示功圖診斷講座 (2)

1、示功圖的分析和解釋1理論示功圖的繪制及泵的工作過程2 理論示功圖就是認為光桿只承受抽油桿柱與活塞截面積以上液柱的靜載荷時，理論上所得到的示功圖。假設(shè)條件1、深井泵質(zhì)量合格，工作正常 2、不考慮活塞在上、下沖程中，抽油桿柱所受到的摩擦力、慣性力、震動載荷與沖擊載荷等的影響，假設(shè)力在抽油桿柱中的傳遞是瞬間的，凡爾的起落也是瞬間的 3、抽油設(shè)備在工作中，不受砂、蠟、水、氣等因素的影響，認為進入泵內(nèi)的液體不可壓縮 4、油井沒有連抽帶噴現(xiàn)象5、油井供液能力充足，泵能夠完全充滿 31、理論條件下泵的工作過程和負荷的轉(zhuǎn)移情況 深井泵的活塞在做往復(fù)運動?；钊谧畹臀恢脮r，兩個凡爾之間有一余隙，此余隙內(nèi)充滿了液

2、體。當活塞下行快接近下死點時，固定凡爾關(guān)閉，游動凡爾打開。此時，活塞上下液體連通，光桿上只承受抽油桿在油中的重量；油管承受了全部液柱重量。當活塞到達下死點開始上行的瞬間，游動凡爾立刻關(guān)閉，使活塞上下不連通?；钊苿悠渖系囊褐蛏弦苿?，這個液柱的重量就加在活塞上，并經(jīng)抽油桿加在光桿上。4PSS活S光理論示功圖 在下死點前后，抽油桿柱上多了一個活塞截面以上液柱的重量 油管上少了一個活塞截面以上液柱的重量。這時，就要發(fā)生彈性變形，油管就要縮短，抽油桿就要伸長。此時光桿雖然在上移，但活塞相對于泵筒來說，實際未動，這樣就畫出示功圖中的AB斜直線，它表示光桿負載增加的過程，稱為增載線。ABCD5PSS活

3、S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD6PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD7PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD8PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD9PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD10PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD11PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD12PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD13PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在上行ABCD14PSS活S光理論示功圖 當彈性變形完畢光桿帶動活塞開始上行，固定凡爾打開，液體進入泵筒并充滿活塞所讓出的泵筒空間，此時，光桿出所承受的負載，仍和B點

4、時一樣沒變化，所以畫出一條直線BC。ABCD15固定凡爾關(guān)閉下游動凡爾打開上游動凡爾打開PSS活S光理論示功圖當活塞到達上死點，在轉(zhuǎn)入下行程的瞬間，固定凡爾關(guān)閉，游動凡爾打開，活塞上下連通?；钊显惺艿囊褐亓坑旨釉谟凸苌稀３橛蜅U卸掉了這一載荷，油管上加上了這一載荷，于是二者又發(fā)生彈性變形，此時油管伸長，抽油桿柱縮短，光桿下行，活塞相對于泵筒沒有移動，于是畫出了CD斜線。它表示光桿上負荷減少的過程。稱為減載線。ABCD16PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD17PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD18PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD19PSS活S光理

5、論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD20PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD21PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD22PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD23PSS活S光理論示功圖光桿和活塞都在下行ABCD24PSS活S光理論示功圖當彈性變形完畢，活塞開始上行，液體就通過游動凡爾向活塞以上轉(zhuǎn)移，此過程中，光桿所受的負荷不變，于是畫出直線DA。ABCD25PSS活S光理論示功圖于是畫成一個封閉的曲線，即為示功圖。ABCD26光桿從下死點又開始新的上行SS活S光理論示功圖PABCD27ABCD光桿沖程 活塞沖程 油管縮短和抽油桿伸長 活塞截面以上液柱重量抽油桿在

6、油中的重量 抽油桿縮短和油管伸長 光桿所受負荷光桿沖程28 理論示功圖是在五個假設(shè)條件之下，僅僅考慮了抽油桿柱承受靜載荷時作出來的，所以功圖是規(guī)則的平行四邊形。而實測功圖是在砂、蠟、氣、水和慣性載荷、震動載荷、沖擊載荷與摩擦阻力等因素的綜合影響之下測出來的，除此之外，還要受到漏失、斷脫、碰泵、設(shè)備故障、儀器故障的影響，因此實測功圖比理論功圖復(fù)雜的多。為了便于分析，我們只介紹典型的示功圖作為實測功圖的理論基礎(chǔ)，然后與實測功圖結(jié)合起來對比分析，說明分析方法和各類圖形的特征。29典型與實測示功圖的分析和解釋30 實測正常功圖的特點是和理論示功圖的差異不大，均為近似的平行四邊形。1、正常時的示功圖沉沒

7、度204泵效47.531 但是由于抽油設(shè)備的震動、油井深度使抽油桿柱受到較大的慣性力，以及沖次的加快，慣性載荷及震動載荷增加，使圖形波動和偏轉(zhuǎn)得更加厲害。一般來說，功圖中上下波形的平均線平行，左右曲線平行，所不同的是：上下負荷與基線不平行，成一個夾角。32 隨著沖次的加快，慣性載荷和震動載荷也相應(yīng)增加。n=4n=6n=9n=1233 對于抽油井來說，油井結(jié)蠟可以增加光桿負荷，引起凡爾失靈、活塞卡死、堵死油管。因此，研究油井結(jié)蠟對于維持油井正常生產(chǎn)，具有較大的實際意義。由于結(jié)蠟部位不同，影響的嚴重程度不同，現(xiàn)分為以下幾種情況進行分析。2、油井結(jié)蠟對功圖的影響34 游動凡爾和固定凡爾結(jié)蠟，凡爾不能

8、靈活地及時打開，從而引起漏失。并且，由于桿管結(jié)蠟，增大油流阻力。所以，當活塞上行時，光桿負荷增加，超過了最大理論值，下行時，光桿負荷不穩(wěn)定，功圖呈現(xiàn)出波浪起伏的變化。3.1、凡爾結(jié)蠟35 油管和抽油桿結(jié)蠟，會縮小油流通道，增大油流阻力，增大光桿負荷，嚴重時，可將油管全部堵死，迫使油井停產(chǎn)。3.2、油管和抽油桿結(jié)蠟光桿上行時，由于結(jié)蠟所引起的附加阻力，使負荷在整個沖程中都超過了最大理論值；光桿下行時，由于結(jié)蠟阻礙，負荷立即減小，當?shù)竭_結(jié)蠟嚴重部位，負荷就很快降到最小理論值以下。所以，整個實測功圖比理論示功圖顯得肥胖。特點363.3、固定凡爾被蠟卡死 在上沖程時，由于固定凡爾卡死，井中有蠟影響，使

9、抽油桿的運動受到了阻礙，所以，實測示功圖的最大負荷線超過了理論值，并有波浪式的變化。當活塞下行時，由于活塞接觸不到工作筒內(nèi)的液面，游動凡爾打不開，光桿不能卸載。直到接觸到工作筒內(nèi)液面，光桿才開始卸載。所以，實測功圖的最小負荷線接近于最大理論負荷線，直到下死點時，負荷才降到理論值。 37實測蠟影響示功圖38 該井2002年8月日產(chǎn)液26噸，日產(chǎn)油1噸，含水96.1%，沉沒度14.24米，上電流/下電流分別為85/76A，日產(chǎn)液逐漸下降，200205日產(chǎn)液15噸，日產(chǎn)油2噸，含水86.7%，沉沒度上升到744米，上下電流分別61/69A，200306月卡泵檢泵，檢出蠟堵。39活塞上行時，油氣混合物

10、進入泵內(nèi)，并且隨著活塞繼續(xù)向上運動，泵內(nèi)壓力降低，溶解在石油中的氣體大量分離出來，同時氣體產(chǎn)生膨脹，使光桿載荷不能很快地增加到最大理論值。因此，增載過程變慢，直到B1點時，增荷才結(jié)束，固定凡爾才打開。所以，增載線AB1較AB的斜率小。4、氣體對功圖的影響40當活塞下行時，泵內(nèi)氣體受到壓縮，壓力逐漸增大，直到被壓縮的氣體壓力大于活塞上面的液柱壓力時，游動凡爾打開。從圖上CD1線的變化情況來看，由于有個活塞壓氣體的過程，光桿卸載較正常卸載緩慢，到了D1點時，游動凡爾被打開。光桿載荷才降到最小理論值。因此，減載線CD1較增載線AB1平緩，成為一條向右下方彎曲的弧線。 4、氣體對功圖的影響41 氣體壓

11、力大，光桿卸載快，弧線曲率小。反之，則弧線曲率大。曲率中心位于弧線的右下方。這條弧線是氣體影響示功圖的顯著特征。4、氣體對功圖的影響424.1 氣體使泵的充滿系數(shù)降低 氣體影響實測示功圖在油井油氣比、動液面高，而在泵井口處部分氣體仍然溶解于石油中的情況下抽油時，只有少量的氣泡狀游離氣和油、氣混合物一起進入泵內(nèi)。活塞上行時分離出的溶解氣占據(jù)活塞所讓出的空間。因此，泵內(nèi)原油的充滿系數(shù)大大降低。4、氣體對功圖的影響434.2 凡爾“氣鎖”，泵不排油 4.2.1 當泵的排量大于油井在該泵掛深度的供液能力時，在抽油過程中，動液面逐漸降低，直至動液面降低到泵吸入口附近，套管氣進入泵內(nèi)。在整個上沖程中，泵內(nèi)

12、氣體膨脹，固定凡爾打不開，在下沖程中，由于工作筒內(nèi)無液面活塞壓縮氣體，運行到下死點，泵內(nèi)氣體壓力仍然小于活塞面積以上的液柱壓力。所以游動凡爾打不開，泵不排油。 4、氣體對功圖的影響444.2 凡爾“氣鎖”，泵不排油 4.2.2 在油氣比很高的抽油井中，由于原油中的大量游離氣進入泵內(nèi)，并隨著活塞向上運動而膨脹占據(jù)活塞所讓出的體積，致使游動凡爾、固定凡爾不能正常打開，泵不排油，整個圖形靠近最大理論載荷線，減載線平緩，仍具有氣體影響的特征。即平常所說的氣鎖時的功圖，功圖形狀和嚴重供液不足時的功圖形狀比較相象。4、氣體對功圖的影響45當深井泵裝置完好時，抽汲過程中，液體不能及時充滿泵的工作筒，致使泵的

13、充滿系數(shù)下降，排量降低，稱之為供液能力差。造成供液能力差的原因有兩種：a) 深井泵的工作制度或抽汲參數(shù)組合不合理，泵的排出能力大于油層的供液能力，造成沉沒度太小，液體充滿不了泵筒。b) 為了防止砂、氣體影響泵的正常工作，在泵的下邊裝有砂錨、氣錨、防砂篩管，當砂、蠟堵塞了部分或大部分進油孔道，致使液體進入泵筒的流動阻力增大，流量變小，動液面升高，液體不能及時充滿泵筒。5、供液能力差對功圖的影響46當從上死點開始下沖程后，光桿負荷不是立即減小，而是向下運動一段距離后才減小，這段距離相當于泵筒中的未充滿高度。由于這段泵筒中無液體，所以游動凡爾打不開，負荷仍和上沖程一5、供液能力差對功圖的影響樣，只是

14、由于摩擦力、動負荷等方向的改變，使負荷有稍許降低。當活塞接觸液面開始壓縮液體后，負荷開始轉(zhuǎn)移，光桿開始卸載。47對一口井來說，抽油桿、油管、泵等條件是固定不變的，因而，由它們所決定的彈性變形過程中的彈性系數(shù)也就隨之固定不變。所以，卸載線和加載線相互平行。5、供液能力差對功圖的影響 但是由于充滿程度是可變的，卸載線要左右移動，卸載線越靠左，說明泵的充滿程度越不好。48泵充滿程度不好時示功圖圖形象一個菜刀把，因此有人形象地稱此類圖形為“刀把”形。 5、供液能力差對功圖的影響49沉沒度29.71m 進油部位堵塞，形成供液不足，應(yīng)采取熱洗解堵，熱洗不成功如產(chǎn)量下降可采取檢泵作業(yè)。沉沒度611.1m 5

15、、供液能力差對功圖的影響沉沒度493m產(chǎn)量下降泵效13.2% 檢泵發(fā)現(xiàn)金屬防砂篩管被砂堵死50明顯地看出供液不足井示功圖的明顯特征，所不同的是由于井深、動負荷增大和力傳遞的滯后，引起圖形的扭轉(zhuǎn)或波浪明顯。 5、供液能力差對功圖的影響51 在實際功圖分析過程中，由于供液不足和氣體影響的功圖理論界線不明顯，致使在功圖分析時同一功圖不同人的分析結(jié)果不同。 為此，從水利學(xué)的角度出發(fā)，計算了抽油泵完全充滿所必須的沉沒度界限: 70mm以下泵，沉沒度大于80米、泵效大于35%,分析氣體影響，泵效小于35%、沉沒度小于80米分析供液不足；70mm以上泵，沉沒度大于100米、泵效大于35%,分析氣體影響，沉沒

16、度小于100米、泵效小于35%,分析供液不足。5、供液能力差對功圖的影響526.1 固定凡爾漏失在示功圖上的表現(xiàn) 由于固定凡爾與凡爾座配合不嚴，凡爾座錐體裝配不緊，凡爾罩內(nèi)落入臟物或結(jié)蠟而卡住凡爾球等原因，都會造成泵的固定凡爾漏失。 泵在下井前，都經(jīng)過檢修、試壓等一系列檢查。一般因裝配問題造成固定凡爾漏失的情況是比較少見的。固定凡爾漏失，決大部分的原因是由于油中含有砂蠟造成的。 6、泵漏失對功圖的影響53固定凡爾失靈有兩種：一種是長期的一種是偶爾的失靈但二者在示功圖的表現(xiàn)上都是一樣的。 6.1 固定凡爾漏失在示功圖上的表現(xiàn) 6、泵漏失對功圖的影響54當光桿從上死點開始下行時，固定凡爾關(guān)閉、活塞

17、開始擠壓泵筒中的液體?；钊麛D壓液體給液體一個作用力，使液體壓力升高，液體反過來又給活塞一個反作用力，使光桿減載。當泵筒中液體的壓力超過油套環(huán)行空間液柱在凡爾座處形成的壓力后，泵筒中的液體就從吸入部分的不嚴密處漏入井中。6.1 固定凡爾漏失在示功圖上的表現(xiàn) 6、泵漏失對功圖的影響55理論卸載線為一條直線，而吸入部分漏失時的卸載線為一向上凹的曲線，其傾角（CD1D），且漏失量越大，越比理論卸載線的傾角要小。 由于固定凡爾漏失，使卸載時間延長。卸載時間延遲的結(jié)果是圖形右上角變尖、右下角變圓。而且漏失量越嚴重，圖形右上角變得越尖、右下角變得越圓。增載線比卸載線陡 示功圖的左下角變圓，而且，漏失越厲害，

18、變得越圓 6.1 固定凡爾漏失在示功圖上的表現(xiàn) 6、泵漏失對功圖的影響56日液量由7下降到0,沉沒度由45米上升到672米。停憋不起壓、抽憋5分鐘壓力由0.31.2MPa、穩(wěn)壓3分鐘壓力降至0.5MPa6.1 固定凡爾漏失在示功圖上的表現(xiàn) 57日產(chǎn)液26t9t,沉沒度157m1049m憋泵：21個沖程壓力0.53MPa-2.0MPa,停機5分鐘,壓力為1.1MPa,停機憋泵壓力不升不降, 泵漏失量增量+260ml/min，油管結(jié)蠟嚴重，變形6.1 固定凡爾漏失在示功圖上的表現(xiàn) 586.2 排出部分的漏失對示功圖的影響 深井泵的排出部分包括游動凡爾和活塞。因此，該部分產(chǎn)生的漏失主要有兩種原因造成

19、：一是游動凡爾裝配不嚴、磨損造成漏失；二是活塞和泵的襯套配合不緊密、間隙過大或因沉砂異物等磨損活塞引起的漏失。 596.2 排出部分的漏失對示功圖的影響 當光桿開始上沖程運動時，活塞下面液體的壓力隨著抽油桿的伸長和活塞被提升而逐漸下降，活塞上下之間隨即產(chǎn)生壓力差，使活塞上面的液體經(jīng)漏失處漏到活塞下面的工作筒，使得工作筒中的壓力升高，與不漏失相比，此壓力對活塞有“頂托”作用，使光桿的負荷不能及時升到最大值，606.2 排出部分的漏失對示功圖的影響固定凡爾要比不漏失時延遲打開，表現(xiàn)在示功圖上如AB1曲線所示。AB1曲線的形狀與漏失部位有關(guān)。如果是游動凡爾漏失，曲線向上凹(如AB2)若是活塞漏失，曲

20、線向下凹(如AB1)，但在實際工作中，由于兩部分都同時漏失，這一特點不明顯，曲線多數(shù)如AB1曲線的形狀，比正常工作時的增載線滯后。616.2 排出部分的漏失對示功圖的影響增載線的傾角比泵工作正常時要小，傾角越小漏失量越大。 左上角和右上角圓滑，漏失量越大，其圓滑程度越厲害。 增載線為一條圓弧線，曲率中心位于示功圖的右下方。 卸載線比增載線陡 626.2 排出部分的漏失對示功圖的影響游動凡爾打開遲緩是由于砂、蠟或泵筒臟等原因造成，在此情況下，一般對該井進行熱洗，就能使功圖恢復(fù)正常636.3 雙凡爾同時漏失的功圖 在現(xiàn)場，由于砂蠟及磨損等原因，使游動凡爾和固定凡爾同時受到影響，區(qū)別只是程度不同罷了

21、。 游動凡爾和固定凡爾同時存在漏失時，這兩部分還未達到完全失效或一部分完全失效，油井還在出油，示功圖的四個角變?yōu)閳A角。如果部分完全失效，另一部分部分失效時，圖形將以主要失效的那一部分而變動。 6、泵漏失對功圖的影響646.3 雙凡爾同時漏失的功圖日產(chǎn)液73t53t，沉沒度473m718m。抽憋5分鐘壓力1.1MPa，停機降到0.6Mpa泵漏失量增量360ml/min656.3 雙凡爾同時漏失的功圖667.1、活塞裝置過高對示功圖的影響 活塞裝置過高就是指活塞與吸入凡爾之間的防沖距離太大，造成泵工作不正?；蚋静荒芄ぷ鳌．敾钊\行到C點時，負荷急劇下降，原因是活塞在此點開始脫出工作筒，使活塞與工

22、作筒的接觸面急劇減少，漏失量迅速增加，造成急劇減載。 7、抽油設(shè)備的技術(shù)狀況對示功圖的影響677.1、活塞裝置過高對示功圖的影響 687.1、活塞裝置過高對示功圖的影響 697.1、活塞裝置過高對示功圖的影響 在現(xiàn)場，有時油井作業(yè)后，油井根本不出油，抽油桿柱丈量不準確，造成活塞未下入工作筒，這種情況如圖7-6 707.2 活塞裝置過低對示功圖的影響 活塞裝置過低，就是指泵的活塞和固定凡爾間的防沖距離調(diào)節(jié)的過小，活塞下行到下死點時，就會發(fā)生撞擊。 當活塞和固定凡爾罩相撞時，光桿上負荷急劇降低，但因活塞又緊接著開始上行，在示功圖的右下角形成一個不規(guī)則且?guī)Лh(huán)狀的尾巴。同時，因碰撞引起了抽油桿柱的強烈

23、跳動，封閉不嚴，造成漏失。717.2 活塞裝置過低對示功圖的影響 圖1為輕微撞擊，漏失不嚴重，看不出來。 圖2為撞擊嚴重，動載荷明顯，雙凡爾漏失嚴重。 727.2 活塞裝置過低對示功圖的影響 圖1為輕微撞擊，漏失不嚴重，看不出來。 圖2為撞擊嚴重，動載荷明顯，雙凡爾漏失嚴重。 737.3 上沖程碰掛對示功圖的影響 747.4 盤根過緊對示功圖的影響 75 當抽油桿由于彈性疲勞，深井泵遇卡使抽油桿柱超過拉伸屈服極限等原因而斷裂，或由于抽油桿之間未上緊而發(fā)生脫扣、脫接器壞斷、上凡爾罩斷時，示功圖將成為水平條帶狀。8、抽油桿斷脫、脫接器斷、上凡爾罩斷的示功圖76此時，光桿的負荷，只決定于斷脫部位以上

24、桿柱在液體中的重量和它與液體、防噴盒等的摩擦阻力。而圖形的位置取決于斷脫的位置。斷脫的位置越深，圖形越接近最小理論負荷線，斷脫的位置越淺，圖形越接近基線。8、抽油桿斷脫、脫接器斷、上凡爾罩斷的示功圖77 抽油桿柱的斷脫位置，可通過對示功圖的計算大致推算出來。設(shè)： L為最小理論負荷線距基線的距離（毫米，按計算最小負荷線的方法算出）；L斷為實測斷脫圖形上下負荷線的平均中線距基線的距離（從圖中量得，毫米）；h為抽油桿柱的深度（米）；h斷為斷脫處的深度8、抽油桿斷脫、脫接器斷、上凡爾罩斷的示功圖78根據(jù)抽油桿在懸繩器處所形成的負荷和其深度成正比，可得：L/L斷=h/h斷對上式移項整理可得計算斷脫部位深

25、度的公式：h斷=(L斷 h）/L該公式的計算結(jié)果和實際的斷脫部位稍有出入，但基本是符合的8、抽油桿斷脫、脫接器斷、上凡爾罩斷的示功圖798、抽油桿斷脫、脫接器斷、上凡爾罩斷的示功圖脫接器斷的實測功圖(沉沒度896m) 上凡爾罩斷的實測功圖(沉沒度906m) 第104根桿脫的實測功圖(沉沒度968m) 第25根桿脫的實測功圖(沉沒度1000m) 80 如果油管的絲扣連接處未上緊或絲扣損壞，或因油管被磨損、腐蝕而產(chǎn)生裂縫和孔洞時，進入油管的液體就會從這些裂縫、孔洞及未上緊處重新漏入油管套管間的環(huán)行空間。 油管漏失所產(chǎn)生的結(jié)果，可能是： 當漏失量小于深井泵的排量時，油井仍然出油，但產(chǎn)量比原來水平降低很多，泵效較低； 當漏失量大于泵的排量時，泵抽吸上來的油，全部漏入井筒油井不出油。9、油管漏失對示功圖的影響81 由于油管漏失不是油井裝置本身所致，示功圖圖形不發(fā)生變異，和正常出油時的示功圖一樣，只是當漏失嚴重，油井不出油時