抽油机井工况诊断技术

1、抽油机井工况诊断技术2011年3月主 要 内 容 一、载荷计算 二、功图分析 三、应用实例组成：组成：静载荷静载荷动载荷动载荷摩擦载荷摩擦载荷一、载荷计算1、静载荷、静载荷(1)(1)抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷gLqgLfWrsrr上冲程上冲程 下冲程下冲程 LgqgLfWrlsrr)(2)(2)作用在柱塞上的液柱载荷作用在柱塞上的液柱载荷上冲程上冲程 gLffWlrpl)(owwwmlff)1 (3)(3)沉没压力沉没压力( (泵口压力泵口压力) )对悬点载荷的影响对悬点载荷的影响pinpiifppfpP)(上冲程上冲程 (4)(4)井口回压对悬点载荷的影响井口回压对悬点载荷的影响rhhdfp

2、P ()huhprPpff上冲程上冲程 下冲程下冲程 rluhiPWWIPP静一、载荷计算2、动载荷、动载荷（1 1）惯性载荷）惯性载荷抽油杆柱的惯性力抽油杆柱的惯性力ArrWgWI 液柱的惯性力液柱的惯性力AllWgWIrtfrpffffrluhiPWWIPP静一、载荷计算 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 /1/ 4r l /1 / 4rl )1(2)1(22max2max1800lrSWlrSW)1 (22lrSgWIrru)1 (17902lrSNWr上冲程上冲程杆柱杆柱悬点最大惯性载荷：悬点最大惯性载荷：14402SNWIrru一、载荷计算下冲程中下冲程中杆柱杆柱引起的悬点最大惯性载荷引起的

3、悬点最大惯性载荷 )1 (22lrSgWIrrd)1 (17902lrSNWr上冲程中上冲程中液柱液柱引起的悬点最大惯性载荷引起的悬点最大惯性载荷 )1 (179021lrSNW)1 (22lrSgWIllu上冲程中悬点最大惯性载荷上冲程中悬点最大惯性载荷 luruuIII下冲程中悬点最大惯性载荷下冲程中悬点最大惯性载荷 rddII 一、载荷计算(2)(2)振动载荷振动载荷3、摩擦载荷、摩擦载荷a.a.抽油杆柱与油管的摩擦力抽油杆柱与油管的摩擦力：通常直井不超过杆重量的：通常直井不超过杆重量的1.5%1.5%；b.b.柱塞与衬套之间的摩擦力柱塞与衬套之间的摩擦力：当泵径不超过：当泵径不超过70

4、mm70mm，其值，其值小于小于1717N1717N；c.c.液柱与抽油杆柱之间的摩擦力液柱与抽油杆柱之间的摩擦力：除与抽油杆柱的长度和：除与抽油杆柱的长度和运动速度有关外，主要取决于液体的粘度；运动速度有关外，主要取决于液体的粘度；d.d.液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力：除与液流速度有关外，主要：除与液流速度有关外，主要取决于液体的粘度；取决于液体的粘度；e.e.液体通过游动凡尔的摩擦力液体通过游动凡尔的摩擦力：除与凡尔结构有关外，主：除与凡尔结构有关外，主要取决于液体粘度和液流速度。要取决于液体粘度和液流速度。一、载荷计算 (2)(2)悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷)1

5、7901)(2maxSNWWPlrVvdhddrPFPIWPminivuhuulrPPFPIWWPmax一、载荷计算1 1、柱塞冲程分析、柱塞冲程分析二、示功图分析无弹性形变的示功图无弹性形变的示功图静力示功图静力示功图惯性力影响的示功图惯性力影响的示功图动力的示功图动力的示功图静力示功图静力示功图)17901 (2EfLNWSSSrrip考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：二、示功图分析冲程分析 （1）静力）静力 当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的( (负的负的) )最大加最大加速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯

6、性载荷的作用下还速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下还会带着柱塞继续上行会带着柱塞继续上行 。 当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。 i柱塞冲程增加量：柱塞冲程增加量： （2）惯性载荷）惯性载荷二、示功图分析冲程分析EfLSNWrri17902)17901 (2EfLNWSSSrrip 由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取其平均值，即：其平均值，即： 根据虎克定律

7、，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为：根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为： 因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：)1(179022)1(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 上冲程：上冲程：)1(179022)1(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 下冲程：下冲程：二、示功图分析冲程分析( (三三) )抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响 理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在上

8、振动的相位在上下冲程中几乎是对称的下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲程的影响是一致程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小。其增减，即要增加都增加，要减小都减小。其增减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相位配合。位配合。液柱载荷交变作用液柱载荷交变作用抽油杆柱变速运动抽油杆柱变速运动抽油杆柱振动抽油杆柱振动抽油杆柱变形抽油杆柱变形二、示功图分析冲程分析1 1

9、、气体影响示功图、气体影响示功图PSABD 由于在下冲程末余隙内还由于在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气和压残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快力因气体的膨胀而不能很快降低，加载变慢，使吸入阀降低，加载变慢，使吸入阀打开滞后（打开滞后（B B点）点）C 残存的气量越多，泵口压残存的气量越多，泵口压力越低，则吸入阀打开滞后力越低，则吸入阀打开滞后的越多，即的越多，即B BB B线越长。线越长。 B B C C 线为上冲程柱塞有效线为上冲程柱塞有效冲程。冲程。oB二、示功图分析典型功图分析1 1、气体影响示功图、气体影响示功图PSAB

10、D 下冲程时，气体受压缩，泵下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，卸载变内压力不能迅速提高，卸载变慢，使排出阀滞后打开（慢，使排出阀滞后打开（ 图中图中D D 点点）。）。BC 泵的余隙越大，进入泵内泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则的气量越多，则DD DD 线越长。线越长。 D D A A线为下冲程柱塞有线为下冲程柱塞有效冲程。效冲程。Do特点：增载、卸载缓慢特点：增载、卸载缓慢二、示功图分析典型功图分析1 1、气体影响示功图、气体影响示功图 而当进泵气量很大而沉没压而当进泵气量很大而沉没压力很低时，泵内气体处于反复力很低时，泵内气体处于反复压缩和膨胀状态，吸入和排出压缩和膨胀状态，

11、吸入和排出阀处于关闭状态，出现阀处于关闭状态，出现“气锁气锁”现象。现象。如图中点画线所示：如图中点画线所示：PSABDBCDo采取措施：采取措施：合理控制套管气；合理控制套管气；加深泵挂；加装防气装置；减加深泵挂；加装防气装置；减小防冲距，缩小余隙容积。小防冲距，缩小余隙容积。二、示功图分析典型功图分析2 2、充不满影响的示功图、充不满影响的示功图PSABD 当沉没度过小或供液不足使当沉没度过小或供液不足使液体不能充满工作筒时，均会液体不能充满工作筒时，均会影响示功图的形状。影响示功图的形状。C卸载线平行左移，液卸载线平行左移，液面越低，左移距离越大。面越低，左移距离越大。 下冲程由于泵筒中

12、液体充不下冲程由于泵筒中液体充不满，悬点载荷不能立即减小，满，悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到液面时，才迅只有当柱塞遇到液面时，才迅速卸载，卸载线与增载线平行，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卸载点较理论示功图卸载点左移（如图中移（如图中D D 点）点）D o1二、示功图分析典型功图分析2 2、充不满影响的示功图、充不满影响的示功图 充不满程度越严重，则卸充不满程度越严重，则卸载线越往左移。（如右图载线越往左移。（如右图2 2、3 3所示）所示） 有时，当柱塞碰到液面时，有时，当柱塞碰到液面时，产生振动，最小载荷线会出产生振动，最小载荷线会出现波浪线。现波浪线。123

13、PSABDCDo加深泵挂；采取合理加深泵挂；采取合理的抽汲措施；调整对应注水的抽汲措施；调整对应注水井注水量；采取压裂、酸化井注水量；采取压裂、酸化等增产措施；采取间歇抽油等增产措施；采取间歇抽油方式。方式。二、示功图分析典型功图分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图PSABD （1 1）排出部分漏失）排出部分漏失C 上冲程时，泵内压力降低，上冲程时，泵内压力降低，柱塞两端产生压差，使柱塞柱塞两端产生压差，使柱塞上面的液体经过排出部分的上面的液体经过排出部分的不严密处（阀及柱塞与衬套不严密处（阀及柱塞与衬套的间隙）漏到柱塞下部的工的间隙）漏到柱塞下部的工作筒内，漏失速度随柱塞下作筒内，

14、漏失速度随柱塞下面压力的减小而增大。由于面压力的减小而增大。由于漏失到柱塞下面的液体有向漏失到柱塞下面的液体有向上的上的“顶托顶托”作用，悬点载作用，悬点载荷不能及时上升到最大值，荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢。使加载缓慢。o二、示功图分析典型功图分析3 3、漏失影响的示功、漏失影响的示功图图PSABD （1 1）排出部分漏失）排出部分漏失C 随着悬点运动的加快，随着悬点运动的加快，“顶托顶托”作用相对减小，直作用相对减小，直到柱塞上行速度大于漏失速到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬间，悬点载荷达到最度的瞬间，悬点载荷达到最大载荷（如图中大载荷（如图中B B点）点）oB二、示功图分析典型功图分

15、析 当柱塞继续上行到后半冲程时，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，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在柱塞速度小于漏失速度瞬间（如图中（如图中CC点），点），又出现了液体又出现了液体的的“顶托顶托”作用，使悬点负荷提前作用，使悬点负荷提前卸载。卸载。 到上死点时悬点载荷已降至到上死点时悬点载荷已降至C C点。点。3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图（1 1）排出部分漏失）排出部分漏失PABDCBCS 下冲程，排出部分漏失不影下冲程，排出部分漏失不影响泵的工作。因此，示功图形响泵的工作。因此，示功图形状与理论示功图相似。状与理论示功图相似。DoC二、示

16、功图分析典型功图分析 由于排出部分漏失的影响，由于排出部分漏失的影响，吸入阀在吸入阀在B B点才打开，滞后了点才打开，滞后了BBBB这样一段柱塞冲程；这样一段柱塞冲程； 漏失量越大，漏失量越大， B BC C线越短。线越短。PABDCCS3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图B CS（1 1）排出部分漏失）排出部分漏失 而在接近上死点时又在而在接近上死点时又在C C点点提前关闭。这样柱塞的有效吸提前关闭。这样柱塞的有效吸入行程为入行程为B BC C。 在此情况下的泵效在此情况下的泵效: :CDoB二、示功图分析典型功图分析 当漏失量很大时，由于漏当漏失量很大时，由于漏失液对柱塞的失液对柱塞

17、的“顶托顶托”作用作用很大，上冲程载荷远低于最很大，上冲程载荷远低于最大载荷，如图中大载荷，如图中A AC所示，所示，吸入阀始终是关闭的，泵的吸入阀始终是关闭的，泵的排量等于零。排量等于零。4 4、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图（1 1）排出部分漏失）排出部分漏失PABDCBCCSBCDCo卸载提前，增载缓慢。卸载提前，增载缓慢。左下角变尖，右上角变圆，左下角变尖，右上角变圆，为一向上的拱形。为一向上的拱形。二、示功图分析典型功图分析 泵内压力降低使排出阀提前关泵内压力降低使排出阀提前关闭，悬点提前加载闭，悬点提前加载, ,到达下死点到达下死点时，悬点载荷已增加到时，悬点载荷已增加到 AA

18、。4 4、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图（2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失PSABDCBD A 上冲程，吸入部分漏失不影响上冲程，吸入部分漏失不影响泵的工作，示功图形状与理论示泵的工作，示功图形状与理论示功图形状相近。功图形状相近。A O增载提前，卸载缓慢。增载提前，卸载缓慢。右上角变尖，左下角变圆，为右上角变尖，左下角变圆，为一向下的拱形。一向下的拱形。二、示功图分析典型功图分析4 4、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图（2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失PSABDCBDA 由于吸入部分的漏失而造成由于吸入部分的漏失而造成排出阀打开滞后排出阀打开滞后(DD (DD ) )和提前关和提前

19、关闭（闭（AAAA）。）。 活塞的有效排出冲程为活塞的有效排出冲程为D D A A 。AoS光光SAD在此情况下的泵效计算公式为：在此情况下的泵效计算公式为：二、示功图分析典型功图分析4 4、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图 （2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失 当吸入阀严重漏失时，当吸入阀严重漏失时，排出阀一直不能打开，排出阀一直不能打开，悬点不能卸载。示功图悬点不能卸载。示功图位于最大理论载荷线附位于最大理论载荷线附近。由于摩擦力的存在，近。由于摩擦力的存在，示功图成条带状（如右示功图成条带状（如右图所示）。图所示）。二、示功图分析典型功图分析4 4、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图

20、（4 4）油管漏失的示功图）油管漏失的示功图 油管漏失不是泵本身的问油管漏失不是泵本身的问题，所以示功图形状与理论题，所以示功图形状与理论示功图形状相近，只是由于示功图形状相近，只是由于进入油管的液体会从漏失处进入油管的液体会从漏失处漏入油管、套管的环形空间，漏入油管、套管的环形空间，使作用于悬点上的液柱载荷使作用于悬点上的液柱载荷减小，不能达到最大理论载减小，不能达到最大理论载荷值，荷值，( (如右图所示）。如右图所示）。PSABDCo热洗；碰泵；作业检热洗；碰泵；作业检管、检泵管、检泵二、示功图分析典型功图分析4 4、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图 （4 4）油管漏失的示功图）油管漏失

21、的示功图lhCLq 通过示功图根据下式可通过示功图根据下式可计算出漏失位置：计算出漏失位置：式中式中 ： 活塞以上每米液柱重量，活塞以上每米液柱重量， kN/mkN/mL L 漏失点距井口深度，漏失点距井口深度， mmh h 漏失点距井口在图上的高度，漏失点距井口在图上的高度， mmmmC C 力比力比 ， kN/mmkN/mmlqhPSABDCo二、示功图分析典型功图分析5 5、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 抽油杆断脱后的悬点载荷抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油实际上是断脱点以上的抽油杆柱在液体中的重量，悬点杆柱在液体中的重量，悬点载荷不变，只是由于摩擦力载荷

22、不变，只是由于摩擦力的存在，使上下载荷线不重的存在，使上下载荷线不重合，成条带状。合，成条带状。二、示功图分析典型功图分析 示功图的位置取决于断脱点的示功图的位置取决于断脱点的位置：断脱点离井口越近，示功位置：断脱点离井口越近，示功图越接近横坐标图越接近横坐标( (基线基线) )，如右图，如右图（1 1）所示；断脱点离井口越远，）所示；断脱点离井口越远，示功图越接近最小理论载荷线，示功图越接近最小理论载荷线，如图（如图（2 2）所示。）所示。（1）（2）5 5、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 措施：措施：对扣；作业检杆对扣；作业检杆二、示功图分析典型功图分析hrh CLq 由此

23、示功图可计算断脱点至井由此示功图可计算断脱点至井口的距离：口的距离： 式中式中 L L 断脱点距井口距离断脱点距井口距离,m ,m 每米抽油杆在液体中重量每米抽油杆在液体中重量,KN/m,KN/m h h 示功图中线到横坐标的距离示功图中线到横坐标的距离,mm,mm C C 力比力比,KN/mm ,KN/mm rq5 5、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 二、示功图分析典型功图分析6 6、油层出砂影响的示功图、油层出砂影响的示功图 油层出砂主要是因为地层胶接疏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。细小砂粒随着使砂

24、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加，下冲程附加阻力使悬点载荷减小。由于砂粒在各处分布的大小不小。由于砂粒在各处分布的大小不同，影响的大小也不同，致使悬点同，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载荷会在短时间内发生多次急剧变化。化。特点：特点：载荷线上出现不规则锯齿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状尖峰，图形仍为一类似平行四边形形二、示功图分析典型功图分析

25、7 7、油井结蜡影响的示功图、油井结蜡影响的示功图 由于油井结蜡，使活塞在整由于油井结蜡，使活塞在整个行程中或某个区域增加一个个行程中或某个区域增加一个附加阻力，上冲程，附加阻力附加阻力，上冲程，附加阻力使悬点载荷增加；下冲程，附使悬点载荷增加；下冲程，附加阻力使悬点载荷减小，并且加阻力使悬点载荷减小，并且会出现振动载荷会出现振动载荷特点：特点：示功图超出上下理论示功图超出上下理论载荷线范围，且在上下载荷线载荷线范围，且在上下载荷线上出现波状弯曲。上出现波状弯曲。措施：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

26、料油管防蜡油管或涂料油管防蜡二、示功图分析典型功图分析8 8、带喷井的示功图、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。及抽汲液体的粘度。喷势强、油稀带喷的示功图喷势强、油稀带喷的示功图 喷势弱、油稠带喷的示功图喷势弱、油稠带喷的示功图二、示功图分析典型功图分析9 9、管式泵活塞脱出工作筒的示功图、管式泵活塞脱出工作筒的示功图 由于活塞下的过高，在上由于活塞下的过高，在上冲程中活塞会脱出工作筒，冲程中活塞会脱出工作筒，悬点突然卸载，因此卸载线悬点突然卸载，因此卸载线急剧下降。另外由于