典型示功图分析

1、采采胜胜油油厂厂利利典型示功图分析典型示功图分析胜采培校：董玉红胜采培校：董玉红2008.5 通过示功仪测取光杆悬点所承受的载荷拉力和悬点相通过示功仪测取光杆悬点所承受的载荷拉力和悬点相对于井口的位移，在一个冲次中，测取几十至几百个数据对于井口的位移，在一个冲次中，测取几十至几百个数据点，由一个完整冲次的载荷和位移数据绘制出的封闭坐标点，由一个完整冲次的载荷和位移数据绘制出的封闭坐标曲线称为示功图。表示悬点载荷与位移关系的示功图称为曲线称为示功图。表示悬点载荷与位移关系的示功图称为地面示功图。由地面示功图经过换算得到的泵活塞受力与地面示功图。由地面示功图经过换算得到的泵活塞受力与位移关系图叫泵

2、示功图。位移关系图叫泵示功图。 此封闭曲线表示了光杆在每一位置时负荷的大小。封此封闭曲线表示了光杆在每一位置时负荷的大小。封闭曲线的面积表示了泵在一个行程中作功的多少。所以称闭曲线的面积表示了泵在一个行程中作功的多少。所以称此曲线为示功图此曲线为示功图. . 示功图的定义示功图的定义 典型示功图的定义典型示功图的定义 抽油机井典型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。1 1、泵工作正常的示功图、泵工作正常的示功图特点：近似平行四边形特点：近似平行四边形有振动载荷影响时：近有振动载荷影响时：近似平行四边形，上下载似平行四边形，上下载荷线为逐渐减弱的波浪荷

3、线为逐渐减弱的波浪线。线。 考虑惯性载荷时，是考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载把惯性载荷叠加在静载荷上。荷上。 示功图特点：示功图特点：平行四平行四边形会顺时针旋转一个边形会顺时针旋转一个角度，惯性力越大，旋角度，惯性力越大，旋转角度越大，冲程损失转角度越大，冲程损失越大。越大。 形成原因：形成原因： 惯性载荷在上冲程惯性载荷在上冲程前半冲程增加悬点载荷，前半冲程增加悬点载荷，后半冲程减小悬点载荷。后半冲程减小悬点载荷。 在下冲程前半冲程在下冲程前半冲程减小悬点载荷，后半冲减小悬点载荷，后半冲程增加悬点载荷。程增加悬点载荷。 1 1、泵工作正常的示功图、泵工作正常的示功图2 2、气体影响

4、示功图、气体影响示功图PSABD 由于在下冲程末余隙内还由于在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气和压残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快力因气体的膨胀而不能很快降低，加载变慢，使吸入阀降低，加载变慢，使吸入阀打开滞后（打开滞后（B B点）点）C 残存的气量越多，泵口压残存的气量越多，泵口压力越低，则吸入阀打开滞后力越低，则吸入阀打开滞后的越多，即的越多，即B BB B线越长。线越长。 B B C C 线为上冲程柱塞有效线为上冲程柱塞有效冲程。冲程。oBPSABD 下冲程时，气体受压缩，泵下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，卸

5、载变内压力不能迅速提高，卸载变慢，使排出阀滞后打开（慢，使排出阀滞后打开（ 图中图中D D 点点）。）。BC 泵的余隙越大，进入泵内泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则的气量越多，则DD DD 线越长。线越长。 D D A A线为下冲程柱塞有线为下冲程柱塞有效冲程。效冲程。Do特点：增载、卸载缓慢特点：增载、卸载缓慢2 2、气体影响示功图、气体影响示功图 而当进泵气量很大而沉没压而当进泵气量很大而沉没压力很低时，泵内气体处于反复力很低时，泵内气体处于反复压缩和膨胀状态，吸入和排出压缩和膨胀状态，吸入和排出阀处于关闭状态，出现阀处于关闭状态，出现“气锁气锁”现象。现象。如图中点画线所示：如图中点

6、画线所示：PSABDBCDo采取措施：采取措施：合理控制套管气；合理控制套管气；加深泵挂；加装防气装置；减加深泵挂；加装防气装置；减小防冲距，缩小余隙容积。小防冲距，缩小余隙容积。2 2、气体影响示功图、气体影响示功图 气体使泵效降低的数值可使气体使泵效降低的数值可使用下式近似计算用下式近似计算: : 充满系数充满系数: :ADADDDgS式中：式中：SS光杆冲程光杆冲程PSABDB CDo2 2、气体影响示功图、气体影响示功图3 3、充不满影响的示功图、充不满影响的示功图PSABD 当沉没度过小或供液不足使当沉没度过小或供液不足使液体不能充满工作筒时，均会液体不能充满工作筒时，均会影响示功图

7、的形状。影响示功图的形状。C卸载线平行左移，液卸载线平行左移，液面越低，左移距离越大。面越低，左移距离越大。 下冲程由于泵筒中液体充不下冲程由于泵筒中液体充不满，悬点载荷不能立即减小，满，悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到液面时，才迅只有当柱塞遇到液面时，才迅速卸载，卸载线与增载线平行，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卸载点较理论示功图卸载点左移（如图中移（如图中D D 点）点）D o1 充不满程度越严重，则卸充不满程度越严重，则卸载线越往左移。（如右图载线越往左移。（如右图2 2、3 3所示）所示） 有时，当柱塞碰到液面时，有时，当柱塞碰到液面时，产生振动，最小载荷线

8、会出产生振动，最小载荷线会出现波浪线。现波浪线。123PSABDCDo加深泵挂；采取合理加深泵挂；采取合理的抽汲措施；调整对应注水的抽汲措施；调整对应注水井注水量；采取压裂、酸化井注水量；采取压裂、酸化等增产措施；采取间歇抽油等增产措施；采取间歇抽油方式。方式。3 3、充不满影响的示功图、充不满影响的示功图4、漏失影响的示功图PSABD （1 1）排出部分漏失）排出部分漏失C 上冲程时，泵内压力降低，上冲程时，泵内压力降低，柱塞两端产生压差，使柱塞柱塞两端产生压差，使柱塞上面的液体经过排出部分的上面的液体经过排出部分的不严密处（阀及柱塞与衬套不严密处（阀及柱塞与衬套的间隙）漏到柱塞下部的工的间

9、隙）漏到柱塞下部的工作筒内，漏失速度随柱塞下作筒内，漏失速度随柱塞下面压力的减小而增大。由于面压力的减小而增大。由于漏失到柱塞下面的液体有向漏失到柱塞下面的液体有向上的上的“顶托顶托”作用，悬点载作用，悬点载荷不能及时上升到最大值，荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢。使加载缓慢。oPSABD （1 1）排出部分漏失）排出部分漏失C 随着悬点运动的加快，随着悬点运动的加快，“顶托顶托”作用相对减小，直作用相对减小，直到柱塞上行速度大于漏失速到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬间，悬点载荷达到最度的瞬间，悬点载荷达到最大载荷（如图中大载荷（如图中B B点）点）oB4、漏失影响的示功图 当柱塞继续上行到后

10、半冲程时，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，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在柱塞速度小于漏失速度瞬间（如图中（如图中CC点），点），又出现了液体又出现了液体的的“顶托顶托”作用，使悬点负荷提前作用，使悬点负荷提前卸载。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C C点。点。（1 1）排出部分漏失）排出部分漏失PABDCBCS 下冲程，排出部分漏失不影下冲程，排出部分漏失不影响泵的工作。因此，示功图形响泵的工作。因此，示功图形状与理论示功图相似。状与理论示功图相似。DoC4、漏失影响的示功图 由于排出部分漏失的影响，由于排出部分漏失的影响，

11、吸入阀在吸入阀在B B点才打开，滞后了点才打开，滞后了BBBB这样一段柱塞冲程；这样一段柱塞冲程； 漏失量越大，漏失量越大， B BC C线越短。线越短。PABDCCSB CS（1 1）排出部分漏失）排出部分漏失 而在接近上死点时又在而在接近上死点时又在C C点点提前关闭。这样柱塞的有效吸提前关闭。这样柱塞的有效吸入行程为入行程为B BC C。 在此情况下的泵效:CDoB4、漏失影响的示功图 当漏失量很大时，由于当漏失量很大时，由于漏失液对柱塞的漏失液对柱塞的“顶托顶托”作作用很大，上冲程载荷远低于用很大，上冲程载荷远低于最大载荷，如图中最大载荷，如图中A AC所示，所示，吸入阀始终是关闭的，

12、泵的吸入阀始终是关闭的，泵的排量等于零。排量等于零。（1 1）排出部分漏失）排出部分漏失PABDCBCCSBCDCo卸载提前，增载缓慢。卸载提前，增载缓慢。左下角变尖，右上角变圆，左下角变尖，右上角变圆，为一向上的拱形。为一向上的拱形。4、漏失影响的示功图4、漏失影响的示功图 游动阀球卡死（张开着），或是修井作游动阀球卡死（张开着），或是修井作业时柱塞没有下人泵筒，或是井下泄油器被业时柱塞没有下人泵筒，或是井下泄油器被打开，均不出油。打开，均不出油。A （2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失PSABDCD 下冲程开始后，由于吸入阀漏下冲程开始后，由于吸入阀漏失，泵内压力不能及时提高而失，泵内压力

13、不能及时提高而延缓了卸载过程，使排出阀不延缓了卸载过程，使排出阀不能及时打开。只有当柱塞速度能及时打开。只有当柱塞速度大于漏失速度后，泵内压力提大于漏失速度后，泵内压力提高到大于液柱压力，将排出阀高到大于液柱压力，将排出阀打开而卸去液柱载荷（如图中打开而卸去液柱载荷（如图中D D 点）点） 。 悬点以最小载荷继续下行，悬点以最小载荷继续下行，直到柱塞下行速度小于漏失速直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬间度的瞬间 （如图中（如图中A A 点）点） 。o4、漏失影响的示功图 泵内压力降低使排出阀提前泵内压力降低使排出阀提前关闭，悬点提前加载关闭，悬点提前加载, ,到达下死到达下死点时，悬点载荷已增加

14、到点时，悬点载荷已增加到 AA。（2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失PSABDCBD A 上冲程，吸入部分漏失不影响上冲程，吸入部分漏失不影响泵的工作，示功图形状与理论示泵的工作，示功图形状与理论示功图形状相近。功图形状相近。A O增载提前，卸载缓慢。增载提前，卸载缓慢。右上角变尖，左下角变圆，为右上角变尖，左下角变圆，为一向下的拱形。一向下的拱形。4、漏失影响的示功图4、漏失影响的示功图（2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失PSABDCBDA 由于吸入部分的漏失而造成由于吸入部分的漏失而造成排出阀打开滞后排出阀打开滞后(DD (DD ) )和提前关和提前关闭（闭（AAAA）。）。 活塞的有效排

15、出冲程为活塞的有效排出冲程为D D A A 。AoS光光SAD在此情况下的泵效计算公式为：在此情况下的泵效计算公式为： （2 2）吸入部分漏失）吸入部分漏失 当吸入阀严重漏失时，当吸入阀严重漏失时，排出阀一直不能打开，排出阀一直不能打开，悬点不能卸载。示功图悬点不能卸载。示功图位于最大理论载荷线附位于最大理论载荷线附近。由于摩擦力的存在，近。由于摩擦力的存在，示功图成条带状（如右示功图成条带状（如右图所示）。图所示）。4、漏失影响的示功图 （3 3）双凡尔漏失的示功图）双凡尔漏失的示功图 双凡尔漏失即吸入部分与排出双凡尔漏失即吸入部分与排出部分同时漏失，它的示功图是部分同时漏失，它的示功图是吸

16、吸入部分与排出部分入部分与排出部分分别漏失时的分别漏失时的示功图叠加，近似于椭圆形，位示功图叠加，近似于椭圆形，位于最大理论载荷线和最小理论载于最大理论载荷线和最小理论载荷线之间。荷线之间。四角圆滑，两头尖。四角圆滑，两头尖。4、漏失影响的示功图 （4 4）油管漏失的示功图）油管漏失的示功图 油管漏失不是泵本身的问油管漏失不是泵本身的问题，所以示功图形状与理论题，所以示功图形状与理论示功图形状相近，只是由于示功图形状相近，只是由于进入油管的液体会从漏失处进入油管的液体会从漏失处漏入油管、套管的环形空间，漏入油管、套管的环形空间，使作用于悬点上的液柱载荷使作用于悬点上的液柱载荷减小，不能达到最大

17、理论载减小，不能达到最大理论载荷值，荷值，( (如右图所示）。如右图所示）。SPABDCo热洗；碰泵；作业检热洗；碰泵；作业检管、检泵管、检泵4、漏失影响的示功图 （4 4）油管漏失的示功图）油管漏失的示功图 lhCLq 通过示功图根据下式可通过示功图根据下式可计算出漏失位置：计算出漏失位置：式中式中 ： 活塞以上每米液柱重量，活塞以上每米液柱重量， kN/mkN/mL L 漏失点距井口深度，漏失点距井口深度， mmh h 漏失点距井口在图上的高度，漏失点距井口在图上的高度， mmmmC C 力比力比 ， kN/mmkN/mmlqhPSABDCo4、漏失影响的示功图5 5、抽油杆断脱影响的示功

18、图、抽油杆断脱影响的示功图 抽油杆断脱后的悬抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱在液体以上的抽油杆柱在液体中的重量，悬点载荷不中的重量，悬点载荷不变，只是由于摩擦力的变，只是由于摩擦力的存在，使上下载荷线不存在，使上下载荷线不重合，成条带状。重合，成条带状。 示功图的位置取决于断脱点的示功图的位置取决于断脱点的位置：断脱点离井口越近，示功位置：断脱点离井口越近，示功图越接近横坐标图越接近横坐标( (基线基线) )，如右图，如右图（1 1）所示；断脱点离井口越远，）所示；断脱点离井口越远，示功图越接近最小理论载荷线，示功图越接近最小理论载荷线，如图（如图（2 2

19、）所示。）所示。（1）（2）5 5、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 措施：措施：对扣对扣；作业检杆；作业检杆hrh CLq 由此示功图可计算断脱由此示功图可计算断脱点至井口的距离：点至井口的距离： 式中式中 L L 断脱点距井口距离断脱点距井口距离,m ,m 每米抽油杆在液体中重量每米抽油杆在液体中重量,KN/m,KN/m h h 示功图中线到横坐标的距离示功图中线到横坐标的距离,mm,mm C C 力比力比,KN/mm ,KN/mm rq5、抽油杆断脱影响的示功图 6、油层出砂影响的示功图 油层出砂主要是因为地层胶接疏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

20、松或生产压差过大，在生产过程中使砂粒移动而成的。细小砂粒随着使砂粒移动而成的。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载荷会在短时间内发生多次急剧变化。化。特点：特点：载荷线上出现不规则、不载荷线上出现不规则、不重复的锯齿，图形仍为一类似

21、平行重复的锯齿，图形仍为一类似平行四边形四边形7、油井结蜡影响的示功图 由于油井结蜡，使活塞在由于油井结蜡，使活塞在整个行程中或某个区域增加一整个行程中或某个区域增加一个附加阻力，上冲程，附加阻个附加阻力，上冲程，附加阻力使悬点载荷增加；下冲程，力使悬点载荷增加；下冲程，附加阻力使悬点载荷减小，并附加阻力使悬点载荷减小，并且会出现振动载荷且会出现振动载荷特点：特点：示功图超出上下理论示功图超出上下理论载荷线范围，且在上下载荷线载荷线范围，且在上下载荷线上出现波状弯曲。上出现波状弯曲。措施：措施：定期加防蜡剂；定期热洗；下防蜡装置；装井口掺水流程；玻璃定期加防蜡剂；定期热洗；下防蜡装置；装井口掺

22、水流程；玻璃油管或涂料油管防蜡油管或涂料油管防蜡 8、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。及抽汲液体的粘度。喷势强、油稀带喷的示功图喷势强、油稀带喷的示功图 喷势弱、油稠带喷的示功图喷势弱、油稠带喷的示功图9、管式泵活塞脱出工作筒的示功图 由于活塞下的过高、防由于活塞下的过高、防冲距过大，在上冲程中活塞冲距过大，在上冲程中活塞会脱出工作筒，悬点突然卸会脱出工作筒，悬点突然卸载，因此卸载线急剧下降。载，因此卸载线急剧下降。另外由于突然卸载，引起活另外由于突然卸载，引起活塞跳动，反映在示功图中，塞跳动，反映在示功图中，右下角