典型示功图分析

2015年5月•典型示功图：•是指某一因素影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征。在实际情况下，虽然有多种因素影响示功图的形状，但总有其主要因素，则示功图的形状也就反映着主要因素影响下的特征。•1、准备工作：实测示功图一组•2、操作程序说明•（1）根据数据画出最大、最小载荷线；•（2）对比分析10个示功图；•（3）就上述10个示功图提出措施。•准备工作：1min（不计入考核时间）•正式笔试时间：20min•3、答题步骤：•（1）画上、下载荷线25分•根据油井生产数据绘制理论示功图上、下载荷线（15分）；利用公式计算（10分）。•3、答题步骤：•（2）对比分析55分•与理论示功图比较差异（15分）；•判断分析泵的工作状况（40分）•正常、供液不足、气影响；•断脱、泵脱出、抽喷、碰泵•稠油、结蜡、出砂•3、答题步骤：•（3）提出措施20分•分析原因（10分）；•提出措施（10分）一、理论示功图1、理论示功图的形成学习回顾3、理论示功图的绘制2、最大最小载荷计算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。当活塞下行程快接近死点时，固定凡尔关闭着，游动凡尔打开着，此时，活塞上下液体连通，光杆上只承受抽油杆柱在油中的重量；油管承受了全部液柱重量。当活塞到达下死点开始上行程的瞬间，游动凡尔立即关闭，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，并经过抽油杆加在光杆上。油管此时只承受它与活塞之间环形截面上液柱的重量。1、理论示功图的形成AB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（细长的油管和抽油杆柱，本身是一个弹性体，在负荷变化时，就产生相应的变形，此变形的多少和负荷变化的多少成正比）此时，光杆虽然在上移，但活塞相应于泵筒来说，实际未动，这样，就画出了图中AB斜直线。AB线表示了光杆负载增加的过程，称为增载线。AB当弹性变形完毕光杆带动活塞开始上行（B点），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，光杆处所承受的负荷，仍和B点时一样没有变化，所以，画出一条直线BC。ABCB点是固定凡尔打开点当活塞到达上死点，在转入下行程的瞬间，固定凡尔关闭，活塞开始压缩泵筒中的液体。活塞挤压给液体一个作用力，这个力作用在油管上，使油管伸长；液体反过来又给活塞一个反作用力，使抽油杆柱开始减载，杆柱缩短，油管伸长、抽油杆缩短，使泵内压力不能及时升高。当杆管变形结束，泵内压力大于泵上油管内液柱压力，游动凡尔打开（D点），活塞上下连通。此时，由于油管伸长，抽油杆柱缩短，活塞相对于泵筒没有移动，于是画出了CD斜线。CD斜线表示了光杆上负荷减少的过程，称为减载线。ABCD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，在液体向活塞以上转移的过程中，光杆上所受的负荷不变，所以画出一条和BC平行的直线DA。当光杆行到下死点，在下行程完毕又将开始的瞬间，游动凡尔关闭，负荷又发生转移，开始了一个新的往复，这样，就画成了一个封闭的曲线，我们叫它做示功图。ABCDAB—增载线BC—活塞上行程线，最大载荷线CD—减载线DA—活塞下行程线，最小载荷线ABC—驴头上行程线CDA—驴头下行程线CBAS光S活DWr′W1′λW静SWS光—光杆冲程S活—活塞冲程λ—冲程损失Wr′—抽油杆在液体中重量W1′—活塞截面上液柱载荷冲程损失：随着载荷的交替转移，使油管和抽油杆发生伸长缩短，因而使活塞实际冲程小于光杆冲程，这一差值即冲程损失。理论示功图只考虑了悬点所承受的静载荷及冲程损失，而不考虑其他因素的影响。2、理论示功图载荷的计算减程比：光杆冲程在图上的长度与光杆实际冲程长度之比，用“a”表示。a=S图/S实力比：实际悬点载荷与其在图上的长度之比，用“b”表示，单位KN/mmb＝P实/P图（1）抽油杆柱载荷：在上冲程中，游动阀关闭，抽油杆柱不受管内液体浮力的作用，所以上冲程中作用在悬点的抽油杆柱载荷为杆柱在空气中的重力。上冲程悬点承受载荷：抽油杆柱空气中重：Wr＝πd2/4×H×γ杆γ—重度，单位:N2、理论示功图载荷的计算上冲程悬点承受载荷：在上冲程中，由于游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱引起的悬点载荷为：（2）作用在柱塞上的液柱载荷活塞有效截面上液柱重：W1＝π（D2－d2）/4×H×γ液上冲程悬点承受载荷：Wr＋W1即悬点最大静载荷：W最大＝Wr＋W1在下冲程中，游动阀打开后，油管内液体的浮力作用在抽油杆柱上。所以，下冲程中作用在悬点上的抽油杆柱的重力减去液体的浮力，即它在液体中的重力作用在悬点上的载荷。2、理论示功图最大最小载荷的计算Wr′＝πd2/4×H×（γ杆－γ液）γ—重度，单位:N下冲程悬点承受载荷：最小静载荷：W最小＝Wr′2、理论示功图最大最小载荷的计算上下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷：相互转移的载荷为上下冲程悬点承受的静载荷之差：W最大－W最小＝（Wr＋W1）－Wr′Wr＋W1－Wr′＝πd2/4×H×γ杆＋π（D2－d2）/4×H×γ液－πd2/4×H×（γ杆－γ液）＝π（D2－d2）/4×H×γ液－πd2/4×H×γ液＝πD2/4×H×γ液令W1′＝πD2/4×H×γ液，简称转移载荷。由以上推导可知：Wr＋W1＝Wr′＋W1′CBAS光S活DWr′W1′λW静SW2、理论示功图最大最小载荷的计算空气中杆柱重泵上有效截面液柱重W最大＝Wr＋W1＝Wr′＋W1′杆柱在液柱中重杆柱在液柱中重泵截面上液柱重建立坐标：以实测图的基线为横坐标S，表示冲程；通过实测图的最左端作纵坐标W，表示光杆上的负荷。计算载荷及在图上高度：根据所测的油井参数，求出抽油杆在液体中重量Wr′和活塞截面上液柱载荷W1′，然后根据力比计算出Wr′W1′在纵坐标上高度，分别以Wr′W1′为高做横坐标平行线B1C和AD1。3、理论示功图的绘制求冲程损失及在图上长度：求出冲程损失λB1B=冲程损失×减程比＝λ×aB1C=光杆冲程长度×减程比＝S×a在B1C线上，取BC=B1C－B1B，确定B点，连接AB，过C点做AB平行线CD，则平行四边形ABCD就是所求理论示功图。•某抽油机井使用Ф70mm泵，21/2平式油管（内径62mm、外径73mm），Ф22mm单级抽油杆生产，泵深800米，冲程3.6米，冲次4次/分，日产液量90吨/天，原油含水80%，减程比1/45，动力仪力比1.26KN/mm，原油比重0.86，钢比重7.85，抽油杆、油管的弹性伸缩为0.8m，g取10m/s2，求该井理论示功图。绘制理论示功图示例：重力加速度：10米每二次方秒1、做直角坐标。以实测图的基线为横坐标，用s表示冲程，通过实测图的最左端做纵坐标，用W表示光杆负荷。SWO2、计算抽油杆在液体中重量Wr′和活塞截面上液柱载荷W1′Wr′＝πd2/4×H×（γ杆－γ液）×g这里的γ指比重，无因次量＝3.14×0.0222/4×800×（7.85－0.972）×10＝20.9（KN）W1′＝πD2/4×H×γ液×g＝3.14×0.072/4×800×0.972×10＝29.9（KN）3、计算光杆负荷在纵坐标上的高度下冲程OA＝Wr′/b＝20.9/1.26＝16.6(mm)上冲程OB′＝(W1′＋Wr′)/b＝50.8/1.26＝40.3(mm)在纵坐标上分别以OA、OB为高，做纵坐标的平行线AD、BCSWOAB′DC4、计算冲程和冲程损失在图上长度，画出理论示功图光杆冲程图上长度：S光＝S实×a＝3600×1/45＝80(mm)冲程损失图上长度:λ＝冲程损失×a＝1000×1/45＝18(mm)在B′C线上，取BC－B′C＝80－18＝62mm，B′B＝18mm连接AB，过C点做AB平行线CDSWOAB′DCB二、示功图的测试与分析1、分析示功图步骤主要内容2、典型示功图与实测示功图分析和解释3、分析实测示功图综合练习•前面所说的理论示功图，是在六个假设条件之下，仅仅只考虑了抽油杆柱承受静载荷时作出来的，所以图形是很规则的平行四边形。而实测示功图，是在砂、蜡、水、气和惯性载荷、振动载荷、冲击载荷与摩擦阻力等因素的综合影响以下测出来的。除上述因素外，有时还要受到断脱、漏失、碰泵、设备故障、仪器故障的影响，因此，实测图形比理论图形复杂很多。1、分析示功图步骤左上角：主要分析游动凡尔的问题，缺损为凡尔关闭不及时，多一块（长一个角）为出砂并卡泵现象。实测示功图的基本分析方法右上角：主要分析光杆在上死点时活塞与工作筒的配合，游动凡尔打开和固定凡尔关闭情况，少一块为活塞拔出工作筒，严重漏失；多一块为在近上死点时有碰挂现象。右下角：主要分析泵充满程度及气体影响情况。右上、下角都多一块为衬套上部过紧或光杆盘根过紧，少一块为未充满，是供液不足或气体影响。左下角：分析光杆在下死点时出现问题，如：固定凡尔的漏失情况等。通过这四块的解剖分析，找出泵工作不正常的原因，提出解决问题的措施。•实测示功图上最大、最小载荷的计算：•W实大=力比×h•h—上行线最高点距基线的距离，mm•W实小=力比×h′•h′－下行线最底点距基线的距离，mm•计算光杆实际冲程：•S实=S图/减程比如：1/15、1/30、1/45•s图－实测功图最左端至最右端的距离mm3、典型示功图与实测示功图分析和解释（1）深井泵工作正常时的示功图在深井泵工作正常，同时受其它因素影响不大时测出的示功图，如图所示。这类图形的共同特点是和理论示功图的差异不大,均为一近似的平均四边形.由于抽油设备的轻微振动引起了一些微小的波纹外,其它因素的影响均在图上显示不明显。（2）油井出砂对示功图的影响油井出砂，对于抽油井来说，轻则增加抽汲助力、磨损抽油设备，重则卡死固定凡尔、卡死活塞，造成油井停产。活塞被卡死的情况，将在以后介绍。这里着重讨论以下四种情况。砂、蜡、水、气对示功图的影响a、活塞砂阻细小的砂粒，随着液体进入泵内，造成活塞在工作筒内遇阻,使活塞在整个行程中或在某个局部地区，增加了一个附加阻力。实测示功图活塞砂阻上冲程时，附加助力使光杆负荷增加，附加阻力使光杆负荷减少并且由于砂子分布在泵筒内各处的多少不同，影响的大小不同，致使光杆负荷在很短的时间内发生多次急剧的变化。在这种情况下测出的示功图，其负荷线上呈现出不规则的锯齿状尖峰，且在连续测图时尖峰是移动的。但这时油井仍能出油。B、固定凡尔卡死泵在工作过程中，固定凡尔被卡死在凡尔座上，油井不出液特点为：①在上冲程时，游动凡尔关闭，固定凡尔不能打开，井中的液体不能被汲入工作筒；②在下冲程时，由于工作筒内无液柱，游动凡尔打不开，光杆不能卸载，故下负荷线接近于最大理论值。同时，因为油中的细砂阻碍活塞的运动，所以，在下负荷线上出现了不少的锯齿状尖峰。整个图形位于最大理论负荷线附近。C、固定凡尔卡死在凡尔罩上在油井大量出砂的情况下，砂子在固定凡尔球与凡尔座之间，将凡尔球卡死在凡尔罩内。特点如下：在上冲程时，由于活塞运动受到砂子阻碍，光杆负荷忽大忽小，甚至光杆负荷普遍超过最大理论负荷线。在下冲程时，由于固定凡尔球卡死在凡尔罩内，失去了密封作用，从而造成严重漏失，光杆不能卸载，直到活塞行至接近下死点，撞击了沉积的砂子或固定凡尔罩时，光杆才突然卸载。由于碰击、振动，在图的左下方产生了一个“尾巴”。d、砂子使固定凡尔、游动凡尔失灵在油井出砂严重，井内砂面较高时下泵生产。井内的大量细砂，随着油流进入泵内，不但使工作筒、活塞、固定凡尔和游动凡尔同时都受到冲击、磨损，造成漏失，而且可能使凡尔球起、落失灵，深井泵停止排油。其特点如下：上冲程，光杆负荷不能增加到最大理论值，下冲程，光杆负荷又不能降低到最小理论值。整个图形位于两条理论负荷线之间，好像一条全身长满毛刺的“海参”。出砂井的管理（措施）1、活塞提出工作筒大排量热洗，无效作业检泵。固定凡尔、游动凡尔失灵直接作业检泵。2、合理的开采制度（控制合理的生产压差）减少出砂对生产的影响。3、油井采取防砂措施