1、电流判断法
电流分析法是利用钳型电流表测 量电动机三相电流，根据电流的变化情况 来判断抽油机井的故障。原因是电机工作电流的大小直接反映出抽油机载荷 大小，正常生产井在生产时抽油机的载荷是相对稳定的，电动机的电流也是 相对稳定的。只有在机、杆、泵以及井下管柱出现故障或问题时，抽油机的 载荷才会发生变化，电动机的工作电流也随之变化。电流分析法可诊断如下 故障或问题。 （1）抽油杆断脱、油管断脱时，现象为抽油机上行电流突然减小，下行电流 增大，断脱位置不同电流变化情况下同。 （2）油管结蜡时，现象为抽油机上、下行电流逐渐增大；柱塞结蜡时，使游 动阀常开，现象为抽油机上行电流减小，下行电流增大。 （3）出油管线堵塞时，现象为抽油机上行电流增大，下行电流减小。 （4）间歇出油井，现象为抽油机上、下行电流来回波动。
这种方法主要用来检验抽油 泵阀的工作状况。
一、抽油机井常见故障判断方法
3、井口呼吸观察法
这种方法用在低压低产井上，它 是把井口回压闸门关上，打开放空阀门， 用手按住阀门口或在放空口处蒙上张薄 纸片，这样，从手的感觉、纸片的活动 情况，也就是从观察抽油泵上下“呼吸” 情况来判断抽油泵的故障。 （1）油井不出油且上行时出气、下行 时吸气，说明是固定阀严重漏失或进油 部分堵塞。 （2）油井不出油，活塞上行时开始出 点气，随后又出现吸气现象，说明主要 是游动阀漏失。 （3）上冲程出气大，下冲程出气很小， 这种现象表明抽油泵工作正常，只是油 管内液面太低，油液未抽到井口，油井 可能是间歇出油。
二、抽油机井常见故障处理方法
6、抽油井生产回压高的故障与处理
1）故障原因 1.1进站流程倒错 1.2温度低造成管线冻堵 1.3油稠、结蜡 1.4流程上的闸板脱落 1.5掺水量过大或洗井排量过大 1.6套管放气过大
抽油机生产分析、问题诊断及处理
抽油机井生产分析、问题诊断及处理有杆泵抽油机采油是目前应用最广泛、最常规人工举升的采油方式，在油田生产中占有重要位置。
抽油机采油是将驴头悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下抽油泵，抽油泵柱塞上下运动抽出井下液休并通过油管排到地面上来。
由于抽油机井是一种有杆泵机械采油，不可避免地会出现各种机械故障，再加上管理不到位以及客观因素的影响等，都会使抽油机井出现各种各样的问题或故障而影响生产。
能够及时发现、分析、诊断、处理抽油机井在生产过程中出现的问题或故障，将产量影响降到最小，一直是基层技术人员和生产管理人员追求的目标。
一、如何发现抽油机井生产中的问题我们知道，抽油机井正常生产时，录取的生产数据都应在一个相对合理的范围内变化，也就是波动的动态资料，但也是相对稳定的。
如果抽油机井生产一旦出现问题或故障，某个或某些动态资料就会出现一定的变化。
因此，只要在抽油井的日常管理中，能及早地发现动态资料的变化，再加甄别、分析、诊断，就能够及时抽油井生产中出现的问题或故障；然后再根据具体问题或故障采取相应的措施，使井尽快恢复正常。
抽油井日常录取的动态资料有：产液量、含水率、油套压、上下电流、示功图、动液面等。
在正常情况下，每天要对抽油机的电流进行监测，对上下电流的变化做到及时发现、及时甄别、及时分析、及时查明问题；另外，每月要根据动态资料变化对抽油井生产状况进行全面、综合分析，尽早发现问题，采取措施，将影响降到最小。
抽油机井出现的问题和故障，有可能是突发性的，也有可能是渐变才能显现出来的。
因此，在生产过程中录取的抽油机井动态资料，有的是突然变化的，也有的是逐渐出现变化的。
但不论怎样，只要出现了较大的变化，就反映出抽油机井可能存在有某种问题或故障。
这时，就需要技术人员及时地去发现、甄别、分析、诊断、处理，排除故障、恢复正常生产。
抽油机井出现的问题与故障可分两类：一类是地面机械故障。
这类故障比较容易发现、诊断。
小班工人只要严格执行制度、认真检查就会发现抽油机井出现的问题和故障。
抽油井监测及工况诊断技术解析
抽油井监测及工况诊断技术在国内外原油生产中,有杆泵采油占有重要地位。
有杆泵采油设备对整个原油生产起着至关重要的作用,但由于抽油装置特别是井下装置的故障所造成的经济损失是极其巨大的,所以研究抽油井监测与工况诊断技术对石油部门进行安全生产、减少事故及提高经济效益具有非常重要的意义。
本文以有杆泵抽油井远程监测与工况诊断系统为研究对象,针对系统中涉及到的抽油井远程监测、数据采集、数据处理和工况诊断等关键技术进行了研究。
根据定向井有杆泵抽油系统的工况特点和动力学原理,研究了定向井中抽油杆的振动。
给出了定向井有杆泵抽油系统井下工况诊断的数学模型,采用有限差分解法对数学模型求解。
编写了定向井有杆泵抽油系统井下工况诊断的软件。
该软件可以对有杆泵抽油系统井下工况诊断进行定量分析,并对抽油杆柱进行应力分析,从而全面掌握系统的井下工作状况,及时发现问题,避免维修作业的盲目性。
将SQL数据库和抽油井监测及工况诊断软件结合,使软件通过SQL数据库提取和存储采集的数据。
通过安装于抽油井现场的远程遥测终端,采集抽油井各种工况参数。
通过GPRS将数据传至中心监测站,中心监测站应用定向井有杆泵抽油系统井下工况诊断的软件对抽油泵工作状况进行诊断,并设置远程访问服务器,授权用户均可通过虚拟专用网对抽油井工况进行远程实时监测。
将滤波技术应用于抽油井监测及工况诊断系统。
该技术可以对测量的光杆位移函数进行滤波处理,优化光杆示功图,减少误差,计算出较准确的抽油泵示功图,从而提高抽油泵工况诊断的准确性。
应用抽油井监测及工况诊断软件对大港油田多口井进行实例计算。
通过诊断结果与实测结果的对比分析,验证了抽油井监测及工况诊断技术的可靠性和实用性。
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抽油机井生产问题分析诊断及处理
前言
•有杆泵抽油机采油是目前应用最广
泛、最常规的人工举升的采油方式
•由于抽油机是一种有杆泵机械采油，不
可避免地会出现各种机械故障
•再加上管理不到位以及客观因素的影响，都会
使其出现各种各样的问题或故障而影响生产
录取动态 资料
采取措施
抽油机井 管理
发现变化 进行分析
找出问题 与故障点
日常录取的动态资料
时间 产液 t/d 1月 2月 3月 66 66 57
产油 t/d 23 19 14
含水 率% 65.2 71.2 75.4
液面 m 466.3 515.1 621.8
示功图
冲程 m
冲次 泵 径 次/分 mm 6 6 6 57
气体影响 5 供液不足 5 供液不足 5
4月
5月 6月 7月
46
42 30 27
冲 程 m 3 3 3 3 3 3
冲次 泵 径 次/ mm 分 8 8 8 8 8 8 56 56 56 56 56 56
5-31 6-5 6-10 6-15 6-20 6-30
注：下泵深度1121.8m
诊断结果
地层间歇出油，抽油泵时而抽油、时而抽空
下步措施
加强连通水井的注水，提高油井的沉没度 减小抽油机的冲次，提高泵的充满系数， 使油井能够正常连续生产
降0.1Mpa。
憋泵数据表中分析，常规方法憋泵30分钟油压由
地层条件差或无 能量补充， 油层供液能力差 升到3.2Mpa ，上升了3.0Mpa；停机5分仅下降0.2Mpa，
采用掺水憋泵油压上升较快，20分钟油压由0.2Mpa上 压力上升较高，说明泵工况正常。该井产液量下降主要
原因是沉没度低，不够抽。
抽油井诊断技术讲解
•概述 •波动方程 •边界条件 •解析求解 •差分求解 •阻尼系数 •应用
概述
• 有杆抽油是我国原油生产最主要的采油方式。目前 国内有杆抽油井已超过六万口，井数约占全国油井 总数的94%，产量约占原油总产量的87%。
• 深井泵的工况十分复杂，井下工作环境恶劣，不但 受“机、杆、泵”抽油设备的影响，而且直接受到 “砂、蜡、气、水”的影响。
t
x
t
边界条件 U(0, t) U( t)
F(0, t)
EA r
u x
x0
D( t )
分离变量法
杆柱任意深度X处的位移变化：
U(x, t)
0 2EA r
x
0 2
n n1
On (x) cos nt Pn (x) sin t
由虎克定律：
F(x, t)
CAr x
u t
C─等效视粘滞阻系数[1/t]，单位1/s
张力
FT x A r FB x x A r
Hooke Law:
x
E u x
x
xx
E u x
x x
E
u x
x
x 2u x 2
x
t
x t
4 计算特殊函数
2
u
a 2
2
u
c
u
2
2
Gibbs:
声速
a E/
t t x
2
u
C
u
a 2
2
u
抽油机井常见故障的判断方法与分析步骤
二、抽油机井常见故障的判断方法与分析步骤抽油井在生产过程中经常发生一些故障，采油工人在巡回检查中必须及时发现，分析判断原因，及时采取相应的措施解除故障并及时观察效果，总结经验，以保证油井的正常生产。
(一)抽油井故障的判断1.利用示功图示功图是目前检查深井泵工作状态的有效方法。
根据对示功图的分析可判断砂、蜡、气等对深井泵的影响，能判断泵漏失、油管漏失、抽油杆的断脱、活塞与工作筒的配合状况，以及活塞被卡等故障。
应用示功图时还必须结合平时油井管理中积累的资料(如油井产量、动液面、砂面、含砂情况，抽油机运转中电流的变化及井下设备的工作期限等资料)进行综合分析。
2.试泵法这种方法是往油管中打入液体，根据泵压变化来判断抽油泵故障。
试泵方法有两种:一种方法是把活塞放在工作筒内试泵，若泵压下降或没有压力，则说明泵的吸入部分和排出部分均漏失。
另一种方法是把活塞拔出工作筒，打液试泵，如果没有压力或压力升不起来，则说明泵的吸入部分漏失严重。
3.井口呼吸观察法这种方法是把井口回压闸门、连通闸门都关上，打开放空闸门，用手堵住放空闸门出口，也可以在放空处蒙张薄纸片，这样凭手的感觉或纸片的活动情况，也就是观察抽油泵上、下"呼吸"情况来判断泵的故障。
一般可分为以下几种情况:(1)油井不出油且上行时出气，下行时吸气，说明固定阀严重漏失或进油部分堵塞。
(2)油井不出油，且上行时稍出气，随后又出现吸气现象，说明主要是游动阀漏失。
(3)上行程时出气大，下行程时出气小，这种现象说明抽油泵工作正常，只是油管内液面低，油液还未抽到井口。
4.井口憋压法憋压法是通过抽憋和停憋两种情况来分析和判断抽油泵的工作状况、油管漏失等。
该方法是目前油田现场普遍采用的一种方法。
具体操作方法是:抽油机运行中关闭回压闸门和连通闸门，然后在井口观察油管压力变化情况(最高憋到2.5MPa) ，从压力上升情况可以分析判断井下故障，称为抽憋(应注意压力超过2.5MPa时必须立即打开回压闸门)；当抽憋压力达到2.5MPa时停抽，再憋10～15min，观察压力的下降情况称为停憋，若压力不变或略有下降，说明没有漏失；若压力下降明显，说明有漏失，压力下降越快，说明漏失越严重。
基于深度学习的抽油机井工况诊断方法
首先介绍了本文的研究背景与现状，接着简要 阐述了卷积神经网络，然后对本文的数据集进行说 明并阐明预处理过程，并通过实验设计结构最优的 网络模型,最后对全文作岀总结并提岀了改进方向。
图1示功图识别流程图
78 投 稿网址:www. pcachina. com 《信息技术与网络安全》2021年第40卷第7期
• Artificial Intelligence 人 工智能
一般为选择为softmax ,对应属于每个类别的概率° 卷积层的目的则是由卷积核操作提取上一层的最 基础的特征如点或边，一般称之为特征图，只要卷 积核的数量足够多，就可以将每个卷积核提取的基 础特征组合抽象成有效的高阶特征，整个过程中卷 积核权值共享，可以降低模型的复杂度，减小计算 量的同时避免岀现过拟合。为避免训练过程中岀现 梯度弥散和梯度爆炸的现象，卷积层的激活函数通 常选择为ReLU。一个卷积层后面连接一个池化层, 一般采用最大池化操作降低维度，保留最显著的特 征，提升模型的抗形变能力。卷积池化层的多层堆 叠抽象组合岀更高阶的特征，可以提升模型的表达 能力。将最终提取的有效高阶特征进一步输入全连 接层进行分类识别。 1 .2性能度量
《信息技术与网络安全》2021年第40卷第 7 期 投稿网址：www. pcachina. com 77
• 人工智能 Artificial Intelligence
泵功图则描述抽油泵处位移、载荷的曲线。虽然泵 功图更能直接反映抽油泵在一次往复过程中的工 作状态，然而直接测量井下的泵功图数据比较困 难。因此，在实际的工程中通常使用测量比较简单 的示功图代替井下泵功图。示功图具有实际的物理 意义，不同工作状态的示功图在形状上存在特定的 差异。从示功图的形状轮廓识别岀具体的所属工况 需要一定的专业知识，早期是由有经验的工程师协 作完成，但是由于油井规模越来越大，采集得到的 示功图数以万计，由人工来诊断十分繁琐且枯燥。 若能提升计算机识别的准确率以满足生产需要，则 计算机可以完全取代工人诊断。
井口憋压法在油井工况诊断中的应用
井口憋压法在油井工况诊断中的应用记录井口憋压过程中压力随时间的变化过程，绘制出井口憋压曲线，与理想状态下的理论憋压曲线对比分析，可以定性诊断深井泵和管柱的各种故障，判断油井工况。
多年的现场应用结果表明，该方法操作简便易行，结果比较可靠，是采油现场的常用方法。
标签：憋压;压力;深井泵;抽油井一、引言油田开发进入高含水期后由于腐蚀、偏磨等原因，深井泵工作环境变差，导致出现各种故障，严重影响油井的正常生产。
因此必须关注深井泵的运行，在出现故障后及时判断故障原因，制定合理措施，及时回复生产。
在油井生产管理中，通过井口憋压来分析和判断深井泵工况具有易操作、简单快捷的特点，是一种常用的诊断方法。
二、理论依据1.深井泵工作原理油田所用有杆深井泵是一种往复泵，地面抽油机悬点的上下往复运动，通过抽油杆传递至深井泵。
抽油杆上行时，活塞随之上行，活塞上的游动阀受上方液柱压力作用而关闭。
此时泵筒内压力降低，固定阀在油套环空的液柱压力与泵筒内压力差的作用下被打开。
此时井口排出液体、泵内吸入液体（图1（a））。
抽油杆下行时，活塞随之向下运动，固定阀受重力作用关闭。
泵筒内压力上升，当泵内压力大于活塞上部液柱压力时，游动阀被顶开。
泵筒内的液体，在压力作用下，通过游动阀进入活塞上部，井口同时排出液体（图1（b））。
2.理论憋压曲线理论憋压曲线，就是假设在地层供液能力充足但没有喷势，产液中不含气体，因此产液是纯液流压缩系数很小，可以忽略不计。
油管和深井泵没有漏失，井口没有渗漏。
根据抽油泵工作原理，在关闭井口阀门后，通过抽吸可使井口油压从0MPa上升到一定数值，压力值在停抽后保持不变（图2）。
三、井口憋压法诊断深井泵工况1.憋压过程操作井口憋压操作较为简单，憋压前先关闭井口回压阀门，安装压力表，然后启动抽油机，随着抽油机运转井口压力上升。
记录压力和对应的时间点，绘制成曲线，和理论曲线进行对比，可以判断深井泵的工作状况。
2.憋压数据分析根据记录好的憋压数据，绘制出实际憋压曲线后，与理论憋压曲线进行对比，分析判断深井泵的工作状况。
科技成果——油井工况诊断及功图计产技术
科技成果——油井工况诊断及功图计产技术
技术开发单位
中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司
适用范围
1、配套示功图采集设备的油井工况诊断、产液量计算及动液面计算的抽油机井。
2、配套电参采集设备的系统效率在线监测、平衡分析的抽油机井。
3、配套变频设备的抽汲参数智能调整的抽油机井。
成果简介
依据有杆泵工作状态与油井产液量变化关系，在一定的边界条件和初始条件下，通过采集地面示功图，利用有杆泵抽油系统的力学、数学模型求解出泵示功图，对泵示功图进行分析，判识油井工况，确定泵的有效冲程，计算出地面有效排量。
工艺技术及装备
1、基于泵示功图的油井工况诊断技术；
2、油井产液量计算技术；
3、抽汲参数调整技术；
4、低产低效油井间开技术；
5、利用泵示功图计算动液面技术；
6、油井系统效率及平衡度技术。
市场前景
该技术运行平稳，减少站控数据处理点，取得了显著的经济和社会效益，可移植性强，适用于国内油田采用抽油机生产的油井，对国内油田油井数字化管理将会起到示范和引领作用。
油井异常工况远程诊断技术及应用
油井异常工况远程诊断技术及应用发布时间：2022-04-27T07:40:36.157Z 来源：《工程管理前沿》2022年第1月1期作者：杨林林[导读] 不同工作状况下油井参数的变化和各参数间的相互关系遵循着一定规律。
根据这些规律，杨林林胜利采油厂采油管理四区摘要：不同工作状况下油井参数的变化和各参数间的相互关系遵循着一定规律。
根据这些规律，利用油井生产管理系统，基地监测分析人员浏览实时数据，对比历史数据，远程诊断油井工作状况，为制定油井生产管理措施提供依据。
关键词：工作状况；油井参数；生产管理系统；异常工况；报警系统采油井生产数据的采集、传输使生产管理人员在基地监控中心就能够浏览查询油井各项生产数据，而且由于采集数据具有实时性、连续性，能够及时、真实地反映油井生产状况。
抽油机井异常工况包括地面抽油装置和地下泵阀的工作异常。
抽油机井出现异常工况时，各项生产参数会发生变化。
由于参数间的相互关系遵循一定规律，利用参数变化的规律性，基地监测分析人员可以远程诊断油井异常工况，通过合理设置报警门限，对各类异常工况输出报警信息。
1、地面异常工况远程诊断1.1 皮带断抽油机皮带断裂后，电机无法通过皮带传动使平衡块转动，抽油泵停止工作，电机处于空转状态，做功减少，泵不工作使井口没有液体产出。
参数特征变化：上下冲程电流瞬时下降，下降幅度在2～20 A，电流回放曲线表现为下降的“台阶”状；瞬时载荷（抽油杆、泵、泵内混合物三项载荷）不变化，约等于最小载荷值；冲次下降为0；井口温度、压力均下降。
1.2 皮带打滑皮带打滑多为皮带磨损或“断股”，皮带与皮带轮之间摩擦力下降，要使平衡块转动电机需要做更大的功。
参数特征变化：上下冲程电流瞬时上升，电流回放曲线表现为上升的“台阶”状；瞬时载荷不变化，约等于最小载荷值；冲次下降为0；井口温度、压力均下降。
“皮带断”之前有时伴随有“皮带打滑”现象发生。
1.3 毛辫子断毛辫子（一般指游梁式抽油机上驴头与抽油杆的悬绳）断裂使抽油机系统与井下杆泵失去联系，杆泵上提、下放过程中与平衡块间的平衡作用消失，电机在举升和阻止平衡块快速下落时要做更大的功。
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2011年3月
主
要
内
容
• 一、载荷计算 • 二、功图分析 • 三、应用实例
一、载荷计算
组成： 静载荷 动载荷 摩擦载荷
一、载荷计算
1、静载荷
(1)抽油杆柱载荷
上冲程
下冲程
P l Iu P h P i 静 Wr W
Wr frs gL qr gL
Wr f r L( s l ) g q r Lg
r / l 1/ 4
W max
180
S 2 r (1 ) 2 l S 2 r (1 ) 2 l
上冲程杆柱悬点最大惯性载荷：
2 Wr S 2 r SN r I ru (1 ) Wr (1 ) g 2 l 1790 l
r / l 1/ 4
SN 2 I ru Wr 1440
P B B′ C′ C″ C
B'C' S
A o
漏失量越大， B′C′线越短。
D D’
S
二、示功图分析—典型功图分析
4、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失
当漏失量很大时，由于漏 失液对柱塞的“顶托”作用 很大，上冲程载荷远低于最 大载荷，如图中AC'"所示，吸 入阀始终是关闭的，泵的排 量等于零。
上冲程中悬点最大惯性载荷 下冲程中悬点最大惯性载荷
I u I ru I lu
I d I rd
一、载荷计算
(2)振动载荷
3、摩擦载荷
a.抽油杆柱与油管的摩擦力：通常直井不超过杆重量的 1.5%； b.柱塞与衬套之间的摩擦力：当泵径不超过70mm，其值 小于1717N； c.液柱与抽油杆柱之间的摩擦力：除与抽油杆柱的长度和 运动速度有关外，主要取决于液体的粘度； d.液柱与油管之间的摩擦力：除与液流速度有关外，主要 取决于液体的粘度； e.液体通过游动凡尔的摩擦力：除与凡尔结构有关外，主 要取决于液体粘度和液流速度。
3
2
1
D´
D
o
S
二、示功图分析—典型功图分析
3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失 P B C
上冲程时，泵内压力降低， 柱塞两端产生压差，使柱塞 上面的液体经过排出部分的 不严密处（阀及柱塞与衬套 的间隙）漏到柱塞下部的工 作筒内，漏失速度随柱塞下 面压力的减小而增大。由于 漏失到柱塞下面的液体有向 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。
（1）所示；断脱点离井口越远，
示功图越接近最小理论载荷线， 如图（2）所示。
（2）
措施：对扣；作业检杆
（1）
二、示功图分析—典型功图分析
5、抽油杆断脱影响的示功图
由此示功图可计算断脱点至井 口的距离：
L hC
式中
q
' r
h
L －断脱点距井口距离,m
q
h －示功图中线到横坐标的距离,mm
' －每米抽油杆在液体中重量,KN/m r
D' A' S光
A o
A'
S光
D'
D S
二、示功图分析—典型功图分析 4、漏失影响的示功图
（2）吸入部分漏失
当吸入阀严重漏失时， 排出阀一直不能打开， 悬点不能卸载。示功图 位于最大理论载荷线附 近。由于摩擦力的存在， 示功图成条带状（如右
图所示）。
二、示功图分析—典型功图分析
4、漏失影响的示功图
Wl ( f p f r )Ll g
ml f w w (1 f w ) o
(2)作用在柱塞上的液柱载荷
上冲程
(3)沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响
上冲程 上冲程 下冲程
P i pi f p ( pn pi ) f p
(4)井口回压对悬点载荷的影响
P hu ph ( f p f r )
惯性力影响的示功图
动力的示功图
二、示功图分析—冲程分析
• （1）静力
静力示功图
考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：
Wr N 2 L S p S i S (1 ) 1790f r E
二、示功图分析—冲程分析
• （2）惯性载荷
当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的(负的)最大加
Phd ph f r
一、载荷计算
2、动载荷
（1）惯性载荷
•抽油杆柱的惯性力 •液柱的惯性力
Ir Wr WA g
P l Iu P h P i 静 Wr W
W I l l WA g
f p fr f tf f r
一、载荷计算
• 曲柄滑块机构
Wmax
0
D
o
S
二、示功图分析—典型功图分析
3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失
随着悬点运动的加快， “顶托”作用相对减小，直 到柱塞上行速度大于漏失速 度的瞬间，悬点载荷达到最 大载荷（如图中B'点）
P B
B'
C
A o
D
S
二、示功图分析—典型功图分析 3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失 P
当柱塞继续上行到后半冲程时， 因柱塞上行速度又逐渐减慢，在 柱塞速度小于漏失速度瞬间（如 图中C'点），又出现了液体的“顶
（4）油管漏失的示功图
油管漏失不是泵本身的问
题，所以示功图形状与理论 示功图形状相近，只是由于
进入油管的液体会从漏失处
漏入油管、套管的环形空间， 使作用于悬点上的液柱载荷 减小，不能达到最大理论载 荷值，(如右图所示）。
P
B C
措施：热洗；碰泵；作业检 A
管、检泵
D S
o
二、示功图分析—典型功图分析
一、载荷计算
• (2)悬点最大和最小载荷
Pmax Wr Wl I u Phu Fu Pv Pi
Pmin Wr I d Phd Fd Pv
SN P (Wr Wl )(1 ) 1790
V max 2
二、示功图分析
1、柱塞冲程分析
无弹性形变的示功图
静力示功图
托”作用，使悬点负荷提前卸载。
B
B’
C’ C″
C
到上死点时悬点载荷已降至 C″点。 下冲程，排出部分漏失不影 A 响泵的工作。因此，示功图形 状与理论示功图相似。 o
D D’
S
二、示功图分析—典型功图分析
3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失
由于排出部分漏失的影响， 吸入阀在B′点才打开，滞后了 BB′这样一段柱塞冲程； 而在接近上死点时又在C′点 提前关闭。这样柱塞的有效吸 入行程为B′C′。 在此情况下的泵效:
P B B’ C’ C" C
特点：卸载提前，增载缓慢。 左下角变尖，右上角变圆， A
为一向上的拱形。
C"' D D’
o
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二、示功图分析—典型功图分析
4、漏失影响的示功图
（2）吸入部分漏失
泵内压力降低使排出阀提前关 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，吸入部分漏失不影响 泵的工作，示功图形状与理论示 功图形状相近。
液柱载荷交变作用
抽油杆柱振动 抽油杆柱变速运动 理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在 上下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则 抽油杆柱变形
下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞
冲程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小。其增 减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的
r r
由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取
其平均值，即：
Wr SN 2 L i 1790f r E
因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为： Wr N 2 L S p S i S (1 ) 1790f r E
二、示功图分析—冲程分析
(三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响
速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下还
会带着柱塞继续上行 。 当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆 柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。
柱塞冲程增加量：
i
二、示功图分析—冲程分析
根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为：
C －力比,KN/mm
二、示功图分析—典型功图分析
6、油层出砂影响的示功图
油层出砂主要是因为地层胶接疏 松或生产压差过大，在生产过程中 使砂粒移动而成的。细小砂粒随着 油流进入泵内，使柱塞在整个行程 中或在某个区域，增加一个附加阻 力。上冲程附加阻力使悬点载荷增 加，下冲程附加阻力使悬点载荷减 小。由于砂粒在各处分布的大小不 同，影响的大小也不同，致使悬点 载荷会在短时间内发生多次急剧变 化。
一、载荷计算
下冲程中杆柱引起的悬点最大惯性载荷
Wr S 2 r SN 2 r (1 ) I rd (1 ) Wr 1790 l g 2 l
上冲程中液柱引起的悬点最大惯性载荷
2 Wl S 2 r SN r I lu (1 ) W1 (1 ) 1790 l g 2 l
2 I L W SN r r SN 2 L L W L r) 上冲程： I rd ( 1 rd r 2 f E 2 1790 f E (1 l ) 2 fr 2 1790 f r l rE rE 2 I L W SN r rd L r SN 2 L I W L r) ( 1 rd r 下冲程： 2 f E 2 1790 f E (1 l ) 2 f r E 2 1790 f r E l