示功图与油井供液能力定量化分析

1、示功图与油井供液能力定量化分析钟张起1,2 侯读杰1 张春梅2 王军2 侯风玉2（1中国地质大学(北京)能源学院，北京 海淀 100083；2中石化中原油田分公司采油五厂，河南 濮阳 457001）摘要：通过对实测示功图研究，确定了评价油井供液能力的3个参数，卸载冲程、卸载比和加卸比。卸载冲程和卸载比越大，供液能力越低；加卸比越大，供液能力越高。惯性载荷、振动载荷、气体和漏失4种因素对卸载冲程和卸载比影响较大，对加卸比影响较小。结合研究区资料，对卸载冲程、卸载比和加卸比进行优选，加卸比误差井次最少，是表征油井供液能力最好的指标。根据加卸比的大小，把油井供液能力分为4级。进行区块分析时，通过不同

2、时期泵效、沉没度、动液面和加卸比4项指标判断油井供液能力变化，结果一致。泵效和加卸比的变化幅度比较接近，用加卸比来衡量油井的供液能力，更可靠。关键词：示功图；抽油机井；供液能力；定量化；载荷游梁式抽油机在油田应用广泛，测取抽油机井示功图是分析、诊断抽油机井是否正常生产的一种有效手段，也是抽油机井日常管理工作的一个重要组成部分1-3。近年来，随着油田信息化的快速发展，我国各大油田已相继进入智能化、自动化、可视化和实时化的数字化阶段。油井工况智能诊断是数字化油田发展的一个重要方面，但目前的应用缺乏对油井重要参数的考虑，工况诊断结果不全面，时效性差，而且在工况的批量诊断方面研究不够4-6。示功图诊断

3、是通过示功图曲线的形状来研究抽油机井工况信息，由于它是图形文件，在进行区块分析时，限制了示功图的应用。示功图的形状能反映油井供液能力，刀把形是供液不足的典型示功图，根据刀把是否出现、以及刀把的长短，可以定性判断油井供液正常、供液不足和严重供液不足。从示功图中提取一些参数，使它能反映刀把的形状以及长短，进而可以定量判断油井供液能力。1理论井示功图示功图是抽油机光杆载荷与位移的关系曲线，通过检测抽油杆周期性上、下运动时不同位移处抽油杆上所承受的载荷来反映油井的工作状况。由于抽油机井的情况较为复杂，在生产过程中，深井泵将受到砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，实测示功图的形状很不规则。

4、为了正确分析和解释示功图，常需要以理论示功图及典型示功图为基础，进而分析和解释实测示功图7-8。静载荷作用的理论示功图为平行四边形ABCD，考虑惯性载荷的理论示功图是将惯性载荷叠加在静载荷上，惯性载荷的影响使静载荷理论示功图被扭曲一个角度，变为不规则四边形ABCD，如图1所示。当考虑振动载荷时，则将由抽油杆振动引起的悬点载荷叠加在四边形ABCD上。在粘性液体中，抽油杆柱的振动为阻尼振动，因此振动载荷的影响将逐渐减弱。另外，由于振动载荷的方向具有对称性，反映在示功图上的振动载荷也是按上、下冲程对称的。图1 考虑惯性和振动后的理论示功图 2示功图参数分析典型示功图是指某一因素影响十分明显，示功图的

5、形状反映了该因素影响的基本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存在一个最主要因素，因此可根据示功图判断泵的工作状况9-10。一般来说，示功图都有加载过程和卸载过程，都会对应有最大载荷点和最小载荷点，图2为研究区A96-4井实测示功图。图2 研究区A96-4井实测示功图2.1参数定义为了克服人为因素的影响，使参数取值更客观，定义以下4个参数。（1）加载冲程：示功图中，光杆位移从零到最大悬点载荷对应位移的距离，称为加载冲程，即图2中A点对应的横坐标。（2）卸载冲程：示功图中，光杆位移从最大点到最小悬点载荷对应位移的距离，称为卸载冲程，即图2中B、C两点横坐标的差值。（3）卸载比：卸载冲程与光杆冲程的比

6、值，称为卸载比。（4）加卸比：加载冲程与卸载冲程的比值，称为加卸比。对同一口井来说，卸载冲程越大，示功图中显示的刀把越长，油井供液能力越低。同理，卸载比越大，油井供液能力也越低。加卸比越大，油井供液能力越高。2.2影响因素分析理论上，卸载冲程、卸载比和加卸比都能定量化表示油井供液能力，而它们又存在一些干扰因素，不能完全反映油井的供液能力。（1）惯性载荷的影响，惯性载荷使静载荷理论示功图扭曲一个角度。惯性载荷越大，示功图扭曲的角度也越大，对应加载冲程和卸载冲程增大。同样供液能力条件下，与泵深小的井相比，泵深大的井卸载冲程较大。惯性载荷对加卸比的影响相对较小，因为它使加载冲程和卸载冲程同时增大。（

7、2）振动载荷的影响，振动载荷使理论示功图的上下冲程变成波浪线。振动载荷越大，加载冲程和卸载冲程也越大。振动载荷对加卸比的影响相对较小。（3）气体的影响，由于气体很容易被压缩，使加载冲程和卸载冲程增加。下冲程末余隙内存有溶解气，上冲程开始后泵内的压力因气体膨胀而不能很快降低，使固定阀打开滞后，加载缓慢。下冲程由于气体压缩，泵内压力不能迅速提高，游动阀打开滞后，因此卸载缓慢。气体含量越高，加载冲程和卸载冲程越大。气体对加卸比的影响相对较小。（4）漏失的影响，漏失越严重，对示功图影响越大。冲次越快，漏失的影响就越小。游动阀漏失的影响只发生在上冲程，使加载冲程增加。固定阀漏失的影响只发生在下冲程，使卸

8、载冲程增加。惯性载荷、振动载荷和气体这3种因素对示功图的影响是广泛存在的，而漏失对示功图的影响范围较小。理论上分析，同样供液能力条件下，各种因素对卸载冲程和卸载比的影响较大，对加卸比的影响较小。3矿场应用3.1研究区概况研究区位于东濮凹陷西斜坡带中段，主要含油层位为沙3中及沙3下，含油面积4.5km2，石油地质储量1073104t，可采储量296104t，标定采收率27.65%。储层平均孔隙度20.54%，平均渗透率22010-3m2，原油密度0.850.87 g/cm3，原油粘度 2.989.11mPas，为常温常压中渗复杂断块油藏。3.2参数优选2013年4月，研究区共有可对比示功图井89

9、口，213井次示功图数据。通过软件把示功图数字化，得到各个示功图的卸载冲程、卸载比和加卸比等示功图参数。正常生产情况下，根据实测示功图是否出现刀把形状，技术人员把抽油机井分为供液正常和供液不足两类。结合实测示功图的解释结果，确定供液正常和和供液不足的界限。然后，根据各参数划定的界限，再重新解释实测示功图。不同参数解释的结果有一部分与技术人员解释的结果相矛盾，矛盾井次最少的参数，就是表征供液能力最好的参数，统计结果如表1所示。由表可知，加卸比判断供液能力误差井次最少，且误差在10%以内，满足工程需要。表1 不同参数判断供液能力统计参数范围供液不足界限矛盾井次矛盾井次百分比参数可靠性加卸比0.80

10、0157.04较可靠卸载比0.333198.92一般卸载冲程/m1.500209.39较差3.3供液能力分级理论分析和实测示功图数据表明，与卸载比和卸载冲程相比，加卸比用来评价油井供液能力，对它进行定量化以及分级，更有优势。根据加卸比的取值范围，把油井供液能力分为4级。供液能力、加卸比、泵效、沉没度以及动液面的关系，如表2所示。由表可知，随着供液级别的增加，加卸比、平均泵效和沉没度也在增加，平均动液面与之相反。对90%以上的油井，加卸比与供液能力对应关系较好。但对某些特殊井，加卸比的高低并不能完全代表油井的供液能力。同一口井，加卸比越高，油井供液能力也越高，可以根据油井的实际情况，单独进行供液

11、能力分级。表2 加卸比分级与其他参数的关系供液能力加卸比井次泵效/%沉没度/m动液面/m级0.44125.197.551751级0.40.66443.8170.711704级0.60.84461.2281.931475级0.86470.2645.2910103.4区块动态分析目前，进行区块分析时，评价区块供液能力高低的指标就是动液面。抽油机井动液面测试方法是利用声波反射原理，井口测试仪器记录下声波反射曲线，经过分析计算得到动液面数据。该方法存在的问题主要有3个：（1）当套管没有气体或者动液面深度大于2500米时，动液面很难测试出来；（2）对顶部有封隔器的抽油机井，不能测量动液面；（3）对含气量

12、高的井，由于存在泡沫段，也会造成动液面测量不准。随着油田信息化的快速发展，示功图测试技术不断进步，用示功图参数来衡量油井供液能力有很大优势。2013年4月，利用泵效、动液面、沉没度和加卸比进行油井供液能力分析，统计结果如表3所示。表中，变化幅度是差值与上半月基数比值的百分数。由表可知，与上半月相比，区块下半月的泵效、沉没度和加卸比都有所降低，动液面有所增加，这些指标的变化都说明区块整体的供液能力有所降低。从各指标的变化幅度可知，泵效和加卸比的比较接近。因此，从某种程度上说，与动液面和沉没度相比，用加卸比来衡量油井的供液能力，更可靠。表3 区块分析中不同指标对比指标泵效/%动液面/m沉没度/m加

13、卸比上半月53.641408393.140.659下半月49.721434337.690.626差值-3.9226-55.45-0.033变化幅度-7.311.83-14.11-5.084结论（1）在实测示功图中，确定了评价油井供液能力的3个参数，卸载冲程、卸载比和加卸比。卸载冲程和卸载比越大，供液能力越低；加卸比越大，供液能力越高。（2）分析了惯性载荷、振动载荷、气体和漏失4种因素对示功图参数的影响，它们对卸载冲程和卸载比影响较大，对加卸比影响较小。（3）结合研究区资料，对卸载冲程、卸载比和加卸比参数进行优选，加卸比误差井次最少，在10%以内，是表征油井供液能力最好的指标。（4）根据加卸比的

14、大小，把油井供液能力分为4级。随着供液级别的增加，加卸比、平均泵效和沉没度也在增加，动液面降低。对90%以上的油井，加卸比与供液能力对应关系较好。（5）进行区块分析时，通过不同时期泵效、沉没度、动液面和加卸比4项指标判断油井供液能力变化，结果一致。从各指标的变化幅度可知，泵效和加卸比的比较接近。用加卸比来衡量油井的供液能力，更可靠。参考文献:1 Gibbs S G, Neely A B. Computer diagnosis of down-hole conditions in sucker rod pumping wellsJ. Journal of Petroleum Technology

15、, 1966, 18(1): 91-98.2 Gibbs S G. Predicting the behavior of sucker-rod pumping systemsJ. Journal of Petroleum Technology, 1963, 15(7): 769-778.3 薛建泉, 岳广韬, 张国栋. 抽油机井地面示功图量油技术研究J. 石油钻采工艺, 2012, 34(3): 61-66.4 Nazi G M, Ashenayi K, Lea J F, et al. Application of artificial neural network to pump card

16、diagnosisC/Production Operations Symposium. 1993: 151-160.5 宋志军, 王德有. 稠油热采抽油机井示功图解释专家系统 J. 特种油气藏, 1995, 2(3): 33-36.6 陶利萍, 袁业启, 何汉坤, 等. 有杆泵诊断分析软件的开发与应用 J. 特种油气藏, 2004, 11(1):75-76.7 张琪.采油工程原理与设计M. 石油大学出版社, 2000:157-169.8 Bezerra M A D, Schnitman L, Barreto Filho M A, et al. Pattern recognition for d

17、ownhole dynamometer card in oil rod pump system using artificial neural networksC/ICEIS (2). 2009: 351-355.9 陈刚, 张松, 张洪驰. 超稠油标准示功图识别与分析J. 特种油气藏, 2002, 9(6):60-65.10 张乃禄, 赵岐, 张钰哲, 等. 示功图法计算油井产液量的影响因素J. 西安石油大学学报 (自然科学版), 2011,26(4): 53-55.基金项目：“十二五”国家科技重大专项：东濮凹陷油气富集规律与增储领域（编号：2011ZX05006-004-07）Dynamo

18、meter card and quantitative analysis of well deliverabilityZhong Zhangqi1,2 Hou Dujie1 Zhang Chunmei2 Wang Jun1 Hou Fengyu2（1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing,100083，China;2.No.5 Oil Produnction Plant,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang,457001,China）Abstract:

19、Through research on actual dynamometer card, unload stroke , unload ratio and load/unload ratio are determined to evaluate the well deliverability. The larger unload stroke and unload ratio, the lower well deliverability, as well as the law of load/unload ratio is opposite. Inertial load , vibratory load , gas and leakage influence more remarkbly on unload stroke and unload ratio than load/unload ratio. Combined with field data in the study area, unload stroke, unload ratio and load/unload ratio are optimized for quantification of well deliverability .As a result,