采油工艺基础知识培训

1、机械工艺基础知识培训,第一部分 基本概念,1、油气井流入动态：在一定的油层压力下，流体（油、气、水）产量与相应的井底流压的关系，反映了油藏向该井供油气的能力。表示产量与井底流压关系的曲线，称为流入动态曲线，简称IPR曲线。 2、油层压力：是指油井在关井后，待压力恢复到稳定状态时，所测得的油层中部压力，单位为兆帕（MPa）。 3、流动压力：是指油井在正常生产时，所测得的油层中部压力，单位为兆帕（MPa）。 4、套压：油管与套管环行空间内，油和气在井口的剩余压力叫套管压力。 5、游梁式抽油机组成及分类：游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置等四大部分组成；按结构形式不同

2、分为常规型、异相型和前置型,第一部分 基本概念,6、游梁式抽油机平衡方式：分为机械平衡（包括游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡）和气平衡两种。 7、抽油机的工作原理：由电机供给动力，经减速装置将马达的高速旋转变为抽油机的低速运动，并由曲柄-连杆-游梁机构将旋转运动变为抽油机的往复运动，带动深井泵工作。 8、抽油机平衡块的作用：平衡块装在抽油机游梁尾部或曲柄上，当抽油机上冲程时，平衡块向下运动，帮助克服驴头上的负荷；在下冲程时，电机使平衡块向上运动，储存能量。在平衡块的作用下，可以减少抽油机上下冲程的负荷差别。 9、抽油泵主要部件组成：抽油泵主要由工作筒(外筒和衬套)、柱塞、游动阀(排出阀)和固定阀(

3、吸入阀)组成,第一部分 基本概念,10、抽油泵分类：按抽油泵在井内安装方式不同，可分为管式泵和杆式泵两种。 11、抽油泵的工作原理：抽吸过程中，柱塞在泵筒内随抽油杆做上、下往复运动。上冲程时，游动阀关闭，固定阀打开，井内液体排出；下冲程时，固定阀关闭，游动阀开启，液体进入泵筒；柱塞不断上下往复运动，将井内液体不断抽吸到地面。 12、抽油杆型号的意义：如CYG25/D7620，CYG-抽油杆代号，25-杆体直径，单位：mm，D-抽油杆等级，7620-抽油杆长度。 13、抽油杆等级及其应用：抽油杆有C、D、K三个等级。C级杆用于轻、中负荷的油井；D级杆用于中、重负荷的油井；K级杆用于有腐蚀性的油井

4、,第一部分 基本概念,14、示功图：是由专门的仪器测出的反映深井泵工作状况的一种图幅，画在坐标图上，被封闭的线段所围成的面积表示驴头在一次往复运动中抽油泵所做的功，反映出的图型叫做示功图。 15、典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。 16、静液面：抽油井关井之后，油套管环形空间的液面上升到一定高度后便稳定下来，这时液面的深度叫做静液面。 17、动液面：指抽油机井正常生产时，油套管环行空间的液面深度。 18、防冲距：为了防止泵的活塞在下行时碰撞固定凡尔罩，而把抽油杆柱适当上提一段距离，把这段距离叫防冲距，其值必须大于杆柱自重伸长与冲程损失之和。 19、

5、余隙空间：深井泵柱塞在下死点位置时，固定阀与游动阀之间的泵内容积,第一部分 基本概念,20、液击：抽油泵在上冲程中，当泵腔内被液体完全充满时，泵腔顶部就会形成低压气顶，下冲程时柱塞底部与泵内液体接触的瞬间压力突然升高产生振动的工况现象，其对抽油系统危害较大。 21、柱塞配合间隙（查一下1、2、3级泵间隙）：柱塞外径与泵筒内径（或衬套）之间的配合间隙。 22、冲程：一般来说抽油机在抽油杆光杆上、下死点之间相应位置的距离叫冲程。 23、冲次：抽油机井驴头每分钟上、下活动的次数叫冲次。 24、沉没度：指抽油泵固定阀到抽油井动液面之间的距离，即泵沉没在动液面以下的深度。沉没度过小，会降低泵的充满系数，

6、降低产油量。沉没度过大则会增加抽油机负荷。一般原油粘度愈大，流动阻力愈大，要求沉没度愈大，相反则要求小,第一部分 基本概念,25、冲程损失：深井泵工作时，由于抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩而引起的光杆冲程与柱塞冲程之差。 26、深井泵的泵效：抽油机的实际产液量与泵的理论排量的比值叫做泵效。泵效达70%以上是高效，一般只有40%50%左右，甚至更低。 27、充满系数：实际进入泵筒的液体体积与柱塞自下死点运动到上死点在泵筒内所让出的容积之比，表示泵在工作过程中被液体充满的程度。 28、抽油参数优选：根据油井流入动态（IPR）和设备能力，确定合理的下泵深度、泵径、冲程、冲次和抽油杆组合的技术。 29、光

7、杆功率P光：抽油机光杆提升液体和克服井下损耗所需的功率。 30、抽油系统的有效功率P有：指在一定的扬程下，以一定排量将井下液体举升到地面所需的功率，也称水功率，其值等于抽油井的产液量与有效举升高度的乘积。 31、系统输入功率P入：是指拖动抽油机所用电动机的实际输入功率,第一部分 基本概念,32、抽油系统的地面效率地：即为抽油机效率，是指光杆功率P光与抽油机输入功率P入的比值，地面部分的能量损失发生在电动机、皮带和减速器、四连杆结构中。 33、抽油系统的井下效率井：是指抽油系统的有效功率（水功率）P有与光杆功率P光的比值。P有与P光之差反映了井下摩擦、杆柱振动和惯性以及漏失等因素引起的功率损失。

8、井下部分的能量损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱中。 34、有杆抽油系统的系统效率：定义为系统有效功率P有与系统输入功率P入的比值，即P有/ P入。根据抽油系统工作的特点，以光杆悬绳器为界，有杆抽油系统的效率可分解为地面效率地和井下效率井两部分。 35、抽油机平衡度：抽油机下行最大电流与抽油机上行最大电流的比值为抽 油机平衡度。抽油机平衡度在85%-100%之间达标。 36、电机负载率： 即电机平均轴功率与其额定功率之比,第一部分 基本概念,37、免修期：正常生产井累计开井天数除以累计维护作业井数。一般来说都是从年初开始累计，每月计算一次免修期。 38、不正常井：是指由于管柱、泵工作不正常造成

9、单井产能未充分发挥的生产井，不正常井的管理是开发管理中的一项重要工作。 39、井口憋压：关生产阀门，观察油压上升情况，然后停机观察油压下降情况。在上憋过程中压力摆动（0.5MPa以内）上升达1.5MPa以上，在下憋过程中停井5分钟压力下降在0.5MPa以内，证明油井正常,第二部分：典型示功图分析,第二部分典型示功图分析,导言： 抽油机井示功图是指在理论示功图的基础上，只考虑某一因素影响下的载荷随位移的变化关系曲线。典型示功图可作为生产现场判断抽油机泵工况的参考依据，也是综合分析实测示功图的第一步。因此，应掌握分析典型示功图的能力,相关知识学习,机 抽 系 统 结 构 图,管式泵实物图,泵体连接

10、,固定凡尔,1、管式抽油泵的结构,抽油机运转带动光杆做上下往复运动，通过下部连接的抽油杆将这种运动方式传递给下端连接的柱塞做同样的运动；载荷传感器反应出运动过程中悬点所承受力的变化，通过测试仪器显示出深井泵的工况,2、工作原理,增载过程,抽油机带动抽油杆上行，杆要承受自重及柱塞上部液体重量等，在这些向下力的作用下，同时由于钢材本身具有的弹性形变，致使杆开始发生弹性变形，此时柱塞本身并没有被带动,上行程,当抽油杆在上行过程中克服了所有的向下力（杆的自重、柱塞上部液体的重力、摩擦阻力等），抽油杆不在发生弹性形变，柱塞在杆的带动下开始向上运行。此时游动凡尔关闭、固定凡尔打开，抽油泵完成进液过程,卸载

11、过程,抽油机光杆达到上死点后不在上行，受往复运动的作用抽油杆开始下行，这时作用在悬点上的力只有杆在液体里的重力及柱塞向下的摩擦阻力，此时在增载过程中杆形成的弹性变形逐渐减少消失，但柱塞在这过程中并没有开始下行,下行程,当抽油杆弹性变形消失后，柱塞在自重及加重杆向下的重力作用下克服摩擦阻力开始向下运动，此时游动凡尔打开、固定凡尔关闭，抽油泵完成排液过程,这样周而复始不停的抽汲，将地层中的液体举升到地面,抽油机井理论示功图是在一定理想条件下绘制出来的，主要是用来与实测示功图进行对比分析，以判断深井泵的工作状况。 其理想条件假设为： 泵、管没有漏失，泵正常工作； 油层供液能力充足，泵充满程度良好；

12、不考虑动载荷的影响； 不考虑砂、蜡、稠油的影响； 不考虑油井连抽带喷； 认为进入泵的液体是不可压缩的，阀是瞬时开、闭的,3、理论示功图及载荷计算,理论示功图的解释,A点驴头下死点,C点驴头上死点,B点加载完毕，游动阀关闭，固定阀打开，活塞开始上行程,D点卸载完毕，固定阀关闭，游动阀打开，活塞开始下行程,AB线增载线，表示悬点上行时，活塞与泵筒无相对运动,理论示功图的解释,BC线活塞上行程线，也是最大载荷线,CD线卸载线，表示悬点下行时，活塞与泵筒无相对运动,DA线活塞下行程线，也是最小载荷线,ABC线驴头上冲程线,理论示功图的解释,CDA线驴头下冲程线,S光杆冲程； Sp 活塞冲程； 冲程损失

13、,S,P,SP,B,A,D,D,Wr,B,C,o,Wl,S,1、气体影响示功图,2、充不满影响示功图,3、漏失影响示功图,4、抽油杆断脱影响示功图,5、出砂影响示功图,6、结蜡影响示功图,7、带喷井影响示功图,8、活塞脱出工作筒示功图,9、活塞下行碰泵影响示功图,10、油稠影响示功图,典型示功图分类,1、气体影响示功图,P,S,A,B,D,由于泵内残存一定数量的溶解气和压缩气，因此上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，导致游动凡尔迟关，加载变慢（B点,C,残存的气量越多，游动凡尔关闭越滞后，加载就越慢，即B B线越长,B C 为上冲程柱塞有效冲程,o,1、气体影响示功图,P,S,A,

14、B,D,下冲程时，泵内气体受到压缩，泵内压力不能迅速提高，游动凡尔迟开，卸载变慢（ D,B,C,泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则DD 线越长,DA为下冲程柱塞有效冲程,o,1、气体影响示功图,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,如图中点画线所示,P,S,A,B,D,B,C,o,特点：加载慢，卸载也慢,1、气体影响示功图,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,o,2、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

15、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,下冲程时，由于泵筒中液体充不满，游动凡尔迟开，导致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，但卸载点较理论示功图卸载点左移（如图中D 点,o,供液不足,加强注水补充地层能量,合理下调冲次节能,尽量缩小防冲距,2、充不满影响的示功图,充不满程度越严重，则卸载线越往左移。（如右图2、3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,o,供液不足的示功图,3、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,1）排出部分（游动凡尔）漏失,C,上冲程时，由于游动凡尔关闭不严，柱塞

16、上面的液体（油管内）经过游动凡尔的不严密处及柱塞与衬套的间隙漏到柱塞下部的工作筒内。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,o,3、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,1）排出部分漏失,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,o,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,3、漏失影响的示功图,1）排出部分漏失,P,A,B,D,C,S,下

17、冲程，排出部分（固定凡尔）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,o,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， BC线越短,P,A,B,D,C,S,3、漏失影响的示功图,1）排出部分漏失,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BC,在此情况下的泵效,D,o,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，泵的排量等于零,3、漏失影响的示功图,1）排出部分漏失,P,A,B,D,C,S,D,o,游动凡尔漏失,洗井、碰泵,作业检泵,典型井例,现场发现活塞

18、游动凡尔上部腐蚀出现小洞,现场图片,活塞游动阀座压紧端面刺,P,S,A,B,D,C,下冲程开始后，由于固定凡尔漏失，泵内压力不能及时提高而延缓了卸载过程，使游动凡尔不能及时打开。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，将游动凡尔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,o,泵内压力降低使游动凡尔提前关闭，悬点提前加载,到达下死点时，悬点载荷已增加到 A,3、漏失影响的示功图,2）吸入部分漏失,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,o,3、漏失影响的示功

19、图,2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,由于吸入部分的漏失而造成游动凡尔打开滞后(DD )和提前关闭（AA,活塞的有效排出冲程为D A,o,S光,这种情况下的泵效为,3、漏失影响的示功图,2）吸入部分漏失,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。因摩擦载荷的缘故，示功图成条带状（如右图所示,固定凡尔失灵,碰泵、洗井,作业检泵,现场憋压15分钟压力始终不上升。结合功图分析泵固定凡尔漏失。作业队碰泵洗井无效后作业，现场发现固定阀座有污物。导致固定凡尔球关闭不严,现场固定凡尔有锈渣,典型井例：（凡尔失效,该井长停开井后生产3天不出，首先探底证实连续抽

20、油杆正常，未断脱,然后作业队洗井，油管试压6兆帕10分钟无压降证实泵上油管正常，洗井半车水井口返液后继续洗井2车半，洗井结束后未正常生产，仍量油不出,现场憋压压力在0.2-1.1之间波动，结合示功图分析泵游动凡尔不开启,现场作业时将活塞提出发现活塞凡尔内污物堵塞，分析认为游动凡尔关闭导致固定凡尔常开失效,3、漏失影响的示功图,3）油管漏失的示功图,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,o,3、漏失影响的示功图,3）油管漏失

21、的示功图,h,P,S,A,B,D,C,o,现场憋压情况：回压0.55兆帕，关闭回压阀门压力落至0，始终不上升。结合目前功图有加载，卸载显示，综合分析油管漏,现场第124根油管本体有长裂缝,4、抽油杆断脱影响的示功图,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱在液体中的重量，悬点载荷不变，只是由于摩擦，使上下载荷线不重合，成条带状。如图所示,示功图的位置取决于断脱点的位置：断脱点离井口越近，示功图越接近基线，如图（1）；断脱点离井口越远，示功图越接近最小理论载荷线，如图（2,4、抽油杆断脱影响的示功图,1,2,4、抽油杆断脱影响的示功图,h,捞杆,检泵作业,抽油杆断脱,抽油杆断脱,正常功

22、图,典型断脱示功图,功图显示杆浅部断脱，下部杆柱有抗磨接箍07年8月下入。现场第102根抽油杆中部本体断，下部35根腐蚀较严重。抗磨接箍较好,停产测示功图显示杆断，停产后现场下放光杆约70公分，可以卸载。但不是碰泵，井口无明显撞击声音。该井杆柱为连续杆配套内衬油管生产。现场抽油机平衡块停在平衡位置无反转现象。分析为杆下部小拉杆断脱或活塞凡尔罩断,井例,正常与停产功图显示对比,26日中午高原提连续杆，现场发现活塞凡尔罩下部接头处刺损严重断裂,判断是否杆断在现场允许的情况下，可以通过下放光杆碰泵操作加以验证,5、油层出砂影响的示功图,油层出砂主要是因为地层胶接疏松或生产压差过大，在生产过程中使砂粒

23、移动而成的。细小砂粒随着油流进入泵内，使柱塞在整个行程中或在某个区域，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。由于砂粒在各处分布的大小不同，影响的大小也不同，致使悬点载荷会在短时间内发生多次急剧变化，因此使示功图在载荷线上出现不规则的锯齿状尖峰，当出砂不严重时，示功图的整个形状仍与理论示功图形状近似,活动杆柱反替洗井,作业检泵,尽量避免停井，且停在上死点,活塞衬套错乱或砂卡,6、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：

24、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、关闭滞后现象明显，致使增载、减载迟缓，所以增载线和卸载线圆滑,7、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,稠油、结蜡,制订合理的加药清蜡降粘制度,适量倒地下掺水,清蜡洗井,7、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

25、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,8、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,9、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。 原因是由于防冲距过小，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

26、，封闭不严，造成漏失使载荷减小,汇 报 提 纲,一)工艺流程 (二)影响因素 (三)要因分析 (四)资料验证,不合格示功图识别方法,汇 报 提 纲,一)工艺流程,我们从仪器、数据采集、数据录入、运用分析等四个方面工作流程(图4)和现场操作、资料录取、管理规程等节点认真调查影响合格示功图测试合格率的诸因素,汇 报 提 纲,二)影响因素,示功图不合格,从合格示功图影响因素鱼刺图中看出，共有18项末端因素,图5 合格示功图影响因素鱼刺图,汇 报 提 纲,三)要因分析,1、仪器安装不到位 2、仪器密封圈不严 3、仪器打压不够 4、线轮卡或拉线过松 5、措施跟踪不到位 6、抽油机不平衡,汇 报 提 纲,1、仪器安装不到位,原因： 现场操作不规范 悬绳器放卡子间距过大 载荷传感器两个触点未能完全承载负荷 示功图： 光杆负荷相应变小 实测示功图不能显示全负荷 最大负荷线远小于理论最大负荷线,汇 报 提 纲,整 改 前,整 改 后,仪器安装不到位：事例1,汇 报 提 纲,整 改 前,整 改 后,结论： 1、最大载荷减小 2、图形接近最小载荷线 3、充满程度降低,仪器安装不到位：事例2,汇 报 提 纲,2、仪器密封圈不严,原因： 活塞油封失效 油封漏油 压力传感效果差 示功图： 实测示功图图形逐渐变小且接近基线位置,汇 报 提 纲,3、仪器打压不够,