有杆抽油系统工况分析合作区赵军善PPT学习教案

1、会计学1 有杆抽油系统工况分析合作区赵军善有杆抽油系统工况分析合作区赵军善 了解设备能力及工作状况，分析设备了解设备能力及工作状况，分析设备 是否适应油层生产能力，了解设备潜力是否适应油层生产能力，了解设备潜力 ，分析、判断设备不正常的原因。，分析、判断设备不正常的原因。 了解油层生产能力及工作状况，分析了解油层生产能力及工作状况，分析 是否已发挥了油层潜力，分析、判断油是否已发挥了油层潜力，分析、判断油 层不正常工作的原因。层不正常工作的原因。 分析检查措施效果分析检查措施效果 目的目的 油层与抽油设备协调，充分发挥油层潜力，并使设备油层与抽油设备协调，充分发挥油层潜力，并使设备 在高效率下

2、正常工作，以保证油井高产量、高泵效生产在高效率下正常工作，以保证油井高产量、高泵效生产 。 第1页/共33页 4 1 3 5 2 第2页/共33页 （一）动液面、静液面及采油指数（一）动液面、静液面及采油指数 静液面：静液面：是指关井后环形空间中液面恢复到静止（与底是指关井后环形空间中液面恢复到静止（与底 层压力相平衡）时的液面。层压力相平衡）时的液面。（L Ls s或或H Hs s）对应于对应于 油藏压力。油藏压力。 动液面：动液面：油井生产时油套环形空间的液面。油井生产时油套环形空间的液面。（L Lf f或或 H Hf f）对应于井底流压。对应于井底流压。 静液面静液面与与动液面动液面之差

3、之差（即（即H=HH=Hs s-H-Hf f）相对应的相对应的压力差压力差即为生产压差。即为生产压差。 沉没度（沉没度（h hs s）：表示泵沉没在动液面以下的深度，其大小可以根据气油比的高低、原表示泵沉没在动液面以下的深度，其大小可以根据气油比的高低、原 油进泵所需要的压力大小来定。油进泵所需要的压力大小来定。 第3页/共33页 采液指数采液指数与自喷井不同，抽油井一般都是与自喷井不同，抽油井一般都是通过液面通过液面 的变化的变化，来反映井底压力的变化。则多采用，来反映井底压力的变化。则多采用 以下流动方程。以下流动方程。 )()( sffs LLJHHJQ 可以看出，与抽油井的可以看出，与

4、抽油井的采油指数采油指数J J与自喷井的与自喷井的 一样，都表示一样，都表示单位生产压差下的油井日产油量，单位生产压差下的油井日产油量， 但此处是用相应的液柱来表示压差的。但此处是用相应的液柱来表示压差的。 折算液面：折算液面：在测量液面时，套管压力往往不为零在测量液面时，套管压力往往不为零 ，这样就会有，这样就会有误差误差，因而，因而把在一定套压下测得的把在一定套压下测得的 液面折算成套管压力为零时的液面。液面折算成套管压力为零时的液面。 6 10 g p LL o c ffc 第4页/共33页 ( (二二) )液面位置的测量液面位置的测量 测量仪器：测量仪器：回声仪回声仪 测量原理：测量原

5、理：利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置 （有音标井和无音标井）（有音标井和无音标井） 第5页/共33页 L y 液面测量方法液面测量方法: :回声探测法回声探测法 1 1 L t t Lx g avavZ T v 2 .19 2/vtLx 第6页/共33页 4 1 2 3 5 第7页/共33页 示功图：示功图：载荷载荷随随位移的变化位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。关系曲线所构成的封闭曲线图。 地面示功图或光杆示功图：地面示功图或光杆示功图：悬点载荷悬点载荷与与位移位移关系的示功图。关系的示功

6、图。 在实际工作中是以实测的地面示功图作为深井泵工作状况的主要依据。在实际工作中是以实测的地面示功图作为深井泵工作状况的主要依据。 由于在实际工作中，抽油井的由于在实际工作中，抽油井的情况比较复杂，情况比较复杂，在生产过程中，深井泵将受到在生产过程中，深井泵将受到 制造质量、安装质量以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等制造质量、安装质量以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响多种因素的影响， 因而，因而，实测的示功图有时会是奇形怪状，各不相同的实测的示功图有时会是奇形怪状，各不相同的。因而，为了正确分析。因而，为了正确分析 和解释示功图，常常要以绘制理论示功图为基础。和解释示功图，常常要以绘

7、制理论示功图为基础。 第8页/共33页 ( (一一) )理论示功图及其分析理论示功图及其分析 1.1.静载荷作用下的理论示功图静载荷作用下的理论示功图 以以悬点的位移悬点的位移为横坐标，为横坐标，悬点悬点 的载荷的载荷为纵坐标的为纵坐标的静载荷理论静载荷理论 示功图示功图如下如下: : 循环过程：下死点循环过程：下死点A A加载完成加载完成B B上上 死点死点C C卸载完成卸载完成D D下死点下死点A A 在下死点在下死点A A处的悬点静载荷为处的悬点静载荷为W Wr r , ,上冲程开始上冲程开始 后，液柱载荷后，液柱载荷W Wl l 逐渐加在柱塞上，并引起抽逐渐加在柱塞上，并引起抽 油杆柱

8、和油管柱的油杆柱和油管柱的变形变形，载荷加完后，停止变，载荷加完后，停止变 形。从形。从B B点以后悬点以不变的静载荷点以后悬点以不变的静载荷（W Wr r+W+Wl l ）上行至上死点上行至上死点C C。 在上死点开始下行后，由于抽油杆柱和油管柱在上死点开始下行后，由于抽油杆柱和油管柱 的的弹性弹性，液柱载荷，液柱载荷W Wl是逐渐的由柱塞转移到油是逐渐的由柱塞转移到油 管上，因而悬点逐渐卸载。在管上，因而悬点逐渐卸载。在D点卸载完毕，点卸载完毕， 悬点以固定的静载荷悬点以固定的静载荷Wr继续下行至继续下行至A点。点。 第9页/共33页 在静载荷的作用下，悬点理论示功图为在静载荷的作用下，悬

9、点理论示功图为 平行四边形平行四边形ABCDABCD。ABCABC为上冲程静载荷变化为上冲程静载荷变化 线。线。ABAB为加载过程，加载过程中，游动凡尔为加载过程，加载过程中，游动凡尔 和固定凡尔处于关闭状态；在和固定凡尔处于关闭状态；在B B点加载完毕点加载完毕 ，变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移 ，固定凡尔打开而吸入液体。，固定凡尔打开而吸入液体。BCBC为吸入过程为吸入过程 （BC=SBC=SP P为泵的冲程为泵的冲程），游动凡尔处于关闭），游动凡尔处于关闭 状态。状态。 CDACDA为下冲程静载荷变化线。为下冲程静载荷变化线。CDCD为卸载过程

10、为卸载过程 ，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在D D 点卸载完毕，变形结束，柱塞与泵筒发生点卸载完毕，变形结束，柱塞与泵筒发生 向下相对位移，游动凡尔被顶开、排出液向下相对位移，游动凡尔被顶开、排出液 体。体。DADA为排出过程，固定凡尔处于关闭状为排出过程，固定凡尔处于关闭状 态。态。 第10页/共33页 ( (二二) )考虑考虑惯性载荷惯性载荷后的理论示功图后的理论示功图 考虑考虑惯性载荷惯性载荷时，是把惯性载荷时，是把惯性载荷 叠加在静载荷上，叠加在静载荷上，因为悬点上的惯性因为悬点上的惯性 载荷的变化规律与悬点加速度的变化载荷的变化规律与悬点加速度

11、的变化 规律是一致的，规律是一致的，在上冲程中，在上冲程中，前半程前半程 有一个由大到小向下作用的惯性载荷有一个由大到小向下作用的惯性载荷 （增加悬点载荷），后半程有一个作（增加悬点载荷），后半程有一个作 用在悬点上的由小变大的向上的惯性用在悬点上的由小变大的向上的惯性 载荷（减小悬点载荷）载荷（减小悬点载荷）。在下冲程中。在下冲程中 ，前半程有一个由大到小向上的惯性前半程有一个由大到小向上的惯性 载荷（减小悬点载荷）；后半程有一载荷（减小悬点载荷）；后半程有一 个有小到大向下作用的惯性载荷（增个有小到大向下作用的惯性载荷（增 加悬点载荷）加悬点载荷）。因此其示功图成为了。因此其示功图成为了

12、平行四边形平行四边形ABCDABCD。 第11页/共33页 ( (三三) )考虑考虑振动载荷振动载荷后的理论示功图后的理论示功图 考虑振动时，由于抽油杆柱的考虑振动时，由于抽油杆柱的振动是发生在粘性的液体中，因而为阻尼振动，振动是发生在粘性的液体中，因而为阻尼振动，叠加之后在叠加之后在BCBC线和线和DADA线上就出现线上就出现逐渐减弱的波浪线。逐渐减弱的波浪线。 第12页/共33页 ( (四四) )典型示功图分析典型示功图分析 典型示功图：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。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。 1.

13、1.气体和充不满对示功图的影响气体和充不满对示功图的影响 气体影响示功图气体影响示功图 泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则线泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则线DDDD越长，示功图的越长，示功图的“刀把刀把”越明显。越明显。 Gas Lock 气锁气锁 第13页/共33页 下冲程下冲程：气体受压缩，泵内压力不气体受压缩，泵内压力不 能迅速提高，使能迅速提高，使排出阀滞后打开排出阀滞后打开( ( 点点D D) )，卸载变慢卸载变慢(CD(CD) )。泵的余隙。泵的余隙 越大，进入泵内的气体越多，则越大，进入泵内的气体越多，则 DDDD线越长。线越长。“刀把刀把”越明显。当越明显。当 进泵的气

14、体量很大而沉没压力很低进泵的气体量很大而沉没压力很低 时，泵内气体处于反复压缩和膨胀时，泵内气体处于反复压缩和膨胀 状态，吸入阀和排出阀处于关闭状状态，吸入阀和排出阀处于关闭状 态，出现态，出现“气锁气锁”。 上冲程：上冲程：由于在由于在下冲程末余隙内下冲程末余隙内还残存一定数量的还残存一定数量的溶解气和压缩气溶解气和压缩气，上冲程，上冲程 开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使固定阀打开滞后固定阀打开滞后，游动阀游动阀 关闭迟缓关闭迟缓( (点点B B) )，加载变慢。余隙越大，残存的气量越多，加载变慢。余隙越大，残存的气量越多，BBBB线越

15、长。线越长。 气锁气锁 第14页/共33页 充不满影响的示功图充不满影响的示功图 充不满现象：充不满现象：地层产液在上冲程地层产液在上冲程末末未充满泵筒的现象。未充满泵筒的现象。 下 冲 程下 冲 程 ：悬点载荷不能立即减小，只有当悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到柱塞遇到 液面液面时，则迅速卸载。时，则迅速卸载。当柱塞碰到液面当柱塞碰到液面 时，时，因振动载荷线会出现波浪因振动载荷线会出现波浪 上冲程上冲程：无影响无影响 液击现象：液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵泵充不满生产时，柱塞与泵 内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化 的现象。的现象。 第15页/共

16、33页 2.2.漏失对示功图的影响漏失对示功图的影响 上冲程前半冲程上冲程前半冲程泵内压力降低，在柱塞两端产生压差作用下，柱塞上面的液体漏到柱塞下部的工作筒内，泵内压力降低，在柱塞两端产生压差作用下，柱塞上面的液体漏到柱塞下部的工作筒内，漏失速度漏失速度随随泵内压力泵内压力的的减小减小而而增大增大。 由于漏失到由于漏失到泵内泵内的液体有向上的的液体有向上的“顶托顶托”作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值，使作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢加载缓慢。在。在柱塞上行速度柱塞上行速度大于大于漏失速度漏失速度的瞬间，悬点载荷达到最大静载荷的瞬间，悬点载荷达到最大静载荷B。 （1 1

17、）排出部分）排出部分( (游动阀游动阀) )漏失漏失 第16页/共33页 上冲程后半冲程上冲程后半冲程活塞上行速度逐渐减慢，在活塞上行速度逐渐减慢，在柱塞速度小于漏失速度柱塞速度小于漏失速度瞬间瞬间(C)(C)点，又出现了漏失液体的点，又出现了漏失液体的“顶托顶托”作用，使作用，使悬点负荷提前卸载悬点负荷提前卸载。到上死点时悬点载荷已降至。到上死点时悬点载荷已降至CC。 下冲程：下冲程：无影响。无影响。 游动阀严重漏失时，固定阀始终关闭，泵的排量等于零，如游动阀严重漏失时，固定阀始终关闭，泵的排量等于零，如AC。 第17页/共33页 （2 2）吸入部分漏失（固定阀）吸入部分漏失（固定阀） 下冲

18、程下冲程开始后，由于开始后，由于固定阀固定阀漏失使泵内压力不能及时提高，延缓了卸漏失使泵内压力不能及时提高，延缓了卸 载过程（载过程（CD），排出阀不能及时打开。），排出阀不能及时打开。 当当柱塞速度柱塞速度大于大于漏失速度漏失速度后，泵内后，泵内 压力提高到大于液柱压力，将排出阀打压力提高到大于液柱压力，将排出阀打 开而开而卸去液柱载荷卸去液柱载荷。下冲程的后半程中。下冲程的后半程中 因柱塞速度减小，当小于漏失速度时，因柱塞速度减小，当小于漏失速度时， 泵内压力降低使泵内压力降低使排出阀提前关闭（排出阀提前关闭（A点点 ），悬点提前加载。到达下死点时，悬，悬点提前加载。到达下死点时，悬 点载

19、荷已经点载荷已经增加到增加到A。 当吸入阀严重漏失时，排出阀一直不能打开，悬点不能卸载。当吸入阀严重漏失时，排出阀一直不能打开，悬点不能卸载。 第18页/共33页 （3 3）吸入部分和排出部分同时漏失）吸入部分和排出部分同时漏失 第19页/共33页 柱塞在泵筒内被卡死在某一个位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动，而柱塞在泵筒内被卡死在某一个位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动，而 只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡的位置有关。只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡的位置有关。 3.3.柱塞遇卡的示功柱塞遇卡的示功 图图 上冲程，悬点载荷先是缓慢增加，将被上冲程，悬点载荷先是缓慢增加，将被压压 缩缩而弯

20、曲的抽油杆柱而弯曲的抽油杆柱拉直拉直，到达卡死点后，到达卡死点后 ，抽油杆，抽油杆受拉受拉而而伸长伸长。悬点载荷以较大的。悬点载荷以较大的 比例增加。比例增加。 下冲程，先是恢复弹性变形，到达卡下冲程，先是恢复弹性变形，到达卡 死点后，抽油杆被死点后，抽油杆被压缩压缩而发生而发生弯曲弯曲。因而。因而 出现两个斜坡。出现两个斜坡。 第20页/共33页 4.4.带喷井的示功图带喷井的示功图 对于具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只是诱喷和助喷作用。在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，对于具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只是诱喷和助喷作用。在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态

21、，液柱载荷基本加不到悬点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。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。 第21页/共33页 gq hC L r 5.5.抽油杆断脱抽油杆断脱 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重量，只是由于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重量，只是由于摩擦力摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。 抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算： 抽油杆断脱抽油杆断脱 第22页/

22、共33页 出砂井出砂井 6.6.其它示功图其它示功图 管式泵柱塞脱出工作筒管式泵柱塞脱出工作筒 防冲距过小柱塞碰防冲距过小柱塞碰 固定阀固定阀 第23页/共33页 4 1 2 3 5 第24页/共33页 第25页/共33页 u判断泵的工况和计算泵的排量判断泵的工况和计算泵的排量 图：图： 典型情况下的泵的理论示功图典型情况下的泵的理论示功图 a油管锚定油管锚定; b油管未锚定油管未锚定; c气体影响气体影响; d供液不足供液不足; e排出部分漏失排出部分漏失; f固定阀漏失固定阀漏失 第26页/共33页 u各级杆柱应力计算各级杆柱应力计算 根据抽油杆柱各级顶部断面上的示功图就可以计算该断面上的

23、根据抽油杆柱各级顶部断面上的示功图就可以计算该断面上的 最大、最小应力，并判断抽油杆柱是否超载及杆柱组合是否合理许最大、最小应力，并判断抽油杆柱是否超载及杆柱组合是否合理许 用应力以及应力范围比。用应力以及应力范围比。 u计算和分析抽油机扭矩平衡及功率计算和分析抽油机扭矩平衡及功率 根据悬点载荷和抽油机扭矩因数计算绘制扭矩曲线，并计算分析抽根据悬点载荷和抽油机扭矩因数计算绘制扭矩曲线，并计算分析抽 油机平衡状况和功率利用情况。油机平衡状况和功率利用情况。 u估算泵的吸入压力及预测油井产量估算泵的吸入压力及预测油井产量 由泵示功图确定液体载荷由泵示功图确定液体载荷Wf ,则泵两端压差即为则泵两端

24、压差即为Wf/Ap。再用油管。再用油管 与抽油杆之间的环空两相流压力梯度确定泵的排出压力与抽油杆之间的环空两相流压力梯度确定泵的排出压力Po，由下，由下 式估算泵的吸入压力：式估算泵的吸入压力： pfoi AWpp 第27页/共33页 4 1 2 3 5 第28页/共33页 1.1.系统效率：系统效率：系统有效功率系统有效功率P有有与系统输入功率与系统输入功率P入入的比值的比值 （3-125） K - 有效载荷系数，有效载荷系数， 1、 2 、 3分别为电机、皮带与减速器、四连杆机构的效率分别为电机、皮带与减速器、四连杆机构的效率 井下效率井下效率井井是指抽油系统的有效功率（水功率）是指抽油系统的有效功率（水功率）P有有与光杆功率与光杆功率P光光的比值。的比值。 入 有 P P 地井 入光 光有 入