液面和功圖課件

液面與功圖授課提綱液面測試的原理、方法功圖的測試與原理示功圖的分析和解釋液面測試的原理、方法動液面測試的原理、方法動液面的測定方法

動液面即煤層氣井正常運(yùn)行過程中測得的油套管環(huán)形空間中的液面深度，用從煤層底板至液面的高度來表示。煤層氣井動液面深度的測量目前在國內(nèi)主要有兩種方式，一種是安裝井下電子壓力計；另一種是采用回聲測深儀。（一）工作原理利用回聲儀來監(jiān)測液面是目前最常用的方法。其基本原理是：安裝在井口上的測試儀器發(fā)出聲波，聲波沿油、套環(huán)形空間向井底傳播，遇到回音標(biāo)、油管接箍和液面等發(fā)生反射。反射波傳到井口被微音器所接收，并將反射脈沖轉(zhuǎn)化成電信號，電信號經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、顯示和存儲等處理，測出聲波傳播速度和反射時間，即可測出聲源與反射物之間距離。

動液面測試的原理、方法回聲儀記錄曲線示意圖（二）測試儀器的組成測試儀器主要由綜合儀主機(jī)、載荷位移傳感器組合、井口連接器組成。綜合儀主機(jī)（即ZJU-2綜合記錄儀）主要由CPU板、濾波放大板、超低溫顯示器、鍵盤、無線通訊模塊、高能電池組等組成。綜合儀主機(jī)具有測試、查詢及刪除、儀器設(shè)置、儀器標(biāo)定等功能，與PC機(jī)相連還可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。載荷位移傳感器組合由載荷傳感器、位移傳感器、無線通訊模塊和信號處理電路等組成，用于測試抽油機(jī)的載荷、位移等參數(shù)。傳感器組合有三種型號供用戶選擇。卸載式載荷位移傳感器組合測試精度較高（1%F·S）；不卸載液壓式有兩種安裝尺寸，適用不同的抽油機(jī)；固定式載荷傳感器長期裝置井上，接插上位移傳感器即可進(jìn)行功圖測試，一臺主機(jī)可對接多臺載荷傳感器。井口連接器由連接組件、擊發(fā)裝置、微音器和壓力傳感器組成，用于測試抽油機(jī)液面深度和套管壓力。測試儀器的組成

液面測試儀（三）液面儀測試流程1、上井前的準(zhǔn)備

上井前要對測試動液面的綜合儀進(jìn)行檢查：（1）檢查儀器是否充足電、是否工作正常；（2）檢查井口連接器是否正常；（3）檢查相應(yīng)的連接線是否完好。2、現(xiàn)場操作方法

A.裝好井口連接器，將井口連接器的閥門打開，用勾扳手將井口裝置擰緊。

B.用液面測試電纜將井口連接器與主機(jī)連接好。

C.對有套壓的井進(jìn)行測試時，將井口閥門緩慢打開，避免對聲彈的井口裝置的微音器產(chǎn)生瞬間沖擊，將井口連接器的閥門排空后關(guān)閉。

D.打開電源，觀察綜合儀的顯示菜單是否顯示在“測試”位置。

E.“測試”功能，根據(jù)氣井情況合理選擇低頻、寬頻或高頻，輸入井號、日期后再根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砬闆r合理調(diào)節(jié)AB增益，進(jìn)行曲線采集。F.測試曲線資料完成后，測試結(jié)束并確認(rèn)資料合格，關(guān)閉主機(jī)電源，斷開測試連線，整理好工具和電纜，結(jié)束此井測試。（四）測試資料的處理及計算方法

煤層氣井和油井的動液面深度測試采用的都是聲波反射原理，利用測試儀采集完曲線波形后，必須對波形進(jìn)行分析計算才能得出動液面深度。目前國內(nèi)各煤層氣區(qū)塊普遍使用的方法是：接箍法和音標(biāo)法。我公司所有煤層氣井基本都下有回音標(biāo)，因此，音標(biāo)法是我公司目前采用的主要測試方法?；匾魳?biāo)是套接在油管上的柱狀短節(jié)，它的直徑大于油管，遮住油套環(huán)形空間間隙的50--70％，長度為0．3--0．5米，用它來阻礙聲音的直線傳播，使聲音返回到井口并記錄下來，便于準(zhǔn)確地計算液面深度。新井完井時或作業(yè)后，需要將音標(biāo)下入的準(zhǔn)確位置做好記錄。以便計算液面深度時采用（修井監(jiān)督的重要性）。假定油、套管環(huán)形空間傳播速度為一恒定值作為計算的基礎(chǔ)，回音標(biāo)位置下入深度越接近實(shí)際液面，計算精度就越高，其計算公式為：De=Ds(Le/Ls)式中De------液面深度，m；Ds------音標(biāo)下入深度，m；Ls-----自井口波峰至音標(biāo)間測量其曲線上的距離；Le-----自井口波峰至液面波峰間測量曲線上的距離。（1）回音標(biāo)法

回音標(biāo)法

這種計算方法在現(xiàn)場具體操作使用過程中存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：有些井沒有安裝音標(biāo)，無法采用此方法計算液面深度。由檢泵等原因造成作業(yè)后音標(biāo)位置可能有所改變，需要及時記錄更新，否則計算時就會產(chǎn)生很大誤差。音標(biāo)位置下入的深度普遍較淺，一般在幾十米至一百米左右，當(dāng)液面較深時，計算精度無法保證。理想的音標(biāo)位置應(yīng)該在液面深度的9/10，一般情況下應(yīng)保證在2/3處，由于煤層氣井這種需要排水降壓解吸出氣的特點(diǎn)，不可能將音標(biāo)下深，淹沒在水下就沒有意義了。不同測試設(shè)備對音標(biāo)信號的測試波形的差異很大，有些設(shè)備不能很好的測出音標(biāo)，造成計算精度無法保證。對于音標(biāo)信號測試很清晰的曲線，在人工計算時由于定位位置原因，也會產(chǎn)生很大誤差?；匾魳?biāo)法這是同一條曲線，只是定位音標(biāo)的位置稍微移動一點(diǎn)，造成液面深度差了5.4米，音速相差6.8m/s（穩(wěn)壓）。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題同一口井，不同時間測試的音標(biāo)形狀也不盡相同，形狀的差別就極易產(chǎn)生定位位置的偏差，如下圖：這是同一口井不同時間的測試曲線，儀器的靈敏度有些差別，音標(biāo)的形狀差異很大，定位時就可能產(chǎn)生誤差。下圖是同一井口不同時間測定的井口音標(biāo)圖。綜合以上各種狀況，采用音標(biāo)法，液面的計算精度只能達(dá)到5%左右（對排采起到參考作用）。（2）油管接箍法

接箍法是國內(nèi)普遍采用的液面深度計算方法，當(dāng)井內(nèi)沒有安裝回音標(biāo)或回音標(biāo)被液面淹沒時，就需要用油管接箍來推算液面深度。在油管長度比較規(guī)范時，用此方法求得音速所計算的液面深度比較準(zhǔn)確。但是我公司由于所選購的油管都不是同一規(guī)格的長度，所以無法用此方法做到精確測量，因此在此只是做簡答的介紹油管接箍法原理公式：動液面深度=(B-A)*L*N/(D-C)其中：A-井口位置；B-液面位置；C-參考節(jié)箍波起點(diǎn)；D-參考節(jié)箍波終點(diǎn)；L-單節(jié)井管長度；N-介于C和D之間的參考節(jié)箍波的個數(shù)。油管接箍法接箍法在現(xiàn)場具體操作使用過程中存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：有些螺桿泵井，振動干擾大，造成節(jié)箍波不清晰，無法計算。有些井由于煤粉較多，很容易堆積在接箍處，造成節(jié)箍波不清晰。有些井由于井下有電子壓力計或其它設(shè)備，如：電纜卡子等，對信號影響很大，造成假的節(jié)箍信號。選取同一口井的測試曲線上不同位置的節(jié)箍，計算結(jié)果不一致。每口井的平均管長不一樣，對計算結(jié)果影響很大。即使接箍信號測試很清晰的曲線，利用接箍法計算時，也容易產(chǎn)生比較大的誤差。例如：選取的平均管長差0.1米，計算出來的音速就相差3.6米，如果按1000米的井深計算，液面深度相差10米多。而實(shí)際煤層氣井每口井的平均管長都不一致，而且同一口井每一段的長度也不一樣。有的油管9.8米長，有的只有9.1米長。相差很大，造成接箍法計算時產(chǎn)生的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1%。油管接箍法這是同一口井的同一條測試曲線，只是計算時選取的平均管長相差0.1米，造成了液面計算結(jié)果差了3.64米。選取節(jié)箍平均管長9.6米，計算的音速為349.09m/s，液面深349.09米選取節(jié)箍平均管長9.5米，計算的音速為345.45m/s，液面深345.45米

綜合以上各種狀況，采用接箍法，液面的計算精度只能達(dá)到2%--5%左右。室內(nèi)回放室內(nèi)回放是將現(xiàn)場測試的資料作進(jìn)一步的處理,得出正確可靠的測試結(jié)果,并根據(jù)需要保存測試資料。具體方法有兩種:1）打印型回放，就是將測試的各種資料從打印機(jī)上打印出來。打印前要連好打印機(jī)與儀器，并為打印機(jī)裝好打印紙(打印功圖時，用寬行或窄行打印紙，打印液面曲線時,用寬行打印紙)，上電、聯(lián)機(jī)。(注意：打印液面曲線時，要先在“查詢功能”的“曲線顯示”中計算動液面；打印功圖時，可以先在“查詢”功能的“功圖顯示”中輸入理論載荷線，先輸上載荷線，后輸下載荷線)。2）通訊型回放，就是用通訊電纜將儀器與計算機(jī)連好，并將記錄儀進(jìn)入“通訊”狀態(tài)，將資料送到計算機(jī)，用計算機(jī)的通訊軟件進(jìn)行功圖、液面曲線等的錄取、顯示、計算、打印和存盤。液面曲線波形的查看

在實(shí)際的液面測試過程中，由于存在各種因素的影響，所測試的每口井曲線圖形不一定會完全達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)化。有些資料中井口波處的向上走的那一段波形，有的會出現(xiàn)峰值限幅（即所謂的井口波超寬現(xiàn)象）、有的會出現(xiàn)峰值未超過中心線（即所謂的井口波半波現(xiàn)象）；有些資料中曲線上的節(jié)箍波不清晰（即節(jié)箍波雜亂）；有些資料中液面波的峰值幅度小或下降沿處的拐點(diǎn)大；有些資料中測試曲線的振幅中心會偏離中心線（即所謂的曲線漂移）等。造成以上這些現(xiàn)象的原因，有的可能與測試設(shè)備有關(guān)，有的可能與井況有關(guān)。不論如何應(yīng)首先要看是否影響液面深度的計算，液面深度計算的準(zhǔn)確才是目的。液面曲線波形的查看盡管過去有標(biāo)準(zhǔn)，但每個人的理解有所不同。有的人只注重曲線波形的好看，卻否定了資料的真實(shí)性；有的人認(rèn)為曲線波形達(dá)不到理想的標(biāo)準(zhǔn)圖形，就認(rèn)為資料不合格，而不是看資料曲線的計算處理是否正確。一份合格的資料應(yīng)該是計算處理正確，表頭參數(shù)齊全，報表清晰整潔。總之，錄取和保持液面測試曲線的真實(shí)性和完整性是必要的，在出現(xiàn)與常規(guī)測試資料有所不同時，要具體問題、具體分析、具體對待，在不影響計算液面曲線深度時，重點(diǎn)掌握好三要素，即準(zhǔn)確選擇井口波起點(diǎn)，正確選擇B通道曲線上清楚的節(jié)箍波和節(jié)箍個數(shù)，合理選擇液面波的起點(diǎn)，只有這樣才能減少液面曲線計算的結(jié)果與實(shí)際情況的誤差?，F(xiàn)場出現(xiàn)的問題的處理及注意事項(xiàng)

（1）井口波不規(guī)則在主機(jī)正常情況下，形成井口波不規(guī)則的原因可能由信號線至井口連接器這一部分產(chǎn)生（在有些井上，加藥罐也會產(chǎn)生影響）。下列幾種情況都可能造成井口波不規(guī)則：1）信號線插頭內(nèi)部接觸不良，或信號插座內(nèi)有油污，或信號插座孔磨損變大接觸不良。解決辦法為：信號線重新焊接或更換插頭，清理插座孔內(nèi)油污或更換插座。2）井口連接器上微音器傳聲孔被油污或火藥渣堵塞變小。解決辦法為：清理井口連接器，使傳聲孔暢通（用套管氣吹解決不了本問題，最好全部拆卸清理）。3）微音器長期被油氣浸泡后，沒有及時清理（清理時只能用干布擦，不要用汽油等來擦），造成微音器性能降低或損壞。解決辦法為：清理或換一新微音器。4）槍機(jī)由于長期使用而沒有定期清理保養(yǎng)，造成槍機(jī)內(nèi)部銹蝕，當(dāng)搬動槍機(jī)時撞針不能迅速彈出。解決辦法為：清理槍機(jī)或換備件。另外，對于套壓較低、液面較深或井況不好的井，在測試時可能需要大測試儀器的靈敏度（即提高信號通道的放大倍數(shù)），這樣可能會使曲線的井口波出現(xiàn)一小段限幅（即超寬），這主要是因?yàn)楫?dāng)槍響時微音器離聲源最近，接收信號最強(qiáng)所至。由液面計算公式可知，這不影響測試液面深度的計算。

功圖的測試與原理示功圖原理反映抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷隨其位移變化規(guī)律的圖形稱為光桿（地面）示功圖。它是示功儀在抽油機(jī)一個抽吸周期內(nèi)測取的封閉曲線。抽油機(jī)井示功圖，實(shí)際上就是抽油機(jī)井在一個完整沖程中的光桿負(fù)荷圖，橫軸代表光桿位移，縱軸代表負(fù)荷。示功圖是目前檢查抽油泵工作狀況的有效方法之一。利用示功圖，能夠直接反映出光桿的最大、最小負(fù)荷和沖程損失。根據(jù)對示功圖的分析，可以掌握泵的工作狀態(tài)，判斷砂、蠟、氣等對抽油泵的影響、判斷泵漏失、油管漏失、抽油桿斷脫等井下故障。泵的工作原理1）當(dāng)活塞上行時，游動閥受油管內(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，井內(nèi)液體進(jìn)入泵筒內(nèi)，充滿活塞上行所讓出的空間。（2）當(dāng)活塞下行時，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)壓力超過油管內(nèi)液柱壓力時，游動閥被頂開，液體從泵筒內(nèi)經(jīng)空心活塞上行進(jìn)入油管。泵的工作原理泵的工作原理（活塞上、下行）綜合分析儀測取示功圖方法

A.把載荷位移傳感器安裝在懸繩器上，瑣上保險裝置，打開電源開關(guān)，拉出位移線掛在井口部分，注意不要把位移線和其他物品發(fā)生摩擦，以免劃斷位移線影響測試。B.打開測試儀主機(jī)電源，觀察顯示是否正常，輸入井號、日期后進(jìn)入功圖測試。C.測試完成，確認(rèn)資料合格后保存資料并關(guān)機(jī)，同時關(guān)閉傳感器電源，將位移線掛扣取下，將線緩慢地放回。D.卸下傳感器，整理好工具，結(jié)束此井測試。示功圖分析

示功圖可以分析抽油機(jī)工況及泵效。理論示功圖是指只考慮靜載荷作用下的示功圖。典型示功圖是指某一因素影響十分明顯，示功圖的形狀反映了該因素影響下的基本特征的示功圖。盡管實(shí)際情況很復(fù)雜，但總是存在一個最主要的因素，因此可根據(jù)示功圖判斷泵的工作狀況。附1：示功圖分析口訣功圖雖只四條線，橫程豎載不簡單；理論功圖正四方，實(shí)際功圖向右偏；右上尖，左下圓，固定凡爾未座嚴(yán)；右上圓，左下尖，游動凡爾空中懸；氣體影響卸載緩，供液不足刀把彎；自噴桿斷油管漏，一條黃瓜橫下邊；泵遇砂卡狼牙棒，油稠蠟重肥而圓；橫線外凸泵筒彎，上掛下碰戴耳環(huán)；上右下左黃瓜懸，定是柱塞卡筒間；苦學(xué)攻克識圖關(guān)，管好油井定不難。理論示功圖及其分析

理論示功圖理論示功圖及其分析ABC為上沖程靜