三元功图讲座最后课件

1、示功图特征分析研究第四采油厂工程技术大队 目 录一、示功图基本原理及典型示功图分析二、三元复合驱不同阶段示功图特征分析理论示功图的绘制及泵的工作过程 理论示功图就是认为光杆只承受抽油杆柱与活塞截面积以上液柱的静载荷时，理论上所得到的示功图。假设条件1、深井泵质量合格，工作正常 2、不考虑活塞在上、下冲程中，抽油杆柱所受到的摩擦力、惯性力、震动载荷与冲击载荷等的影响，假设力在抽油杆柱中的传递是瞬间的，凡尔的起落也是瞬间的 3、抽油设备在工作中，不受砂、蜡、水、气等因素的影响，认为进入泵内的液体不可压缩 4、油井没有连抽带喷现象5、油井供液能力充足，泵能够完全充满 1、理论条件下泵的工作过程和负荷

2、的转移情况 深井泵的活塞在做往复运动。活塞在最低位置时，两个凡尔之间有一余隙，此余隙内充满了液体。当活塞下行快接近下死点时，固定凡尔关闭，游动凡尔打开。此时，活塞上下液体连通，光杆上只承受抽油杆在油中的重量；油管承受了全部液柱重量。当活塞到达下死点开始上行的瞬间，游动凡尔立刻关闭，使活塞上下不连通。活塞要推动其上的液柱向上移动，这个液柱的重量就加在活塞上，并经抽油杆加在光杆上。PSS活S光理论示功图 在下死点前后，抽油杆柱上多了一个活塞截面以上液柱的重量 油管上少了一个活塞截面以上液柱的重量。这时，就要发生弹性变形，油管就要缩短，抽油杆就要伸长。此时光杆虽然在上移，但活塞相对于泵筒来说，实际未

3、动，这样就画出示功图中的AB斜直线，它表示光杆负载增加的过程，称为增载线。ABCDPSS活S光理论示功图 弹性变形完毕光杆带动活塞上行，固定凡尔打开，液体进入泵筒并充满活塞让出的空间，光杆承受负荷不变。ABCDPSS活S光理论示功图光杆带动活塞上行ABCDPSS活S光理论示功图ABCD光杆带动活塞上行PSS活S光理论示功图ABCD光杆带动活塞上行PSS活S光理论示功图ABCDPSS活S光理论示功图ABCDPSS活S光理论示功图ABCDPSS活S光理论示功图ABCDPSS活S光理论示功图 光杆出所承受的负载，仍和B点时一样没变化，所以画出一条直线BC。ABCD固定凡尔关闭下游动凡尔打开上游动凡尔

4、打开PSS活S光理论示功图当活塞到达上死点，在转入下行程的瞬间，固定凡尔关闭，游动凡尔打开，活塞上下连通。活塞上原所承受的液柱重量又加在油管上。抽油杆卸掉了这一载荷，油管上加上了这一载荷，于是二者又发生弹性变形，此时油管伸长，抽油杆柱缩短，光杆下行，活塞相对于泵筒没有移动，于是画出了CD斜线。它表示光杆上负荷减少的过程。称为减载线。ABCDPSS活S光理论示功图 当弹性变形完毕，活塞开始下行，液体就通过游动凡尔向活塞以上转移，此过程中，光杆所受的负荷不变。ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在下行ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在下行ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在

5、下行ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在下行ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在下行ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在下行ABCDPSS活S光理论示功图光杆和活塞都在下行ABCDPSS活S光理论示功图ABCDPSS活S光理论示功图于是画成一个封闭的曲线，即为示功图。ABCD光杆从下死点又开始新的上行SS活S光理论示功图PABCDABCD光杆冲程 活塞冲程 油管缩短和抽油杆伸长 活塞截面以上液柱重量抽油杆在油中的重量 抽油杆缩短和油管伸长 光杆所受负荷光杆冲程 理论示功图是在五个假设条件之下，仅仅考虑了抽油杆柱承受静载荷时作出来的，所以功图是规则的平行四边形。而实测功图

6、是在砂、蜡、气、水和惯性载荷、震动载荷、冲击载荷与摩擦阻力等因素的综合影响之下测出来的，除此之外，还要受到漏失、断脱、碰泵、设备故障、仪器故障的影响，因此实测功图比理论功图复杂的多。为了便于分析，我们只介绍典型的示功图作为实测功图的理论基础，然后与实测功图结合起来对比分析，说明分析方法和各类图形的特征。 示功图的基本原理是有杆泵随光杆做垂直往复运动时，动力仪把变化着的载荷与冲程的位移，用力比和减程比缩小绘制出复杂多变、形态各异的图形，是油井在井下垢、砂、蜡、气、水、惯性载荷、震动载荷、供液能力、井液粘度等因素综合影响之下测出的图形，直观的反映了油井井下工作状况，是油井动态分析的重要资料。 PS

7、S活S光理论示功图ABCD典型与实测示功图的分析和解释 实测正常功图的特点是和理论示功图的差异不大，均为近似的平行四边形。1、正常时的示功图沉没度204泵效47.5 但是由于抽油设备的震动、油井深度使抽油杆柱受到较大的惯性力，以及冲次的加快，惯性载荷及震动载荷增加，使图形波动和偏转得更加厉害。一般来说，功图中上下波形的平均线平行，左右曲线平行，所不同的是：上下负荷与基线不平行，成一个夹角。 随着冲次的加快，惯性载荷和震动载荷也相应增加。n=4n=6n=9n=12 对于抽油井来说，油井结蜡可以增加光杆负荷，引起凡尔失灵、活塞卡死、堵死油管。因此，研究油井结蜡对于维持油井正常生产，具有较大的实际意

8、义。由于结蜡部位不同，影响的严重程度不同，现分为以下几种情况进行分析。2、油井结蜡对功图的影响 游动凡尔和固定凡尔结蜡，凡尔不能灵活地及时打开，从而引起漏失。并且，由于杆管结蜡，增大油流阻力。所以，当活塞上行时，光杆负荷增加，超过了最大理论值，下行时，光杆负荷不稳定，功图呈现出波浪起伏的变化。3.1、凡尔结蜡 油管和抽油杆结蜡，会缩小油流通道，增大油流阻力，增大光杆负荷，严重时，可将油管全部堵死，迫使油井停产。3.2、油管和抽油杆结蜡光杆上行时，由于结蜡所引起的附加阻力，使负荷在整个冲程中都超过了最大理论值；光杆下行时，由于结蜡阻碍，负荷立即减小，当到达结蜡严重部位，负荷就很快降到最小理论值以

9、下。所以，整个实测功图比理论示功图显得肥胖。特点3.3、固定凡尔被蜡卡死 在上冲程时，由于固定凡尔卡死，井中有蜡影响，使抽油杆的运动受到了阻碍，所以，实测示功图的最大负荷线超过了理论值，并有波浪式的变化。当活塞下行时，由于活塞接触不到工作筒内的液面，游动凡尔打不开，光杆不能卸载。直到接触到工作筒内液面，光杆才开始卸载。所以，实测功图的最小负荷线接近于最大理论负荷线，直到下死点时，负荷才降到理论值。 实测蜡影响示功图实测蜡影响示功图 2月 4月 6月该井计量无油，蹩泵5分钟不起压，没有热洗记录。作业队洗井处理后量油憋泵正常。 活塞上行时，油气混合物进入泵内，并且随着活塞继续向上运动，泵内压力降低

10、，溶解在石油中的气体大量分离出来，同时气体产生膨胀，使光杆载荷不能很快地增加到最大理论值。因此，增载过程变慢，直到B1点时，增荷才结束，固定凡尔才打开。所以，增载线AB1较AB的斜率小。4、气体对功图的影响当活塞下行时，泵内气体受到压缩，压力逐渐增大，直到被压缩的气体压力大于活塞上面的液柱压力时，游动凡尔打开。从图上CD1线的变化情况来看，由于有个活塞压气体的过程，光杆卸载较正常卸载缓慢，到了D1点时，游动凡尔被打开。光杆载荷才降到最小理论值。因此，减载线CD1较增载线AB1平缓，成为一条向右下方弯曲的弧线。 4、气体对功图的影响 气体压力大，光杆卸载快，弧线曲率小。反之，则弧线曲率大。曲率中

11、心位于弧线的右下方。这条弧线是气体影响示功图的显著特征。4、气体对功图的影响实测气影响示功图泵径44mm，沉没度81.58m,泵效41.69%当深井泵装置完好时，抽汲过程中，液体不能及时充满泵的工作筒，致使泵的充满系数下降，排量降低，称之为供液能力差。造成供液能力差的原因有两种：a) 深井泵的工作制度或抽汲参数组合不合理，泵的排出能力大于油层的供液能力，造成沉没度太小，液体充满不了泵筒。b) 为了防止砂、气体影响泵的正常工作，在泵的下边装有砂锚、气锚、防砂筛管，当砂、蜡堵塞了部分或大部分进油孔道，致使液体进入泵筒的流动阻力增大，流量变小，动液面升高，液体不能及时充满泵筒。5、供液能力差对功图的

12、影响当从上死点开始下冲程后，光杆负荷不是立即减小，而是向下运动一段距离后才减小，这段距离相当于泵筒中的未充满高度。由于这段泵筒中无液体，所以游动凡尔打不开，负荷仍和上冲程一5、供液能力差对功图的影响样，只是由于摩擦力、动负荷等方向的改变，使负荷有稍许降低。当活塞接触液面开始压缩液体后，负荷开始转移，光杆开始卸载。对一口井来说，抽油杆、油管、泵等条件是固定不变的，因而，由它们所决定的弹性变形过程中的弹性系数也就随之固定不变。所以，卸载线和加载线相互平行。5、供液能力差对功图的影响 但是由于充满程度是可变的，卸载线要左右移动，卸载线越靠左，说明泵的充满程度越不好。泵充满程度不好时示功图图形象一个菜

13、刀把，因此有人形象地称此类图形为“刀把”形。 5、供液能力差对功图的影响沉没度29.71m 进油部位堵塞，形成供液不足，应采取热洗解堵，热洗不成功如产量下降可采取检泵作业。沉没度611.1m 5、供液能力差对功图的影响沉没度493m产量下降泵效13.2% 检泵发现金属防砂筛管被砂堵死明显地看出供液不足井示功图的明显特征，所不同的是由于井深、动负荷增大和力传递的滞后，引起图形的扭转或波浪明显。 5、供液能力差对功图的影响 在实际功图分析过程中，由于供液不足和气体影响的功图理论界线不明显，致使在功图分析时同一功图不同人的分析结果不同。 为此，从水利学的角度出发，计算了抽油泵完全充满所必须的沉没度界

14、限: 70mm以下泵，沉没度大于80米、泵效大于35%,分析气体影响，泵效小于35%、沉没度小于80米分析供液不足；70mm以上泵，沉没度大于100米、泵效大于35%,分析气体影响，沉没度小于100米、泵效小于35%,分析供液不足。5、供液能力差对功图的影响6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现 由于固定凡尔与凡尔座配合不严，凡尔座锥体装配不紧，凡尔罩内落入脏物或结蜡而卡住凡尔球等原因，都会造成泵的固定凡尔漏失。 泵在下井前，都经过检修、试压等一系列检查。一般因装配问题造成固定凡尔漏失的情况是比较少见的。固定凡尔漏失，决大部分的原因是由于油中含有砂蜡造成的。 6、泵漏失对功图的影响固定凡尔失灵有

15、两种：一种是长期的一种是偶尔的失灵但二者在示功图的表现上都是一样的。 6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现 6、泵漏失对功图的影响当光杆从上死点开始下行时，固定凡尔关闭、活塞开始挤压泵筒中的液体。活塞挤压液体给液体一个作用力，使液体压力升高，液体反过来又给活塞一个反作用力，使光杆减载。当泵筒中液体的压力超过油套环行空间液柱在凡尔座处形成的压力后，泵筒中的液体就从吸入部分的不严密处漏入井中。6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现 6、泵漏失对功图的影响理论卸载线为一条直线，而吸入部分漏失时的卸载线为一向上凹的曲线，其倾角（CD1D），且漏失量越大，越比理论卸载线的倾角要小。 由于固定凡尔漏失，使卸

16、载时间延长。卸载时间延迟的结果是图形右上角变尖、右下角变圆。而且漏失量越严重，图形右上角变得越尖、右下角变得越圆。增载线比卸载线陡 示功图的左下角变圆，而且，漏失越厉害，变得越圆 6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现 6、泵漏失对功图的影响日液量由7下降到0,沉没度由45米上升到672米。停憋不起压、抽憋5分钟压力由0.31.2MPa、稳压3分钟压力降至0.5MPa6.1 固定凡尔漏失在示功图上的表现 6.2 排出部分的漏失对示功图的影响 深井泵的排出部分包括游动凡尔和活塞。因此，该部分产生的漏失主要有两种原因造成：一是游动凡尔装配不严、磨损造成漏失；二是活塞和泵的衬套配合不紧密、间隙过大或因

17、沉砂异物等磨损活塞引起的漏失。 6.2 排出部分的漏失对示功图的影响 当光杆开始上冲程运动时，活塞下面液体的压力随着抽油杆的伸长和活塞被提升而逐渐下降，活塞上下之间随即产生压力差，使活塞上面的液体经漏失处漏到活塞下面的工作筒，使得工作筒中的压力升高，与不漏失相比，此压力对活塞有“顶托”作用，使光杆的负荷不能及时升到最大值，6.2 排出部分的漏失对示功图的影响固定凡尔要比不漏失时延迟打开，表现在示功图上如AB1曲线所示。AB1曲线的形状与漏失部位有关。如果是游动凡尔漏失，曲线向上凹(如AB2)若是活塞漏失，曲线向下凹(如AB1)，但在实际工作中，由于两部分都同时漏失，这一特点不明显，曲线多数如A

18、B1曲线的形状，比正常工作时的增载线滞后。6.2 排出部分的漏失对示功图的影响增载线的倾角比泵工作正常时要小，倾角越小漏失量越大。 左上角和右上角圆滑，漏失量越大，其圆滑程度越厉害。 增载线为一条圆弧线，曲率中心位于示功图的右下方。 卸载线比增载线陡 6.2 排出部分的漏失对示功图的影响游动凡尔打开迟缓是由于砂、蜡或泵筒脏等原因造成，在此情况下，一般对该井进行热洗，就能使功图恢复正常6.3 双凡尔同时漏失的功图 在现场，由于砂蜡及磨损等原因，使游动凡尔和固定凡尔同时受到影响，区别只是程度不同罢了。 游动凡尔和固定凡尔同时存在漏失时，这两部分还未达到完全失效或一部分完全失效，油井还在出油，示功图

19、的四个角变为圆角。如果部分完全失效，另一部分部分失效时，图形将以主要失效的那一部分而变动。 6、泵漏失对功图的影响6.3 双凡尔同时漏失的功图日产液73t53t，沉没度473m718m。抽憋5分钟压力1.1MPa，停机降到0.6Mpa泵漏失量增量360ml/min7.1、活塞装置过高对示功图的影响 活塞装置过高就是指活塞与吸入凡尔之间的防冲距离太大，造成泵工作不正常或根本不能工作。当活塞运行到C点时，负荷急剧下降，原因是活塞在此点开始脱出工作筒，使活塞与工作筒的接触面急剧减少，漏失量迅速增加，造成急剧减载。 7、抽油设备的技术状况对示功图的影响7.1、活塞装置过高对示功图的影响 7.1、活塞装

20、置过高对示功图的影响 在现场，有时油井作业后，油井根本不出油，抽油杆柱丈量不准确，造成活塞未下入工作筒，这种情况如图7-6 7.2 活塞装置过低对示功图的影响 活塞装置过低，就是指泵的活塞和固定凡尔间的防冲距离调节的过小，活塞下行到下死点时，就会发生撞击。 当活塞和固定凡尔罩相撞时，光杆上负荷急剧降低，但因活塞又紧接着开始上行，在示功图的右下角形成一个不规则且带环状的尾巴。同时，因碰撞引起了抽油杆柱的强烈跳动，封闭不严，造成漏失。7.2 活塞装置过低对示功图的影响 图1为轻微撞击，漏失不严重，看不出来。 图2为撞击严重，动载荷明显，双凡尔漏失严重。 7.2 活塞装置过低对示功图的影响 图1为轻

21、微撞击，漏失不严重，看不出来。 图2为撞击严重，动载荷明显，双凡尔漏失严重。 7.3 上冲程碰挂对示功图的影响 7.4 盘根过紧对示功图的影响 当抽油杆由于弹性疲劳，深井泵遇卡使抽油杆柱超过拉伸屈服极限等原因而断裂，或由于抽油杆之间未上紧而发生脱扣、脱接器坏断、上凡尔罩断时，示功图将成为水平条带状。8、抽油杆断脱、脱接器断、上凡尔罩断的示功图此时，光杆的负荷，只决定于断脱部位以上杆柱在液体中的重量和它与液体、防喷盒等的摩擦阻力。而图形的位置取决于断脱的位置。断脱的位置越深，图形越接近最小理论负荷线，断脱的位置越浅，图形越接近基线。8、抽油杆断脱、脱接器断、上凡尔罩断的示功图 抽油杆柱的断脱位置

22、，可通过对示功图的计算大致推算出来。设： L为最小理论负荷线距基线的距离（毫米，按计算最小负荷线的方法算出）；L断为实测断脱图形上下负荷线的平均中线距基线的距离（从图中量得，毫米）；h为抽油杆柱的深度（米）；h断为断脱处的深度8、抽油杆断脱、脱接器断、上凡尔罩断的示功图根据抽油杆在悬绳器处所形成的负荷和其深度成正比，可得：L/L断=h/h断对上式移项整理可得计算断脱部位深度的公式：h断=(L断 h）/L该公式的计算结果和实际的断脱部位稍有出入，但基本是符合的8、抽油杆断脱、脱接器断、上凡尔罩断的示功图8、抽油杆断脱、脱接器断、上凡尔罩断的示功图脱接器断的实测功图(沉没度896m) 上凡尔罩断的

23、实测功图(沉没度906m) 第104根杆脱的实测功图(沉没度968m) 第25根杆脱的实测功图(沉没度1000m) 如果油管的丝扣连接处未上紧或丝扣损坏，或因油管被磨损、腐蚀而产生裂缝和孔洞时，进入油管的液体就会从这些裂缝、孔洞及未上紧处重新漏入油管套管间的环行空间。 油管漏失所产生的结果，可能是： 当漏失量小于深井泵的排量时，油井仍然出油，但产量比原来水平降低很多，泵效较低； 当漏失量大于泵的排量时，泵抽吸上来的油，全部漏入井筒油井不出油。9、油管漏失对示功图的影响 由于油管漏失不是油井装置本身所致，示功图图形不发生变异，和正常出油时的示功图一样，只是当漏失严重，油井不出油时，示功图的最大负

24、荷线较最大理论负荷线低，所低的这段长度相当于漏失处至井口这段液柱在光杆处所产生的负荷，若漏失处离井口很近，低出的这段长度趋于零。9、油管漏失对示功图的影响沉没度497m 沉没度846m 第53根油管漏失 第96根油管漏 油管磨漏9、油管漏失对示功图的影响沉没度840m 当油管由于弹性疲劳、油管之间未上紧而发生脱扣时，此时抽油泵工作正常，抽油泵抽汲上来的油全部漏入进入井筒，油井不出油，憋泵压力不起，示功图的最大载荷线较理论最大载荷线低，功图有一定的面积，功图下移到理论最小载荷线附近。 10、油管断脱日产液12t0t，沉没度0m1000m憋泵：起压0.35，40个冲程压力为0.4，停机5分钟压力为

25、0.4，停机憋泵压力不升不降检泵发现油管挂断 10、油管断脱11、连抽带喷时的功图 油井连抽带喷，当处于上冲程时，由于油流有自喷能力，它就顶着活塞往上跑，造成游动凡尔被顶开或不能严密的关闭。同时，油气充分混合，液柱比重减轻，造成光杆上的负荷大大减轻，达不到示功图的最大理论载荷线。 当下冲程时，油流同样向上顶活塞，并使固定凡尔和游动凡尔都处于开启的状态，造成光杆的负荷没有什么变化，负荷仍高于示功图的最小理论载荷线。11、连抽带喷时的功图该井泵效109.37,液面井口。目 录一、示功图基本原理及典型施工图分析二、三元复合驱不同阶段示功图特征分析见聚初期，功图面积增加，交变载荷增大1 三元复合驱油井

26、见聚见效前后示功图特征分析 如X1-40-P3井，该井2002年3月见聚，见聚后初期功图载荷增加，最大载荷由55 kN上升到58.2 kN，最小载荷由17.6 kN下降到16.6kN。 见效后，由于供液能力的影响，功图为气影响或供液不足 1 三元复合驱油井见聚见效前后示功图特征分析 三元复合驱注聚、三元段塞时期，注入体系渗流阻力增加，吸水指数、流动系数下降幅度大。如聚驱时流动系数由0.363kh/下降到0.081kh/，下降了4.48倍；三元时下降到0.046kh/，下降了7.89倍。杏二中中心井区开采曲线PV1 三元复合驱油井见聚见效前后示功图特征分析 这时油井见效出现产量、沉没度大幅度下降

27、，示功图表现气影响或供液不足的特征，此时由于含水、产量大幅度下降，悬点载荷、交变载荷没有增大，而有减小的趋势。 67.59kN 62.79kN，17.6 kN 18.6 kN 1 三元复合驱油井见聚见效前后示功图特征分析 及时调整抽汲参数保持合理供排关系采取措施166.5538.182 三元复合驱油井结垢功图变化特征分析 2.1 锯齿状功图 由于细小的垢粒进入泵内，使活塞在工作筒内遇阻，活塞在整个行程中或某个局部地区，增加了一个附加阻力。上冲程时附加阻力使光杆负荷增加，下冲程时，附加阻力使光杆负荷减少，并且由于垢分布在泵筒内各处的厚度不同，使光杆负荷在短时间内发生多次急剧的变化。功图特征为不规

28、则的齿状，但油井仍然出油。2 三元复合驱油井结垢功图变化特征分析 如X2-31-P6井，该井2006年以来功图悬点最大载荷一直上升，到2006年3月功图开始呈现锯齿状，且功图形状变化大，此时采出液六项离子显示，钙离子含量开始下降，碳酸根离子、PH值上升，综合判断分析该井开始结垢，2006年4月卡泵。 2 三元复合驱油井结垢功图变化特征分析 解卡施工，采用2m3有机除垢剂兑5m370热水替到井内，用压风机挤到油管里，反应两天后，解卡成功起抽恢复正常。采取措施化学除垢解卡2 三元复合驱油井结垢功图变化特征分析 2.2 梯形功图 泵内衬套的间隙由于结垢影响，泵的上端太紧，导致示功图右上部增载，右下部本应平行实际继续卸载，呈梯形功图。2 三元复合驱油井结垢功图变化特征分析 如X2-1-J29,该井2003年2月10日出现梯形功图，此时采出液离子变化为钙镁离子含量开始下降甚