抽油井示功图的分析及应用-完整、全面

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抽油井示功图的分析及应用
第二部分 理论示功图的特征分析
6 . 计算充满系数的地面示功 图（图7 ） 图 7 中柱塞的有效行程可 以在图中冲程曲线段上量出， 以在图中冲程曲线段上量出，而泵 的充满部分可以在下冲程曲线中量 得 。 确 定 泵 的 充 满 系 数 即 AE/BC （小于1），泵的排出系数即 AE/AC=充满部分 光杆冲程。 充满部分/ AE/AC=充满部分/光杆冲程。
图2 弹性抽油杆静载时的示功图
③光杆只承受抽油杆柱与活塞上液柱重量的静载荷，不考虑惯性力。 光杆只承受抽油杆柱与活塞上液柱重量的静载荷，不考虑惯性力。 不考虑砂、 稠油的影响。 不考虑油井连喷带抽。 ④不考虑砂、蜡、稠油的影响。⑤不考虑油井连喷带抽。⑥认为进 入泵内的流体是不可压缩的，凡尔是瞬时开闭的。 入泵内的流体是不可压缩的，凡尔是瞬时开闭的。在这种条件下绘 制出的示功图是一个平行四边形。 制出的示功图是一个平行四边形。
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第二部分 理论示功图的特征分析 由于弹性振动传递快， 由于弹性振动传递快，而杆柱与油管和液体摩擦等因 素造成滞后，影响曲线的形状而产生扭结。 素造成滞后，影响曲线的形状而产生扭结。通常见到的是 有弹性振动的示功图，只要上、下曲线的平均线平行， 有弹性振动的示功图，只要上、下曲线的平均线平行， 泵 即正常。有时测得歪曲的示功图形，只要符合上述特点， 即正常。有时测得歪曲的示功图形， 只要符合上述特点， 则可用冲次太快引起振动予以解释。如图5所示。 则可用冲次太快引起振动予以解释。如图5所示。
图4 抽油杆发生二源自文库振动时的地面示功图
静载荷+弹性形变+ 图5 动、静载荷+弹性形变+振动的示功图
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第二部分 理论示功图的特征分析 5 . 泵的充满系数和排 出系数的概念 从图6 从图6的对比中可以看 出 ， 实际产量与冲程损失 是直接有关的。 是直接有关的。
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第一部分: 第一部分: 概 述 2、示功图概念：示功图是 示功图概念： 由载荷随位移的变化关系曲线 所构成的封闭曲线图。 所构成的封闭曲线图 。 表示悬 点载荷与位移关系的示功图称 为地面示功图或光杆示功图。 为地面示功图或光杆示功图 。 在实际工作中是以实测地面示 功图作为分析深井泵工作状况 的主要依据。 的主要依据。
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第二部分 理论示功图的特征分析 为了能正确分析和解释示功图， 为了能正确分析和解释示功图 ， 常要绘制出理论示 功图进行对比分析， 功图进行对比分析 ， 而且实测示功图的解释都是以理论 示功图为基础， 因此， 示功图为基础 ， 因此 ， 对理论示功图特征分析就显得尤 为重要。 为重要。 1.没有弹性变形的理论示功（图1） 没有弹性变形的理论示功（ 假定：抽油杆是刚体 ， 动力从地面传到柱塞上没有 假定 ： 抽油杆是刚体， 时间滞后， 既没有伸缩和振动， 也无摩擦， 时间滞后 ， 既没有伸缩和振动 ， 也无摩擦 ， 假定每一个 部件的工作效率都是100 所测得的示功图。 部件的工作效率都是100%所测得的示功图。 100%
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第二部分 理论示功图的特征分析 3.动、静载荷+弹性形 静载荷+ 变示功图（ 变示功图（图3） 如图3 所示， 如图 3 所示 ， 实际 生产中抽油杆是要承受静 载荷和动载荷的。 载荷和动载荷的。
图3
动、静载荷+弹性形变示功图 静载荷+
由于抽油杆有惯性力载荷， 由于抽油杆有惯性力载荷，柱塞在泵筒内运动时有摩擦 液柱举升过程中与管壁和杆柱有摩阻， 力， 液柱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 点偏高，cd点偏 与油管内壁有摩擦，所以上冲程时a、b点偏高，cd 点偏 低。
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第二部分 理论示功图的特征分析
分析： 图中a 点是上冲程的始点。 分析 ： 图中 a 点是上冲程的始点 。 由于刚体没有弹性形变， ab为即刻 由于刚体没有弹性形变 ， 则 ab 为即刻 增载， 泵柱塞的游动凡尔关闭， 增载 ， 泵柱塞的游动凡尔关闭 ， 全部 载荷由光杆承受。 bc是上冲程过程 载荷由光杆承受 。 bc 是上冲程过程 ， 是上冲程过程， 泵的游动凡尔关闭， 泵的游动凡尔关闭 ， 固定凡尔打开是 进油过程。 进油过程。 cd 即刻卸载， 抽油杆下行时所画出 da 线是载荷不变的下冲程位移 即刻卸载，抽油杆下行时所画出da da线是载荷不变的下冲程位移 过程。 过程。 该理论示功图的特征：ab平行于 平行于cd bc平行于da， 平行于da 该理论示功图的特征 ： ab 平行于 cd ，bc 平行于 da， 一般抽油机井 在井深浅、小泵径、粗抽油杆及小冲数抽油条件下生产时， 在井深浅、小泵径、粗抽油杆及小冲数抽油条件下生产时，有可能 出现类似的水平、长方形实测示功图。 出现类似的水平、长方形实测示功图。
第二部分 理论示功图的特征分析
′ B B′ 8.玻-钢杆系统正常示功图 。 如图9所示，AB：上行程初期， 如图9所示，AB：上行程初期，因液载 A C 。 作用，杆柱伸长油管缩短， 作用，杆柱伸长油管缩短，当杆柱张力不足 D D′ ′ 以克服液柱、杆柱等载荷作用， 以克服液柱、杆柱等载荷作用，游动凡尔关 图9 玻杆的理论示功图 固定凡尔开启； 闭，固定凡尔开启； BB′ 当杆柱固有频率与冲次接近时, BB′：当杆柱固有频率与冲次接近时,弹性共振使杆柱弹性放大柱塞运行快 于光杆的运动速度,液柱惯性载荷滞后， 于光杆的运动速度,液柱惯性载荷滞后，载荷上升 (B′点)；B′C：上程后 由于液柱惯性向上，下降（ CD：通过上死点转入下行程， 期，由于液柱惯性向上，下降（C点）；CD：通过上死点转入下行程，液柱 负荷转移到油管上，杆柱缩短，油杆伸长。固定凡尔关闭、 负荷转移到油管上，杆柱缩短，油杆伸长。固定凡尔关闭、游动凡尔打开 进入吸液过程；DD′ 同样由于弹性放大，柱塞运动快于光杆硬度， 进入吸液过程；DD′：同样由于弹性放大，柱塞运动快于光杆硬度，液体 惯性滞后，载荷下降； 在上行程末期，由于光杆速度减慢， 惯性滞后，载荷下降；B′A：在上行程末期，由于光杆速度减慢，液体载 荷逐渐作用在液柱上，光杆载荷又逐渐上升，驴头达到下死点， 荷逐渐作用在液柱上，光杆载荷又逐渐上升，驴头达到下死点，转入上冲 这样一个周期内，载荷曲线中间宽，两头窄。 程。这样一个周期内，载荷曲线中间宽，两头窄。并且下冲程内只有一个 峰值。与纯钢杆正常功图有很大差异。 峰值。与纯钢杆正常功图有很大差异。
图7
计算充满系数的地面示功图
此类图形抽油井中最常见，泵况正常，抽油参数基本合适，若气小、 此类图形抽油井中最常见，泵况正常，抽油参数基本合适，若气小、沉 没度低时，下行符合CDEA 曲线；若气多、低沉没度时，下行是CEA 没度低时 ， 下行符合 CDEA 曲线 ； 若气多 、 低沉没度时 ， 下行是 CEA 虚线 CDEA曲线 CEA虚线 曲线，其曲线的波形的平均线是平行的。 曲线，其曲线的波形的平均线是平行的。
今天， 我们主要从理论示功图的特征分析入手， 今天 ， 我们主要从理论示功图的特征分析入手 ， 简 单介绍示功图的多功能性， 单介绍示功图的多功能性 ， 即对实测示功图作必要的处 理后，可进行一系列定性和定量分析， 理后 ， 可进行一系列定性和定量分析 ， 提供诸如分析平 衡效果、判知振动影响等。 衡效果 、 判知振动影响等 。 油井示功图它不仅能在不停 产的情况下取得大量有用的数据， 产的情况下取得大量有用的数据 ， 减化了井下直接测试 工作，而且能随时监控采油动态， 工作 ， 而且能随时监控采油动态 ， 使之在最佳工作方式 下生产。 下生产 。 结合采油二厂有杆泵采油过程中示功图分析解 释差错率高的问题， 释差错率高的问题 ， 我们今天来讲讲如何正确解释分析 示功图，了解井下抽油泵工作状况。 示功图，了解井下抽油泵工作状况。
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第二部分 理论示功图的特征分析 由于动载荷的影响，示功图的上、下行程线不是水平的， 由于动载荷的影响，示功图的上、下行程线不是水平的， 但只需要bc平行于da 而且ab平行于cd bc平行于da， ab平行于cd， 但只需要bc平行于da，而且ab平行于cd，就可以认为泵工作正 若二者不平行，说明泵有问题， 越大，说明动载荷越大。 常。若二者不平行，说明泵有问题，α越大，说明动载荷越大。 另外，冲数越快，动载荷也越大， 另外，冲数越快，动载荷也越大，在分析实测功图时应注意这 倾斜”规律。 种“倾斜”规律。 静载荷+弹性载荷+振动载荷的示功图（ 4.动、静载荷+弹性载荷+振动载荷的示功图（图4、图5） 抽油杆柱产生振动的原因是抽油机构的抽油杆的自振频率。 抽油杆柱产生振动的原因是抽油机构的抽油杆的自振频率。 因此在进行的油杆柱设计时，应尽量避免同步速度抽汲。 因此在进行的油杆柱设计时，应尽量避免同步速度抽汲。理论 研究和实践表明，当发生二级振动时，示功图的特征是： 研究和实践表明，当发生二级振动时，示功图的特征是：图形 的面积偏集在上冲程开始处，而且在上死点处迥绕成“ 的面积偏集在上冲程开始处，而且在上死点处迥绕成“结”。 这是抽油杆柱受力换向与杆柱弹性作用下造成的。 这是抽油杆柱受力换向与杆柱弹性作用下造成的。
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第二部分 理论示功图的特征分析 7.分析抽油机的平衡效果 尽管理论公式可进行抽油机的各 种平衡计算，但因受井斜、 种平衡计算，但因受井斜、 抽汲液体 粘度、泵径大小及间隙、 粘度、泵径大小及间隙、井口压力及 砂蜡等的影响， 砂蜡等的影响，是难以达到较理想平 衡的。不平衡性越大， 衡的。不平衡性越大，上下行程的负 荷差越大， 荷差越大 ，致使抽油机变速轮齿受到 很大的冲击载荷，从而加速磨损。 很大的冲击载荷，从而加速磨损。
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第一部分: 第一部分: 概 述 1 、 在有杆泵采油过程中 ， 用动力仪绘出示功图 ， 定性 在有杆泵采油过程中， 用动力仪绘出示功图， 地分析深井泵的工作情况， 地分析深井泵的工作情况，是了解井下抽油泵工作状况的重 要手段。由于抽油井的生产状况很复杂， 要手段。由于抽油井的生产状况很复杂，深井泵在井下工作 的影响因素很多，不但受到“ 的影响因素很多，不但受到“机、杆、泵”抽油设备的影响 而且直接受到变化着的“ 的影响。 ，而且直接受到变化着的“砂、蜡、气、水”的影响。尤其 在定向井中，这种情况就更为突出。 在定向井中，这种情况就更为突出。导致油井生产过程中所 测的示功图形状复杂，解释差错率高， 测的示功图形状复杂，解释差错率高，给及时分析井下抽油 泵工作状况、 泵工作状况、掌握油井生产动态和组织下步生产带来了很多 困难。因此，分析示功图时， 困难。因此，分析示功图时，即要全面了解油井的生产情况 设备状况和测试仪器的好坏程度， 、设备状况和测试仪器的好坏程度，根据多方面的资料进行 综合分析，同时，又要善于从各种因素中找出引起示功图变 综合分析，同时，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，才能够作出正确判断。 异的主要因素,这样，才能够作出正确判断。
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解内 容 讲
第一部 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 抽油井示功图综述 理论示功图的特征分析 斜井示功图与直井示功图的区别 实测地面示功图图例分析 抽油井计算机诊断技术的应用 需要注意的几点
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第一部分: 第一部分:抽油井示功图综述
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第二部分 理论示功图的特征分析
2 . 国内目前所用的理论示功图 （图2 ） 该理论经示功图是在理想条件 下绘制出来的： 假定 ① 油管无漏失 、 下绘制出来的 ： 假定① 油管无漏失、 泵工作正常。 油层供液能力充足， 泵工作正常 。 ② 油层供液能力充足 ， 泵能够完全充满。 泵能够完全充满。
图6
泵的充满系数和排出系数的概念
因此，要实现抽油井的长寿稳产， 因此，要实现抽油井的长寿稳产，就应不断综合分析实测 示功图，尽可能地减少冲程损失、减少气体影响和油管漏失， 示功图，尽可能地减少冲程损失、减少气体影响和油管漏失， 提高深井泵的质量和抽油参数优化组合，减少杆柱摩擦阻力， 提高深井泵的质量和抽油参数优化组合，减少杆柱摩擦阻力， 保证合理沉没度，调小防冲距，延长检泵周期。 保证合理沉没度，调小防冲距，延长检泵周期。
Le
图8
较理想平衡示功图
当抽油机平衡较好时，距零线为Le（图8）的平行线， 抽油机平衡较好时，距零线为Le Le（ 的平行线， 会将功图分为近似相等的两部分。Le之纵座标即为较理想 会将功图分为近似相等的两部分。Le 之纵座标即为较理想 的平衡重。 的平衡重。
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