示功图诊断讲座理论示例分析和解释

示功图诊断讲座理论示例分析和解释第1页，共80页，2023年，2月20日，星期日理论示功图的绘制及泵的工作过程第2页，共80页，2023年，2月20日，星期日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，泵能够完全充满第3页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ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。ABCD第4页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第5页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第6页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第7页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第8页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第9页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第10页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第11页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第12页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在上行ABCD第13页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ当弹性变形完毕光杆带动活塞开始上行，固定凡尔打开，液体进入泵筒并充满活塞所让出的泵筒空间，此时，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第14页，共80页，2023年，2月20日，星期日固定凡尔关闭下游动凡尔打开上游动凡尔打开PSS活S光理论示功图λ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。ABCD第15页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第16页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第17页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第18页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第19页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第20页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第21页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第22页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ光杆和活塞都在下行ABCD第23页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ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，于是画出直线DA。ABCD第24页，共80页，2023年，2月20日，星期日PSS活S光理论示功图λ于是画成一个封闭的曲线，即为示功图。ABCD第25页，共80页，2023年，2月20日，星期日光杆从下死点又开始新的上行SS活S光理论示功图PλABCD第26页，共80页，2023年，2月20日，星期日ABCD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第27页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。第28页，共80页，2023年，2月20日，星期日典型与实测示功图的分析和解释第29页，共80页，2023年，2月20日，星期日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104泵效35.5第30页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。第31页，共80页，2023年，2月20日，星期日随着冲次的加快，惯性载荷和震动载荷也相应增加。n=4n=6n=9n=12第32页，共80页，2023年，2月20日，星期日对于抽油井来说，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第33页，共80页，2023年，2月20日，星期日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、凡尔结蜡第34页，共80页，2023年，2月20日，星期日油管和抽油杆结蜡，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下。所以，整个实测功图比理论示功图显得肥胖。特点第35页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。第36页，共80页，2023年，2月20日，星期日实测蜡影响示功图第37页，共80页，2023年，2月20日，星期日活塞上行时，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，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、气体对功图的影响第38页，共80页，2023年，2月20日，星期日当活塞下行时，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、气体对功图的影响第39页，共80页，2023年，2月20日，星期日气体压力大，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、气体对功图的影响第40页，共80页，2023年，2月20日，星期日4.1气体使泵的充满系数降低

气体影响实测示功图在油井油气比、动液面高，而在泵井口处部分气体仍然溶解于石油中的情况下抽油时，只有少量的气泡状游离气和油、气混合物一起进入泵内。活塞上行时分离出的溶解气占据活塞所让出的空间。因此，泵内原油的充满系数大大降低。4、气体对功图的影响第41页，共80页，2023年，2月20日，星期日4.2凡尔“气锁”，泵不排油4.2.1当泵的排量大于油井在该泵挂深度的供液能力时，在抽油过程中，动液面逐渐降低，直至动液面降低到泵吸入口附近，套管气进入泵内。在整个上冲程中，泵内气体膨胀，固定凡尔打不开，在下冲程中，由于工作筒内无液面活塞压缩气体，运行到下死点，泵内气体压力仍然小于活塞面积以上的液柱压力。所以游动凡尔打不开，泵不排油。4、气体对功图的影响第42页，共80页，2023年，2月20日，星期日4.2凡尔“气锁”，泵不排油4.2.2在油气比很高的抽油井中，由于原油中的大量游离气进入泵内，并随着活塞向上运动而膨胀占据活塞所让出的体积，致使游动凡尔、固定凡尔不能正常打开，泵不排油，整个图形靠近最大理论载荷线，减载线平缓，仍具有气体影响的特征。即平常所说的气锁时的功图，功图形状和严重供液不足时的功图形状比较相象。4、气体对功图的影响第43页，共80页，2023年，2月20日，星期日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影响第44页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。第45页，共80页，2023年，2月20日，星期日对一口井来说，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。第46页，共80页，2023年，2月20日，星期日泵充满程度不好时示功图图形象一个菜刀把，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第47页，共80页，2023年，2月20日，星期日沉没度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611.1m5、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第48页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第49页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第50页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第51页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第52页，共80页，2023年，2月20日，星期日日液量由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0.3↑1.2MPa、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第53页，共80页，2023年，2月20日，星期日日产液26t→9t,沉没度157m→1049m憋泵：21个冲程压力0.53MPa-2.0MPa,停机5分钟,压力为1.1MPa,停机憋泵压力不升不降,泵漏失量增量+260ml/min，油管结蜡严重，变形6.1固定凡尔漏失在示功图上的表现第54页，共80页，2023年，2月20日，星期日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、间隙过大或因沉砂异物等磨损活塞引起的漏失。

第55页，共80页，2023年，2月20日，星期日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，第56页，共80页，2023年，2月20日，星期日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AB1曲线的形状，比正常工作时的增载线滞后。第57页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。卸载线比增载线陡第58页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第59页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第60页，共80页，2023年，2月20日，星期日6.3双凡尔同时漏失的功图第61页，共80页，2023年，2月20日，星期日7.1、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第62页，共80页，2023年，2月20日，星期日7.1、活塞装置过高对示功图的影响第63页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。第64页，共80页，2023年，2月20日，星期日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。第65页，共80页，2023年，2月20日，星期日7.3上冲程碰挂对示功图的影响第66页，共80页，2023年，2月20日，星期日7.4盘根过紧对示功图的影响第67页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第68页，共80页，2023年，2月20日，星期日此时，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第69页，共80页，2023年，2月20日，星期日

抽油杆柱的断脱位置，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第70页，共80页，2023年，2月20日，星期日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第71页，共80页，2023年，2月20日，星期日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)第72页，共80页，2023年，2月20日，星期日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：⑴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；⑵当漏失量大于泵的