示功图分析.ppt

示功图基础知识 抽油机井示功图 实际上就是抽油机井在一个完整冲程中的光杆负荷图 示功图是目前检查抽油泵工作状况的有效方法之一 利用示功图 能够直接反映出光杆的最大 最小负荷和冲程损失 根据对示功图的分析 可以掌握泵的工作状态 判断砂 蜡 气等对抽油泵的影响 判断泵漏失 油管漏失 抽油杆断脱等井下故障 示功图 是载荷随位移变化的封闭曲线 地面示功图 是表示悬点载荷随悬点位移变化的封闭曲线 减程比 以悬点位移为横坐标 图上冲程与实际冲程之比值称为减程比 力比 以悬点载荷为纵坐标 每毫米纵坐标表示的载荷称为力比 理论示功图 而人工绘制的悬点理论载荷随悬点位移变化的封闭曲线 称为理论示功图 实测示功图 若是用动力仪在悬点处测得的示功图 称为实测示功图 典型示功图 某一因素影响十分明显 其形状代表了该因素影响下的示功图基本特征的示功图 称为典型示功图 S 光杆冲程 mS活 活塞冲程 mP 光杆负荷 KNP 杆 抽油杆在液体中质量 KNP 液 柱塞以上液柱质量 KNP静 光杆承受最大静负荷 KN 冲程损失 m 1 2 1 抽油杆伸缩长度 m 2 油管伸缩长度 m A 驴头下死点位置B 固定阀打开 游动阀关闭 活塞开始上行程C 驴头上死点 活塞运行到最高点D 固定阀关闭 游动阀打开 活塞开始下行程 AB 增载线 游动凡尔关闭 仅光杆上行 抽油杆伸长 油管收缩 BC 活塞上行程线 也是最大载荷线 吸入线 固定凡尔打开 CD 卸载线 固定凡尔关闭 仅光杆下行 抽油杆收缩 油管伸长 DA 活塞下行程线 也是最小载荷线 排出线 游动凡尔打开 ABC 驴头上行程线CDA 驴头下行程线0A 下冲程时光杆承受的最小静载荷0B1 上冲程时光杆承受的最大静载荷 考虑惯性载荷后 活塞冲程增大 因为在下死点时有一个向下的最大惯性力使抽油杆伸长 表现在上冲程时吸入过程线延长 在上死点时有一个向上的最大惯性力使抽油杆缩短 表现在下冲程时排出过程线延长考虑振动载荷时 示功图上出现波浪线 波幅不断减小 这是由于抽油杆柱的振动发生在粘性液体中 所以为阻尼运动 P S 考虑惯性载荷时的理论示功图 A B C D D B C A 下冲程时 前半冲程减小悬点载荷 后半冲程增加悬点载荷 上冲程时 前半冲程增加悬点载荷 后半冲程减小悬点载荷 特征描述 图形的共同特点是与理论图形差异较小 近似为平行四边形 且增 减载线 上 下行程线均与理论线平行 由于设备振动而引起上 下负荷线有波纹 同时有些图形因泵挂较深 冲数较大产生的惯性力影响 使示功图沿着顺时针方向产生偏转 图形与基线有一夹角 二 气体影响示功图 P S A B D 由于在下冲程末余隙内还残存一定数量压缩的溶解气 上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低 加载变慢 使吸入阀打开滞后 B 点 C 残存的气量越多 泵口压力越低 则吸入阀打开滞后的越多 即BB 线越长 B C为上冲程柱塞有效冲程 P S A B D 下冲程时 气体受压缩 泵内压力不能迅速提高 卸载变慢 使排出阀滞后打开 D B C 泵的余隙越大 进入泵内的气量越多 则DD 线越长 D A为下冲程柱塞有效冲程 P S A B D 而当进泵气量很大而沉没压力很低时 泵内气体处于反复压缩和膨胀状态 吸入和排出阀处于关闭状态 出现 气锁 现象 B C 如图中点画线所示 S 气体使泵效降低的数值可使用下式近似计算 P A B D B C 充满系数 式中 S 光杆冲程 措施制定 油井 采取防气措施 压裂酸化 调小参数 换小泵 加深泵挂 连通水井 加强注水 特征描述 上行程 泵内气体膨胀 使泵内压力不能很快降低 造成固定阀推迟打开 增载缓慢 下行程 泵内气体被压缩 使泵内压力增加缓慢 游动阀推迟打开 卸载缓慢 图形右下角缺失 卸载线是一条圆弧 该圆弧圆心在下面 沉没度较低 泵效低于40 特征描述 固定阀打不开 游动阀关不上 图形呈圆弧形 无产量 气锁 特征描述 左上角缺失一块 曲面朝右 右下角缺失 措施制定 洗井 采取防气措施 供液能力改善措施 游动凡尔关闭迟缓功图受气体影响 三 充不满影响的示功图 P S A B D 当沉没度过小或供液不足使液体不能充满工作筒时 均会影响示功图的形状 C 供液不足不影响示功图的上冲程 与理论示功图相近 下冲程由于泵筒中液体充不满 悬点载荷不能立即减小 只有当柱塞遇到液面时 才迅速卸载 卸载线与增载线平行 卸载点较理论示功图卸载点左移 如图中D 点 充不满程度越严重 则卸载线越往左移 如图中2 3线所示 有时 当柱塞碰到液面时 由于振动 最小载荷线会出现波浪线 P S A B D C 措施制定 油井 制定合理的工作制度 调小参数 加深泵挂 换小泵径 压裂酸化连通水井 加强注水 特征描述 上行程 示功图正常 只是泵筒未充满 下行程 由于泵筒未充满且液面低 开始悬点载荷不降低 只有当活塞碰到液面时才开始卸载 右下角缺失一部分 随抽油时间增长缺口增大 卸载线有一明显拐点 卸载线基本上与理论示功图的卸载线平行 下行程线与上行程线平行 示功图出现刀把现象 充满程度越差 刀把越长 这种井产量不高 泵效低于40 液击问题 液击是在泵充不满时 柱塞下行以很高的速度撞击液面 使流体载荷突然由杆柱转移到油管上 同时产生强烈的冲击波 破坏整个抽油系统 液击能够造成杆柱过早疲劳失效 同时冲击力会使抽油泵的凡尔球和凡尔座过早损坏 还会使柱塞与泵筒得不到润滑 加速其磨损 另外油管液击的冲击下会突然拉伸 使其连接螺纹松动 发生漏失或断脱故障 气击问题 气击同液击类似 只是产生的冲击较小 气击的危害非常类似于液击 油管漏失不是泵本身的问题 所以示功图形状与理论示功图形状相近 只是由于进入油管的液体会从漏失处漏入油管 套管的环形空间 使作用于悬点上的液柱载荷减小 不能达到最大理论载荷值 如右图所示 P S A B D C 四 油管漏失的示功图 特征描述 油管漏失后 漏失点以上的液柱就会漏失到油套管环形空间 使悬点载荷达不到理论上的最大载荷 图形呈平行四边形 即与理论功图相似 但是实际载荷远低于理论载荷 漏失点越接近井口 实际的最大载荷线越接近理论最大载荷线 漏失部位越靠近泵口 图形越窄 主要是因油管未上紧或因腐蚀穿孔所造成的 措施制定 采取检泵措施 现象 这类井产液量逐渐下降 液面逐渐上升 电流上冲程小 下冲程正常 抽蹩压力上升 稳压稳不住 热洗后图形逐渐增大 但实际负荷仍小于上理论负荷 注意 油管下部漏失且漏失量大 一般为油管本体有较大漏洞或裂缝 油井不出油 现场憋不起压力 示功图最大 最小载荷线相接近 类似断脱现象 典型示功图采油工艺技术采油工采油地质工 五 油管断脱 油管断脱现象 电流上冲程小 下冲程正常 正 反洗井均通 且上返时间短 下放光杆碰不着泵的固定凡尔 如果井内下有旁通开关或丢手管柱 泵下装有桶杆的井碰泵时 下放光杆超过防冲距后可能碰着泵 这类井可通过洗井来判别 注意 如果是油管上部断脱 功图可能类似于油管漏失功图 但断脱井产量变化大 突然性的 正反洗井 立即有反应 下放光杆碰不着泵的固定凡尔罩 特征描述 与抽油杆断脱功图类似 在最小理论负荷线以上 接近最小理论负荷线 措施制定 作业检泵处理 现象 热洗时在井口能听到刺水声音 洗井液返上时间短 蹩压时用2块压力表 一块装在油压表接头上 另一块装在套压表接头上 蹩压过程中油套压表同时波动并且油套压相等 特征描述 油套窜与油管上部漏失现象基本一致 措施制定 采取检泵措施 六 抽油杆断脱影响的示功图 h 由示功图可计算断脱点至井口的距离 式中L 断脱点距井口距离m 每米抽油杆在液体中重量KN mh 示功图中线到横坐标的距离mmC 力比KN mm 特征描述 抽油杆断脱后 上行程悬点载荷为断脱点以上抽油杆柱的重力 下冲程的悬点载荷为断脱点以上抽油杆柱在液体中的重力 因此示功图位于理论最小载荷线的下方 图形呈 黄瓜状 现象 抽油杆断脱后 产量突然大幅下降 甚至不出油 电流发生明显变化 电流上冲程小 下冲程大 越是上部断脱 上电流越小 下电流越大 蹩压不升 如果是底部断脱蹩压可能出现上冲程压力下降 下冲程压力上升的现象 变化值不变 热洗后抽蹩测功图 压力不升图形不变 洗井正洗不通 处理 上部杆断脱可以利用吊车打捞 带有对接器的井热洗后对接数次无效报作业 不带有对接器的井 确定断脱无误后申请作业 七 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及抽汲液体的粘度 喷势强 油稀带喷的示功图 喷势弱 油稠带喷的示功图 措施制定 调大参数正常生产或采取换大泵措施 特征描述 油井具有一定的自喷能力 固定阀和游动阀都处于开启状态 抽汲只起助喷作用 液柱载荷基本上不作用在悬点上 示功图的位置及载荷的大小取决于喷势的大小 一般情况下 图形在上 下理论负荷线之间 油井自喷喷势越大 图形越偏低 有些图形与抽油杆断脱时的图形相似 但油井泵效高于60 自喷图形与泵未下入泵筒图形也相似 但后者一般是在新下泵或检泵后所出现的问题 且产量也不相同 八 排出部分漏失漏失影响的示功图 P S A B D C 上冲程时 泵内压力降低 柱塞两端产生压差 使柱塞上面的液体经过排出部分的不严密处 阀及柱塞与衬套的间隙 漏到柱塞下部的工作筒内 漏失速度随柱塞下面压力的减小而增大 由于漏失到柱塞下面的液体有向上的 顶托 作用 悬点载荷不能及时上升到最大值 使加载缓慢 P S A B D C 随着悬点运动的加快 顶托 作用相对减小 直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬间 悬点载荷达到最大静载荷 如图中B 点 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 在柱塞速度小于漏失速度瞬间 如图中C 点 又出现了液体的 顶托 作用 使悬点负荷提前卸载 到上死点时悬点载荷已降至C 点 P A B D C S 下冲程 排出部分漏失不影响泵的工作 因此 示功图形状与理论示功图相似 D 由于排出部分漏失的影响 吸入阀在B 点才打开 滞后了BB 这样一段柱塞冲程 漏失量越大 B C 线越短 P A B D C S 而在接近上死点时又在C 点提前关闭 这样柱塞的有效吸入行程为B C 在此情况下的泵效 D 当漏失量很大时 由于漏失液对柱塞的 顶托 作用很大 上冲程载荷远低于最大载荷 如图中AC 所示 吸入阀始终是关闭的 泵的排量等于零 P A B D C S D 当活塞上行程开始时 由于漏失 泵内压力下降缓慢 固定阀推迟打开 增载缓慢 当活塞移动速度大于漏失速度时 载荷达到最大值 当上行程快结束时活塞上行速度减慢 漏失速度大于活塞移动速度 漏失液体对活塞的 顶推 作用 使光杆提前卸载 功图左右上角缺失 而且呈弧形 圆心向右下方 严重时 光杆载荷等于抽油杆柱在液体中的重量 特征描述 泵排出部分漏失 活塞上面油管内的液体就会漏在活塞下面的泵筒内 处理方法 造成游动凡尔漏失 主要原因是由于结蜡严重 蜡卡游动凡尔 也可能凡尔球与球座磨损漏失 对于蜡卡采取长时间热洗处理 洗后在管柱内充满洗井液的情况下测示功图和蹩压确定是否还漏失 注意 在洗井过程中应采取反复关开回油闸门的方法以使游动凡尔球在开关过程中与座相互碰撞除掉球与座上的蜡及脏物 现象 量油产量下降 液面上升 上电流比正常时小 下电流正常 蹩压时 先停蹩压力稳定不升时再启抽蹩压 检验泵的工况 抽蹩时 上冲程压力上升缓慢 特征描述 活塞与泵筒间隙漏失 由于活塞与衬套之间磨损 间隙过大 造成漏失 在上行时液体从中漏失 光杆负载减小 使右上角呈现斜坡 缺少一块面积 九 吸入部分漏失漏失影响的示功图 P S A B D C 下冲程开始后 由于吸入阀漏失 泵内压力不能及时提高而延缓了卸载过程 使排出阀不能及时打开 只有当柱塞速度大于漏失速度后 泵内压力提高到大于液柱压力 将排出阀打开而卸去液柱载荷 如图中D 点 悬点以最小载荷继续下行 直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬间 如图中A 点 泵内压力降低使排出阀提前关闭 悬点提前加载 到达下死点时 悬点载荷已增加到A P S A B D C 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功图形状相近 P S A B D C 由于吸入部分的漏失而造成排出阀打开滞后 DD 和提前关闭 AA 活塞的有效排出冲程为D A 这种情况下的泵效 当吸入阀严重漏失时 排出阀一直不能打开 悬点不能卸载 示功图位于最大理论载荷线附近 因摩擦力的缘故 示功图成条带状 如右图所示 下行程开始时 由于吸入部分漏失 使泵内压力上升缓慢 游动阀打开迟缓 悬点卸载缓慢 且右下角缺失当活塞下行速度大于漏失速度时 悬点卸载结束 游动阀打开 固定阀关闭 下行程快结束时 漏失速度大于活塞运行速度 泵内压力降低 使游动阀提前关闭 悬点提前加载 特征描述 固定凡尔漏失现象 量油产量下降 上电流正常 下电流稍大 抽蹩时上冲程压力上升 下冲程压力下降 压力蹩得越高 上下冲程压力变化越大 待压力升起后再将驴头停在下死点稳压 若固定凡尔漏失则稳不住压 处理方法 造成固定凡尔漏失 主要原因是由于结蜡严重 蜡卡固定凡尔 也可能是凡尔球与球座磨损漏失 对于蜡卡可采取长时间热洗处理 洗后在管柱内充满洗井液的情况下再测示功图和蹩压确定是否还漏失 特征描述 示功图为排出部分漏失和吸入部分漏失示功图的叠加 增载卸载都很缓慢 图形圆滑呈椭圆形 双凡尔漏失严重时的功图与断脱功图相类似 呈 黄瓜状 双凡尔漏失现象 量油产量下降 严重漏失时不出油 液面上升 上电流较低 下电流稍大 抽蹩压力上升缓慢 严重时不升 驴头停在上 下死点都稳不住压力 处理方法 洗井 无效后上作业 特征描述 现象 井口不出油 液面在井口 上下冲程电流均小于正常时电流 洗井正常 在井口憋压时 可发现上行时压力上升 下行时压力下降 处理 大排量热洗 并在洗井过程中开关回压闸门 再测试功图 蹩压 若无效则报作业 固定阀被卡死不关闭 造成游动阀打不开而光杆不能卸载 图形在上理论负荷线附近 形状与自喷断脱相似 特征描述 上行程负荷增大 下行程示功图不能卸载 现象 不出油 液面在井口 电流上冲程大 下冲程小 因为泵抽空产生吸力 洗井不通 处理 对于这类井应查清是否有井下开关 若有井下开关则按井下开关失灵处理 若无井下开关采取高压热洗处理 无效作业 油井吸入部分堵死 会出现类似功图 游动凡尔关不上 现象 示功图不能增载 图形与抽油杆底部断脱类似 蹩压时 上冲程压力不升 下冲程压力上升 井口下冲程出油 电流上冲程减小 下冲程正常 游动凡尔打不开 现象 不出油 液面到井口 示功图与固定凡尔失灵差不多 载荷卸不下来 蹩压时上冲程压力上升 下冲程压力下降 变化值基本不变 这类井热洗时将活塞提出泵筒能洗通 放入泵筒内就洗不通 电流 上电流正常 下电流比正常时要小 十 管式泵活塞脱出工作筒的示功图 由于活塞下的过高 在上冲程中活塞会脱出工作筒 悬点突然卸载 因此卸载线急剧下降 另外由于突然卸载 引起活塞跳动 反映在示功图中 右下角为不规则波浪形曲线 特征描述 下泵时由于防冲距过大 使上行程的后半行程活塞脱出工作筒 脱出工作筒后悬点立即卸载 因此 后半行程与下行程线基本重合并伴有振动 右下角有耳朵 右上角缺 形如倒置 菜刀 措施制定 调防冲距 十一 活塞下行碰泵影响的示功图 活塞下行碰泵影响的示功图如右图所示 主要特征是在左下角有一个环状图形 原因是由于活塞装置过低 当活塞下行接近下死点时 活塞与固定凡尔相碰撞 光杆负荷急剧降低 引起抽油杆柱剧烈振动 这时活塞又紧接着上行而引起的 同时由于振动引起游动凡尔和固定凡尔跳动 封闭不严 造成漏失使载荷减小 下泵时防冲距过小 驴头在下行终止前 到下死点前 活塞与固定阀相撞 光杆负荷突然减小 示功图在左下角打扭 同时上行程产生较大的波形 主要是因为防冲距太小 活塞到近下死点时碰固定阀 使负载突然减小 由于余振引起上行呈波浪形 特征描述 措施制定 重新调整防冲距加长光杆 典型示功图采油工艺技术采油工采油地质工 十二 上行碰泵 上行碰 挂 特征描述 因为抽油杆长度配得不合适 使光杆下第一个接箍进入采油树 在井口碰刮 或是因用杆式泵或大泵时防冲距过大造成抽油机驴头在上行终止前 抽油杆接箍刮井口 使负载突然增加 图形在右上方有个小耳朵 特征描述 活塞在泵筒中遇卡之后 抽汲过程中活塞不能运动 驴头上下运行时 只有抽油杆伸缩变形 上冲程时 悬点载荷首先是缓慢增加 当抽油杆被拉直后 悬点载荷急剧上升 下冲程时 首先是恢复弹性变形 卸载很快 到达卡死点以后 抽油杆柱载荷作用在卡死点上 卸载变得缓慢 直到驴头到达下死点 以上是理论分析 当活塞遇卡之后 一般应马上停抽 不测示功图 因为这样容易将抽油杆拉断 电动机被烧坏 十四 油井结蜡影响的示功图 由于油井结蜡 使活塞在整个行程中或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加 下冲程 附加阻力使悬点载荷减小 并且会出现振动载荷 反映在示功图上 上下载荷线上出现波浪型弯曲 如右图所示 措施制定 洗井 特征描述 结蜡井 上下行程流动阻力增加 上行程时 流动阻力的方向向下 使悬点载荷增加 下行程时 流动阻力的方向向上 使悬点载荷减小 示功图出现肥大 上 下行线均超过理论负荷线 且有波纹 游动阀 固定阀均受结蜡影响 开关不灵而引起漏失 图形四个角均呈圆形 上负荷线超出理论负荷线 油管结蜡 使抽油机负荷增加 阀漏失 图形呈鸭蛋圆 电流变化失去平衡 产量下降 固定阀被蜡堵死 使活塞下行时不能即时接触到液面 游动阀打不开 光杆不能卸载 当活塞碰到液面 游动阀打开 光杆开始卸载 十五 油稠影响示功图 A P S B D C 稠油影响的示功图如右图所示 主要特点是 上下载荷线变化幅度大 而且原油粘度越大 幅度变化越大 示功图的四个角较理论示功图圆滑 形成原因 稠油因其粘度大 所以流动摩擦阻力增加 因此上行时光杆载荷增加 下行时光杆载荷减小 另外由于油稠使阀球的开启 关闭