工況分析-典型示功圖分析

發(fā)布人：徐洪梅發(fā)布單位：孤四區(qū)注采管理409站QC小組二〇一一年九月抽油井工況分析授課人：徐洪梅單位：孤四油藏經(jīng)營(yíng)管理區(qū)注采管理402站二〇一二年三月-典型示功圖分析抽油機(jī)井典型示功圖是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，具有一定特征的示功圖；典型示功圖可作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)初步判斷抽油機(jī)井泵況的參考依據(jù)，也是綜合分析實(shí)測(cè)示功圖的第一步。因此，采油工人應(yīng)對(duì)典型示功圖有一定的了解。導(dǎo)言二、常規(guī)管式泵工作原理三、典型示功圖分析課件大綱一、基本概念一.基本概念典型示功圖分析

由載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖稱為示功圖。

在理想情況下，只考慮驢頭所承受的靜載荷引起的抽油桿及油管的彈性變形，而不考慮其他因素影響，所繪制的示功圖稱為理論示功圖。

指某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。

示功圖定義：理論示功圖定義：典型示功圖定義：一、基本概念SPλSPB

ADD'W'rB'CoW'l

A點(diǎn)—下死點(diǎn)；C點(diǎn)—上死點(diǎn)；

AB線—增載線；CD線—卸載線；

ABC線—驢頭上沖程線；CDA線—驢頭下沖程線；S—光桿沖程；Sp—活塞沖程；λ—沖程損失。理論示功圖目的：與實(shí)測(cè)示功圖進(jìn)行對(duì)比，找出負(fù)荷變化差異，判斷深井泵及地層的工作情況。一.基本概念二、常規(guī)管式泵工作原理典型示功圖分析油層

當(dāng)活塞上行時(shí)，游動(dòng)閥受油管內(nèi)活塞以上液柱的壓力作用而關(guān)閉，并排出活塞沖程一段液體。固定閥由于泵筒內(nèi)壓力下降，被油套環(huán)行空間液柱壓力頂開(kāi)，井內(nèi)液體進(jìn)入泵筒內(nèi)，充滿活塞上行所讓出的空間。二、常規(guī)管式泵工作原理活塞上行吸液入泵排液出井口沉沒(méi)壓力液柱壓力吸液條件：沉沒(méi)壓力大于泵內(nèi)壓力二、常規(guī)管式泵工作原理活塞上行游動(dòng)凡爾關(guān)閉固定凡爾打開(kāi)油層活塞下行二、常規(guī)管式泵工作原理

當(dāng)活塞下行時(shí)，由于泵筒內(nèi)液柱受壓，壓力增高，而使固定閥關(guān)閉?；钊^續(xù)下行，泵內(nèi)壓力繼續(xù)升高，當(dāng)泵筒內(nèi)壓力超過(guò)油管內(nèi)液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開(kāi)，液體從泵筒內(nèi)經(jīng)空心活塞上行進(jìn)入油管。泵內(nèi)液體轉(zhuǎn)移入油管液柱壓力沉沒(méi)壓力排液條件：泵內(nèi)壓力大于液柱壓力二、常規(guī)管式泵工作原理游動(dòng)凡爾打開(kāi)固定凡爾關(guān)閉活塞下行一.常規(guī)管式泵結(jié)構(gòu)二、常規(guī)管式泵結(jié)構(gòu)原理三、典型示功圖分析典型示功圖分析典型示功圖分析特點(diǎn)：近似平行四邊形PSABDCo有振動(dòng)載荷影響時(shí)，近似平行四邊形，上下載荷線為逐漸減弱的波浪線。泵工作正常的示功圖PSABDCo

考慮慣性載荷時(shí)，是把慣性載荷疊加在靜載荷上。示功圖特點(diǎn)：

平行四邊形會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，慣性力越大，旋轉(zhuǎn)角度越大。典型示功圖分析形成原因：

慣性載荷在上沖程前半沖程增加懸點(diǎn)載荷，后半沖程減小懸點(diǎn)載荷。在下沖程前半沖程減小懸點(diǎn)載荷，后半沖程增加懸點(diǎn)載荷。目錄典型示功圖氣體影響示功圖充不滿影響示功圖漏失影響示功圖帶噴井影響示功圖抽油桿斷脫影響示功圖出砂影響示功圖活塞脫出工作筒示功圖結(jié)蠟影響示功圖活塞下行碰泵影響示功圖油稠影響示功圖柱塞遇卡示功圖1、氣體影響示功圖PSABD

由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定數(shù)量的溶解氣和壓縮氣，上沖程開(kāi)始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能很快降低，加載變慢，使吸入閥打開(kāi)滯后（B'點(diǎn)）C

殘存的氣量越多，泵口壓力越低，則吸入閥打開(kāi)滯后的越多，即BB'線越長(zhǎng)。

B'

C線為上沖程柱塞有效沖程。oB’典型示功圖分析1、氣體影響示功圖PSABD

下沖程時(shí)，氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，卸載變慢，使排出閥滯后打開(kāi)（圖中D'點(diǎn)）。B’C

泵的余隙越大，進(jìn)入泵內(nèi)的氣量越多，則DD'線越長(zhǎng)。

D'A線為下沖程柱塞有效沖程。D'o特點(diǎn)：增載、卸載緩慢典型示功圖分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：動(dòng)液面較高，沉沒(méi)度較大（一般在100m以上）油氣比大，單井產(chǎn)液量適中，但出液存在不均生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：動(dòng)液面較高，沉沒(méi)度較大（一般在100m以上）油氣比大，單井產(chǎn)液量適中，但出液存在不均1、氣體影響示功圖

而當(dāng)進(jìn)泵氣量很大而沉沒(méi)壓力很低時(shí)，泵內(nèi)氣體處于反復(fù)壓縮和膨脹狀態(tài)，吸入和排出閥處于關(guān)閉狀態(tài)，出現(xiàn)“氣鎖”現(xiàn)象。如圖中點(diǎn)畫線所示：PSABDB’CD'o措施：合理控制套管氣；加深泵掛；加裝防氣裝置；減小防沖距，縮小余隙容積。典型示功圖分析氣鎖影響1、氣體影響示功圖

氣體使泵效降低的數(shù)值可使用下式近似計(jì)算:

充滿系數(shù):式中：S—光桿沖程PSABDB'CD'o典型示功圖分析2、充不滿影響的示功圖PSABD

當(dāng)沉沒(méi)度過(guò)小或供液不足使液體不能充滿工作筒時(shí)，均會(huì)影響示功圖的形狀。C

下沖程由于泵筒中液體充不滿，懸點(diǎn)載荷不能立即減小，只有當(dāng)柱塞遇到液面時(shí)，才迅速卸載，卸載線與增載線平行，卸載點(diǎn)較理論示功圖卸載點(diǎn)左移（如圖中D'點(diǎn)）D'o1典型示功圖分析2、充不滿影響的示功圖

有時(shí)，當(dāng)柱塞碰到液面時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)，最小載荷線會(huì)出現(xiàn)波浪線。充不滿程度越嚴(yán)重，則卸載線越往左移。（如右圖2、3所示）123PSABDCD′o措施：加深泵掛；采取合理的抽汲措施；調(diào)整對(duì)應(yīng)注水井注水量；采取壓裂、酸化等增產(chǎn)措施；采取間歇抽油方式。典型示功圖分析特點(diǎn)：卸載線平行左移，液面越低，左移距離越大。生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：動(dòng)液面較低，沉沒(méi)度較?。ㄒ话阍?0m以下）單井產(chǎn)液量較低，有時(shí)光桿發(fā)燙，存在間歇出油情況供液不足3、漏失影響的示功圖PSABD

（1）排出部分漏失C

上沖程時(shí)，泵內(nèi)壓力降低，柱塞兩端產(chǎn)生壓差，使柱塞上面的液體經(jīng)過(guò)排出部分的不嚴(yán)密處（閥及柱塞與襯套的間隙）漏到柱塞下部的工作筒內(nèi)，漏失速度隨柱塞下面壓力的減小而增大。由于漏失到柱塞下面的液體有向上的“頂托”作用，懸點(diǎn)載荷不能及時(shí)上升到最大值，使加載緩慢。o典型示功圖分析3、漏失影響的示功圖PSABD

（1）排出部分漏失C

隨著懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加快，“頂托”作用相對(duì)減小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬間，懸點(diǎn)載荷達(dá)到最大載荷（如圖中B'點(diǎn)）oB'典型示功圖分析

當(dāng)柱塞繼續(xù)上行到后半沖程時(shí)，因柱塞上行速度又逐漸減慢，在柱塞速度小于漏失速度瞬間（如圖中C'點(diǎn)），又出現(xiàn)了液體的“頂托”作用，使懸點(diǎn)負(fù)荷提前卸載。

到上死點(diǎn)時(shí)懸點(diǎn)載荷已降至C″點(diǎn)。3、漏失影響的示功圖（1）排出部分漏失PABDCB’C’S

下沖程，排出部分漏失不影響泵的工作。因此，示功圖形狀與理論示功圖相似。D’oC″典型示功圖分析

由于排出部分漏失的影響，吸入閥在B′點(diǎn)才打開(kāi)，滯后了BB′這樣一段柱塞沖程；

漏失量越大，B′C′線越短。PABDCC″S3、漏失影響的示功圖（1）排出部分漏失

而在接近上死點(diǎn)時(shí)又在C′點(diǎn)提前關(guān)閉。這樣柱塞的有效吸入行程為B′C′。

在此情況下的泵效:C′D’oB′典型示功圖分析

當(dāng)漏失量很大時(shí)，由于漏失液對(duì)柱塞的“頂托”作用很大，上沖程載荷遠(yuǎn)低于最大載荷，如圖中AC'"所示，吸入閥始終是關(guān)閉的，泵的排量等于零。3、漏失影響的示功圖（1）排出部分漏失PABDCB’C’C"SB’C’D’C"'o特點(diǎn)：卸載提前，增載緩慢。左下角變尖，右上角變圓，為一向上的拱形。典型示功圖分析游動(dòng)閥漏失A'3、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失PSABDCD'

下沖程開(kāi)始后，由于吸入閥漏失，泵內(nèi)壓力不能及時(shí)提高而延緩了卸載過(guò)程，使排出閥不能及時(shí)打開(kāi)。只有當(dāng)柱塞速度大于漏失速度后，泵內(nèi)壓力提高到大于液柱壓力，將排出閥打開(kāi)而卸去液柱載荷（如圖中D'點(diǎn)）。

懸點(diǎn)以最小載荷繼續(xù)下行，直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬間（如圖中A'點(diǎn)）。o典型示功圖分析

泵內(nèi)壓力降低使排出閥提前關(guān)閉，懸點(diǎn)提前加載,到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)，懸點(diǎn)載荷已增加到A″。3、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失PSABDCB’D'A″

上沖程，吸入部分漏失不影響泵的工作，示功圖形狀與理論示功圖形狀相近。A'O特點(diǎn)：增載提前，卸載緩慢。右上角變尖，左下角變圓，為一向下的拱形。典型示功圖分析3、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失PSABDCB’D'A″

由于吸入部分的漏失而造成排出閥打開(kāi)滯后(DD')和提前關(guān)閉（AA′）。

活塞的有效排出沖程為D'A'。A'oS光在此情況下的泵效計(jì)算公式為：典型示功圖分析3、漏失影響的示功圖

（2）吸入部分漏失

當(dāng)吸入閥嚴(yán)重漏失時(shí)，排出閥一直不能打開(kāi)，懸點(diǎn)不能卸載。示功圖位于最大理論載荷線附近。由于摩擦力的存在，示功圖成條帶狀（如右圖所示）。典型示功圖分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：動(dòng)液面較正常有所上升，單井產(chǎn)液量下降。游動(dòng)凡爾漏失時(shí)，井口憋壓時(shí)間加長(zhǎng)，壓降明顯3、漏失影響的示功圖

（3）雙凡爾漏失的示功圖

雙凡爾漏失即吸入部分與排出部分同時(shí)漏失，它的示功圖是吸入部分與排出部分分別漏失時(shí)的示功圖疊加，近似于橢圓形，位于最大理論載荷線和最小理論載荷線之間。特點(diǎn)：四角圓滑，兩頭尖。典型示功圖分析雙凡爾漏失3、漏失影響的示功圖

（4）油管漏失的示功圖

油管漏失不是泵本身的問(wèn)題，所以示功圖形狀與理論示功圖形狀相近，只是由于進(jìn)入油管的液體會(huì)從漏失處漏入油管、套管的環(huán)形空間，使作用于懸點(diǎn)上的液柱載荷減小，不能達(dá)到最大理論載荷值，(如右圖所示）。DPSABCo措施：熱洗；碰泵；作業(yè)檢管、檢泵典型示功圖分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：液面較正常上升，液量下降，憋壓時(shí)間延長(zhǎng)，即使憋起壓后，壓降也快。3、漏失影響的示功圖

（4）油管漏失的示功圖

通過(guò)示功圖根據(jù)下式可計(jì)算出漏失位置：式中：－活塞以上每米液柱重量，kN/mL－漏失點(diǎn)距井口深度，mh－漏失點(diǎn)距井口在圖上的高度，mmC－力比，kN/mmhPSABDCo典型示功圖分析4、抽油桿斷脫影響的示功圖

抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)以上的抽油桿柱在液體中的重量，懸點(diǎn)載荷不變，只是由于摩擦力的存在，使上下載荷線不重合，成條帶狀。典型示功圖分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：液面較正常上升，井口不出液，光桿燙，井口憋壓不起壓，斷脫時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)井口不出氣。

示功圖的位置取決于斷脫點(diǎn)的位置：斷脫點(diǎn)離井口越近，示功圖越接近橫坐標(biāo)(基線)，如右圖（1）所示；斷脫點(diǎn)離井口越遠(yuǎn)，示功圖越接近最小理論載荷線，如圖（2）所示。（1）（2）4、抽油桿斷脫影響的示功圖

措施：對(duì)扣；作業(yè)檢桿典型示功圖分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：液面較正常上升，井口不出液，光桿燙，井口憋壓不起，斷脫時(shí)間長(zhǎng)時(shí)井口不出氣。抽油桿斷脫示功圖分析h由此示功圖可計(jì)算斷脫點(diǎn)至井口的距離：

式中

L－斷脫點(diǎn)距井口距離,m

－每米抽油桿在液體中重量,KN/mh－示功圖中線到橫坐標(biāo)的距離,mmC－力比,KN/mm4、抽油桿斷脫影響的示功圖

5、油層出砂影響的示功圖

油層出砂主要是因?yàn)榈貙幽z接疏松或生產(chǎn)壓差過(guò)大，在生產(chǎn)過(guò)程中使砂粒移動(dòng)而成的。細(xì)小砂粒隨著油流進(jìn)入泵內(nèi)，使柱塞在整個(gè)行程中或在某個(gè)區(qū)域，增加一個(gè)附加阻力。上沖程附加阻力使懸點(diǎn)載荷增加，下沖程附加阻力使懸點(diǎn)載荷減小。由于砂粒在各處分布的大小不同，影響的大小也不同，致使懸點(diǎn)載荷會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生多次急劇變化。特點(diǎn)：載荷線上出現(xiàn)不規(guī)則鋸齒狀尖峰，圖形仍為一類似平行四邊形措施：作業(yè)沖砂；選擇合理的工作制度；下防砂裝置；人工井壁防砂。典型示功圖分析6、油井結(jié)蠟影響的示功圖

由于油井結(jié)蠟，使活塞在整個(gè)行程中或某個(gè)區(qū)域增加一個(gè)附加阻力，上沖程，附加阻力使懸點(diǎn)載荷增加；下沖程，附加阻力使懸點(diǎn)載荷減小，并且會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)載荷特點(diǎn)：示功圖超出上下理論載荷線范圍，且在上下載荷線上出現(xiàn)波狀彎曲。措施：定期加防蠟劑；定期熱洗；下防蠟裝置；裝井口摻水流程；玻璃油管或涂料油管防蠟典型示功圖分析7、帶噴井的示功圖

對(duì)于具有一定自噴能力的抽油井，抽汲實(shí)際上只起誘噴和助噴的作用。在抽汲過(guò)程中，游動(dòng)閥和固定閥處于同時(shí)打開(kāi)的狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢(shì)的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。噴勢(shì)強(qiáng)、油稀帶噴的示功圖

噴勢(shì)弱、油稠帶噴的示功圖典型示功圖分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)：液面較高，沉沒(méi)度大，油井產(chǎn)液量高。8、管式泵活塞脫出工作筒的示功圖

由于活塞下的過(guò)高，在上沖程中活塞會(huì)脫出工作筒，懸點(diǎn)突然卸載，因此卸載線急劇下降。另外由于突然卸載，引起活塞跳動(dòng)，反映在示功圖中，右下角為不規(guī)則波浪形曲線。典型示功圖分析9、活塞下行碰泵影響的示功圖

原因是由于防沖距過(guò)小，當(dāng)活塞下行接近下死點(diǎn)時(shí)，活塞與固定凡爾相碰撞，光桿負(fù)荷急劇降低，引起抽油桿柱劇烈振動(dòng)，這時(shí)活塞又緊接著上行而引起的。同時(shí)由于振動(dòng)引起游動(dòng)凡爾和固定凡爾跳動(dòng)，封閉不嚴(yán)，造成漏失使載荷減小。

活塞下行碰泵影響的示功圖如右圖所示：主要特征是在左下角有一個(gè)環(huán)狀圖形。典型示功圖分析碰泵10、稠油影響示功圖S

稠油影響的示功圖如右圖所示：主要特點(diǎn)是：上下載荷線變化幅