2015-0609作业采油案例分析示功图基础

1、孤岛采油厂井下作业大队（西区） 2015年06月09日,作业采油案例分析 （示功图基础,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,1.抽油机简介 目前国内外广泛使用的抽油机主要是游梁式抽油机.游梁抽油机主要由游梁连杆曲柄装置,减速装置,动力设备和辅助装置等四大部分组成,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,2.抽油杆简介,抽油杆上连抽油机,下接抽油泵,起传递动力的作用。抽油杆在传送动力的过程中主要承受动载荷和静载荷. 当抽油杆上行时,抽油杆承受的是杆柱本身重力和活塞以上液体重力,称为静载荷。由于抽油杆上行时所受的摩擦阻力的方向向下,故静载荷增大。当抽油杆下行时,液柱的重力转移给油管,抽油杆只承

2、受本身杆柱的重力;此时由于摩擦力的方向向上,静载荷减小。 在抽油杆上下运动中,抽油杆柱和液柱产生的惯性载荷,抽油杆柱因增载减载引起的振动载荷,以及各种因素造成的冲击载荷等,都属于动载荷,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3.抽油泵简介,抽油泵主要由工作筒,衬套,柱塞上的游动阀,装在工作筒下端的固定阀组成。 抽油泵的工作原理:活塞上行时吸液入泵,排液出井;活塞下行时泵内液体进入油管,不排液出井,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,4、抽油井工况分析的目的,抽油井工况分析的目的是了解油层生产能力、设备能力以及他们的工作状况，为进一步制定合理的技术措施提供依据，使设备能力与油层能力相适应，

3、充分发挥油层潜力，并使设备在高效率下正常工作，以保证油井高产量、高泵效生产,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,二、常规管式泵工作原理,三、典型示功图分析,一、基本概念及理论示功图,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,一.基本概念及理论示功图的绘制,典型示功图分析,示功图定义：示功图是由载荷随位移的变化关系曲线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。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,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,理论示功图定义：在理想情况下，只考虑驴头所承受的静载荷引起的抽油杆及油管的弹性变形，而不考虑其他因

4、素影响，所绘制的示功图称为理论示功图,典型示功图定义：指某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图,一）基本概念,理想情况： 油管无漏失、泵工作正常。 油层供液能力充足，泵能够完全充满。 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、蜡、稠油的影响。 不考虑油井连喷带抽。 认为进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,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,二）理论示功图意义,A点驴头下死点,C点驴头上死点,B点加载完毕，游动阀关闭，固定阀打开，活塞开始上行程,D点卸载完毕，固定阀关闭，游动阀打开

5、，活塞开始下行程,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,AB线增载线，表示悬点上行时，活塞与泵筒无相对运动,BC线活塞上行程线，也是最大载荷线,CD线卸载线，表示悬点下行时，活塞与泵筒无相对运动,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,ABC线驴头上冲程线,CDA线驴头下冲程线,S光杆冲程； Sp 活塞冲程； 冲程损失,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,抽油井工况分析-典型示功图分析,当活塞上行时，游动阀受油管内活塞以上液柱的压力作用而关闭，并排出活塞冲程一段液体。固定阀由于泵筒内压力下降，被油套环行空间液柱压力顶开，井内液体进入泵筒内，充满活塞上行所让出的空间,一、常规管式泵工作原理

6、,活塞上行,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,沉没压力,液柱压力,活塞上行,吸液条件：沉没压力大于泵内压力时，吸液入泵，排液出井口,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,油层,活塞下行,当活塞下行时，由于泵筒内液柱受压，压力增高，而使固定阀关闭。活塞继续下行，泵内压力继续升高，当泵筒内压力超过油管内液柱压力时，游动阀被顶开，液体从泵筒内经空心活塞上行进入油管,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,液柱压力,沉没压力,活塞下行,排液条件：泵内压力大于液柱压力时，泵内液体转移入油管,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,三、典型示功图分析,特点：近似平行四边形,P,S,A,B,D,C,

7、o,有振动载荷影响时，近似平行四边形，上下载荷线为逐渐减弱的波浪线,泵工作正常的示功图,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,P,S,A,B,D,C,o,考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载荷上,示功图特点： 平行四边形会顺时针旋转一个角度，惯性力越大，旋转角度越大,形成原因：惯性载荷在上冲程前半冲程增加悬点载荷，后半冲程减小悬点载荷。 在下冲程前半冲程减小悬点载荷，后半冲程增加悬点载荷,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,气体影响示功图,充不满影响示功图,漏失影响示功图,带喷井影响示功图,抽油杆断脱影响示功图,出砂影响示功图,活塞脱出工作筒示功图,结蜡影响示功图,活塞下行碰泵影响示功

8、图,油稠影响示功图,柱塞遇卡示功图,典型示功图目录,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,1、气体影响示功图,P,S,A,B,D,由于下冲程末泵的余隙内残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，加载变慢，使吸入阀打开滞后（B点,C,泵筒的余隙越大，残存的气量越多，泵内压力下降越慢，则吸入阀打开越滞后，即B B线越长,B C 线为上冲程柱塞有效冲程,o,1,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,1、气体影响示功图,P,S,A,B,D,下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，卸载变慢，使排出阀滞后打开（ 图中D 点,B,C,o,特点：增载、卸载缓慢,泵的

9、余隙越大，进入泵内的气量越多，则DD 线越长,D A线为下冲程柱塞有效冲程,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,1、气体影响示功图,而当进泵气量很大而沉没压力很低时，泵内气体处于反复压缩和膨胀状态，吸入和排出阀处于关闭状态，出现“气锁”现象。如图中点画线所示,P,S,A,B,D,B,C,o,措施：合理控制套管气；加深泵挂；加装防气装置；减小防冲距，缩小余隙容积,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,气锁影响,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,1、气体影响示功图,气体使泵效降低的数值可使用下式近似计算,充满系数,式中：S光杆冲程,P,S,A,B,D,B,C,o,孤岛采油厂作业（西区,

10、作业采油案例分析,2、充不满影响的示功图,P,S,A,B,D,当沉没度过小或供液不足使液体不能充满工作筒时，均会影响示功图的形状,C,下冲程由于泵筒中液体充不满，悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到液面时，才迅速卸载，卸载线与增载线平行，卸载点较理论示功图卸载点左移（如图中D 点,o,1,2,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,2、充不满影响的示功图,有时，当柱塞碰到液面时，产生振动，最小载荷线会出现波浪线。充不满程度越严重，则卸载线越往左移。（如右图2、3所示,1,2,3,P,S,A,B,D,C,o,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

11、间歇抽油方式,特点：卸载线平行左移，液面越低，左移距离越大,生产动态表现：动液面较低，沉没度较小 （一般在50m以下）单产液量较低，有时 光杆发烫，存在间歇出油情况,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,供液不足,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,泵漏失是油井常见的故障之一。泵漏失包括固定凡尔漏失、游动凡尔漏失、双凡尔漏失和油管漏失四种情况,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,1）排出部分漏失,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

12、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，使加载缓慢,o,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,1）排出部分漏失,C,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,o,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,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“顶托”作用，使悬点负荷提前卸载,到上死点时悬点载荷已降至C点,3、漏失影响的示功图,1）排出部

13、分漏失,P,A,B,D,C,S,下冲程，排出部分漏失不影响泵的工作。因此，示功图形状与理论示功图相似,D,o,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,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,漏失量越大， BC线越短,P,A,B,D,C,S,3、漏失影响的示功图,1）排出部分漏失,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BC,在此情况下的泵效,D,o,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,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，泵的排量等于零,3、漏失影响的示功图,1）排

14、出部分漏失,P,A,B,D,C,S,D,o,特点：卸载提前，增载缓慢。左下角变尖，右上角变圆，为一向上的拱形,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,游动阀漏失,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,下冲程开始后，由于吸入阀漏失，泵内压力不能及时提高而延缓了卸载过程，使排出阀不能及时打开。只有当柱塞速度大于漏失速度后，泵内压力提高到大于液柱压力，将排出阀打开而卸去液柱载荷（如图中D 点）,悬点以最小载荷继续下行，直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬间 （如图中A 点）,o,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,泵内压力降低使排出阀

15、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,3、漏失影响的示功图,2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,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,O,特点：增载提前，卸载缓慢。右上角变尖，左下角变圆，为一向下的拱形,3,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,由于吸入部分的漏失而造成排出阀打开滞后(DD )和提前关闭（AA,活塞的有效排出冲程为 D A,o,S光,在此情况下的泵效计算公式为,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,2）吸入部分漏失,当吸入阀严重漏失

16、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,生产动态表现：动液面较正常有所上升，单井产液量下降。游动凡尔漏失时，井口憋压时间加长，压降明显,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,3）双凡尔漏失的示功图,双凡尔漏失即吸入部分与排出部分同时漏失，它的示功图是吸入部分与排出部分分别漏失时的示功图叠加，近似于椭圆形，位于最大理论载荷线和最小理论载荷线之间,特点：四角圆滑，两头尖,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,双凡尔漏失,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,4）油管漏失的示功

17、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,D,措施：热洗；碰泵；作业检管、检泵,生产动态表现：液面较正常上升，液量下降，憋压时间延长，即使憋起压后，压降也快,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,3、漏失影响的示功图,4）油管漏失的示功图,通过示功图根据下式可计算出漏失位置,式中 ： 活塞以上每米液柱重量， kN/m L 漏失点距井口深度， m h 漏失点距井口在图上的高度， mm C 力比 ， kN/mm,h,P,S,A,B,D,C,o,孤岛

18、采油厂作业（西区,作业采油案例分析,4、抽油杆断脱影响的示功图,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱在液体中的重量，悬点载荷不变，只是由于摩擦力的存在，使上下载荷线不重合，成条带状,生产动态表现：液面较正常上升，井口不出液，光杆烫，井口憋压不起压，断脱时间较长时井口不出气,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,示功图的位置取决于断脱点的位置：断脱点离井口越近，示功图越接近横坐标(基线)，如右图（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,1,2,4、抽油杆断脱影响的示功图,措施：对扣；作业检杆,生产动态表现：液面较正常上升，井口不出液，光杆烫，井口憋

19、压 不起，断脱时间长时井口不出气,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,抽油杆断脱,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,h,由此示功图可计算断脱点至井口的距离,式中 L 断脱点距井口距离,m 每米抽油杆在液体中重量,KN/m h 示功图中线到横坐标的距离,mm C 力比,KN/mm,4、抽油杆断脱影响的示功图,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,5、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

20、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,特点：载荷线上出现不规则锯齿状尖峰，图形仍为一类似平行四边形,措施：作业冲砂；选择合理的工作制度；下防砂装置；人工井壁防砂,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,6、油井结蜡影响的示功图,由于油井结蜡，使活塞在整个行程中或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，并且会出现振动载荷,特点：示功图超出上下理论载荷线范围，且在上下载荷线上出现波状弯曲,措施：定期加防蜡剂；定期热洗；下防蜡装置；装井口掺水流程；玻璃油管或涂料油管防蜡,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案

21、例分析,7、带喷井的示功图,对于具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只起诱喷和助喷的作用。在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开的状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度,喷势强、油稀带喷的示功图,喷势弱、油稠带喷的示功图,生产动态表现：液面较高，沉没度大，油井产液量高,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,8、管式泵活塞脱出工作筒的示功图,由于活塞下的过高，在上冲程中活塞会脱出工作筒，悬点突然卸载，因此卸载线急剧下降。另外由于突然卸载，引起活塞跳动，反映在示功图中，右下角为不规则波浪形曲线,措施：调小防冲距,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案例分析,9、活塞下行碰泵影响的示功图,原因是由于防冲距过小，当活塞下行接近下死点时，活塞与固定凡尔相碰撞，光杆负荷急剧降低，引起抽油杆柱剧烈振动，这时活塞又紧接着上行而引起的。 同时由于振动引起游动凡尔和固定凡尔跳动，封闭不严，造成漏失使载荷减小,活塞下行碰泵影响的示功图如右图所示：主要特征是在左下角有一个环状图形,措施：上提防冲距,孤岛采油厂作业（西区,作业采油案