抽油机示功图分析

抽油机示功图分析有杆泵抽油井工况诊断技术培训Contents培训内容概览系统掌握抽油机示功图分析的核心知识体系，从原理到应用全面覆盖。01抽油泵工作原理02示功图基础知识03典型示功图分析04故障诊断与应用05功图法计量技术CHAPTER01抽油泵工作原理理解泵的抽汲过程与排量计算，为示功图分析奠定基础WORKINGPRINCIPLE上冲程工作原理上冲程是抽油泵完成进液的关键阶段。抽油杆带动活塞上行时，游动阀关闭、固定阀打开，原油在压差作用下进入泵筒。进液的前提是泵内吸入压力必须低于沉没压力，否则将导致充不满或气锁现象。抽油泵上冲程：固定阀开启、游动阀关闭工作状态01抽油杆柱带动活塞向上运动，游动阀关闭、固定阀打开，原油在压差作用下进入泵筒02泵内进液的必要条件：泵内吸入压力低于沉没压力，压差克服固定阀重力使其开启03上冲程期间抽油杆伸长加载、油管卸载缩短，杆管弹性变形影响实际有效冲程04井口排油与泵内进液同步进行，完成一个完整的抽汲循环上半部分DOWNSTROKE下冲程工作原理下冲程完成泵内液体的排出过程。活塞下行时固定阀关闭、游动阀打开，泵内液体被挤入油管。排出条件是泵内压力必须高于柱塞以上液柱压力，杆管受力状态与上冲程相反，形成完整的抽汲循环。01排液过程：抽油杆柱带动活塞向下运动，固定阀关闭、游动阀打开，泵内液体排向油管02排出条件：泵内排出压力高于柱塞以上液柱压力与游动阀重力之和03杆管变形：下冲程期间抽油杆卸载缩短、油管加载伸长，与上冲程变形方向完全相反04完整冲程：一个完整冲程包含进油与排油两个过程，上下冲程交替进行实现连续抽汲抽油泵下冲程：游动阀打开、固定阀关闭CALCULATION泵的理论排量计算理论排量是评估泵效的基准值，由柱塞截面积、冲程长度和冲数三个参数决定。实际产量与理论排量的比值即为泵效，泵效偏低时需结合示功图分析具体原因，为参数优化提供依据。单冲程排量柱塞截面积fp与冲程长度S的乘积，即一个冲程内排出的液体体积V=fp×S每分钟排量Vm=fp×S×N，其中N为每分钟冲数，反映泵的瞬时工作能力Vm=fp·S·N每日理论排量Q=1440×fp×S×N，将分钟排量换算为日产量，便于生产计划制定Q=1440·fp·S·N提高产液量减少冲程损失、降低气体影响、防止漏失、优化抽油参数组合4项关键措施PUMPEFFICIENCY泵的工作过程与效率提升提高泵效是油井管理的核心目标。从减少冲程损失、降低气体影响、防止漏失、优化参数组合等多维度入手，可以有效提升产液量。示功图是检验这些措施效果、诊断泵况问题的重要工具。工作过程01柱塞在泵内让出容积形成低压区，原油在沉没压力作用下进入泵筒02泵内液体被柱塞挤压，压力升高后通过游动阀排入油管，完成抽汲循环抽汲循环往复进行，实现连续举升效率提升措施减少冲程损失和气体影响，保证合理沉没度，调小防冲距提高深井泵质量，优化抽油参数组合，减少杆柱摩擦阻力防止油管漏失，延长检泵周期，降低维护成本CHAPTER02示功图基础知识掌握示功图的定义、测试方法与理论图形特征FUNDAMENTALS示功图的定义与意义示功图是以悬点载荷为纵坐标、冲程为横坐标绘制的图形，是抽油泵工作状态的直观反映。它被誉为抽油井的"心电图"，能够揭示泵在井下的实际工况，是诊断泵况问题、优化工作制度的核心依据。定义—以抽油机悬点载荷W为纵坐标、冲程S为横坐标，反映载荷随位移变化的图形作用—直观反映深井泵工作状况，一切异常现象都可在示功图上体现出来分析价值—判断油井工作制度是否合理，评估抽油设备与油层、原油性质的适应性管理意义—为低产低能井制定合理开关井时间，减少设备磨损和电能浪费提供依据油田抽油机采油现场实拍THEORETICALANALYSIS理论示功图与假设条件理论示功图是基于理想条件绘制的标准图形，呈规则平行四边形。实际生产中杆管弹性变形、气体影响、漏失等因素使实测图形偏离理论形状，正是这些偏差为泵况诊断提供了关键线索。绝对刚性体抽油杆和油管为绝对刚性体，不考虑弹性伸缩变形RIGIDBODY完全密封泵完全密封无漏失，固定阀和游动阀启闭及时准确ZEROLEAKAGE不可压缩液体不可压缩，泵筒充满程度100%，无气体影响FULLFILL规则平行四边形载荷变化陡峭，上下冲程转换瞬间完成IDEALSHAPEDYNAMOMETERCARDANALYSIS地面示功图与井下泵功图地面示功图反映光杆处的载荷变化，受杆柱弹性变形和阻尼影响，与井下泵实际工况存在差异。通过数学转换获取的井下泵功图能更直接揭示泵阀启闭状态和漏失情况，是精准诊断的重要工具。地面示功图01测试位置在光杆处，反映悬点载荷随位移变化的完整曲线02受杆柱弹性、阻尼和惯性力影响，图形较井下泵功图更为圆滑光杆载荷井下泵功图01通过波动方程将地面示功图转换得到，直接反映泵的工作状态02能清晰呈现泵阀启闭特征、漏失程度和气体影响等关键信息泵阀诊断Chapter03典型示功图分析掌握各类异常示功图的图形特征与诊断要点示功图分析正常抽油示功图特征正常示功图是判断泵况良好的基准图形，具有饱满、轮廓清晰、近似平行四边形的特征。图形饱满轮廓清晰呈近似平行四边形，无异常凹陷或扭曲变形▱载荷变化陡峭上冲程载荷迅速增至最大值，下冲程载荷迅速降至最小值MAX↑MIN↓四个角点分明无明显圆角或拖尾现象，泵阀启闭及时准确4PTS最大载荷接近理论值泵充满程度高、漏失量小、工况正常≈100%油田采油工人现场检查抽油机设备运行状况GasInterferenceAnalysis气体影响示功图分析气体影响导致泵内压力变化滞后，示功图四角变圆、图形变窄。严重时可引发气锁——进泵气量大而沉没压力低时，气体反复压缩膨胀，吸入排出阀均关闭，泵完全丧失抽汲能力，需及时处理。01上冲程·固定阀滞后上冲程初期气体膨胀延缓压力下降，固定阀开启滞后，示功图右下角变圆右下角变圆02下冲程·游动阀滞后下冲程初期气体被压缩延缓压力上升，游动阀开启滞后，左上角变圆左上角变圆03充满系数下降充满系数随气体影响程度降低，圆角越明显说明泵内气量越大、泵效越低泵效降低04极端情况·气锁进泵气量大且沉没压力低时，两阀均关闭、泵失去抽汲能力抽汲能力丧失PumpIncompleteFill充不满影响示功图分析充不满反映地层供液能力不足，示功图右侧出现"刀把"状凹陷。更严重的是液击现象——柱塞与泵内液面撞击导致设备受力急剧变化，不仅降低泵效，还会加速抽油设备疲劳损伤，需及时调整工作参数。充不满现象地层产液能力不足，上冲程结束时泵筒未被液体完全充满，导致泵效显著下降常见于低渗透油藏或含水上升阶段，需结合动液面监测综合判断供液不足示功图特征右下角出现明显"刀把"状凹陷，图形右侧向内收缩变窄，卸载线提前转折凹陷深度反映充不满程度，是诊断供液状况的关键依据刀把凹陷液击现象泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击，引起抽油设备受力急剧变化，产生剧烈振动冲击载荷可达正常载荷的2-3倍，是设备损坏的主要诱因之一受力剧变液击危害加速抽油杆疲劳断裂、损伤泵阀组件，造成螺纹松动和密封失效严重缩短设备使用寿命，增加作业频次和生产成本疲劳断裂PUMPLEAKAGEANALYSIS漏失影响示功图分析漏失分为排出部分和吸入部分两类，均导致示功图载荷变化趋于平缓、图形变窄。排出漏失使上部图形变圆变窄，吸入漏失使下部图形变圆，漏失程度可通过图形变形量定量评估，是判断检泵时机的关键依据。排出部分漏失CAUSE游动阀球与阀座配合不严、柱塞与泵筒间隙过大SYMPTOM上冲程载荷下降快，下冲程载荷上升慢，示功图上部变圆变窄IMPACT泵效降低，产液量下降，严重时需检泵作业吸入部分漏失CAUSE固定阀球与阀座配合不严、阀座密封面损伤SYMPTOM下冲程载荷下降快，上冲程载荷上升慢，示功图下部变圆IMPACT充不满现象加剧，泵效显著下降，需及时检修SANDPRODUCTIONDIAGNOSIS油井出砂示功图分析出砂导致柱塞运动阻力增加，示功图边缘出现锯齿状毛刺和载荷波动。严重时可造成卡泵，图形异常肥大或变为直线。01图形特征上下边缘出现锯齿状毛刺，载荷曲线不光滑，有明显波动和抖动02成因分析砂粒进入泵筒增加柱塞运动阻力，导致载荷随位移不规则变化03严重出砂可能导致卡泵，示功图呈异常"肥大"形状，最大载荷显著增加04应对措施实施防砂工艺、定期冲砂作业、优化泵间隙设计以减少砂卡风险油田防砂施工作业现场示功图诊断油井结蜡示功图分析结蜡导致油管内径减小、柱塞运动阻力增加，示功图表现为图形肥大、载荷线呈波浪状起伏。需定期热洗清蜡或化学清蜡，防止卡泵事故发生。图形特征示功图整体肥大、载荷明显增大上下冲程载荷线呈波浪状平缓起伏波动周期较长且幅值相对均匀波浪起伏与出砂区别结蜡特征：波动周期长、幅值较均匀、呈现规律性变化出砂特征：毛刺细密杂乱、无规律、随机分布两者机理不同，需采取差异化治理措施周期长成因机理蜡质组分在油管内壁沉积，形成蜡层泵筒内蜡沉积增加柱塞运动摩擦阻力流道截面积减小导致流动阻力显著上升蜡沉积防治措施热洗清蜡：定期注入热介质融化蜡层化学清蜡：添加防蜡剂抑制蜡晶析出机械防蜡：防蜡涂层油管或刮蜡器装置热洗清蜡DYNAMOMETERCARDANALYSIS稠油影响示功图分析稠油高粘度增加柱塞运动粘滞阻力，示功图表现为图形肥大、四角圆滑、载荷变化平缓。与正常示功图的陡峭变化形成鲜明对比，需采取掺稀、加热或添加降粘剂等措施改善流动性，恢复泵效。图形特征示功图整体肥大，四角圆滑，载荷增加和降低过程缓慢而非陡峭变化，与正常示功图形成明显对比。肥大圆滑成因分析高粘度原油增加柱塞运动粘滞阻力，使载荷随位移变化趋于平缓，泵效显著降低。粘滞阻力与气体影响区别稠油影响是整体肥大圆滑，气体影响主要是角部变圆，两者机理和形态特征不同。整体vs局部改善措施掺稀油降粘、井筒加热、添加化学降粘剂，降低流动阻力，恢复抽油泵正常工作效率。掺稀·加热WELLWORKOVERANALYSIS抽油杆断脱示功图分析抽油杆断脱导致光杆只承受断脱点以上杆柱重量，示功图呈扁平状、最大载荷显著降低。载荷越低，断脱越靠近井口。01图形特征示功图扁平，最大载荷显著低于正常值，图形位于底部区域02完全断脱示功图变成接近水平的窄条，仅有断脱点以上杆柱的重量反映03位置判断载荷降低程度与断脱位置相关，载荷越低说明断脱越靠近井口04处理措施立即停产，实施作业打捞或更换抽油杆，排查断脱原因防止复发油田修井作业·抽油杆打捞施工现场MECHANICALDIAGNOSIS柱塞脱出与碰击示功图分析柱塞脱出和下冲程碰击都是参数调整不当造成的机械损伤问题。前者在右上角产生异常尖峰，后者在左下角出现冲击峰值。两者都会加速泵组件损坏，需及时调整冲程长度或防冲距设置。TYPEA柱塞脱出工作筒原因冲程设置过大，上冲程末端柱塞脱出泵筒特征右上角出现异常尖峰或突变，载荷瞬间急剧变化右上角异常尖峰位置TYPEB下冲程碰击原因防冲距调整不当，柱塞下行撞击固定阀特征左下角出现冲击峰值，伴随设备振动和异响左下角冲击峰值位置DYNAMOMETERCARDANALYSIS连抽带喷示功图分析连抽带喷井油层具有一定自喷能力，示功图表现为图形偏小、载荷变化幅度减小、呈'瘦长'形状。改变冲数时图形会相应变化，分析时需结合地层能量状况，合理优化工作制度以充分发挥油井产能。工况特点油井具有一定自喷能力，抽汲与自喷同时作用的混合生产方式自喷能力图形特征示功图偏小、载荷变化幅度减小，整体呈'瘦长'形状瘦长形状冲数影响增加冲数时图形变大，降低冲数时图形变小，呈正相关变化正相关优化建议结合地层能量状况评估，合理调整工作制度，平衡抽汲与自喷贡献工作制度CHAPTER04故障诊断与应用综合运用示功图分析技术诊断泵况并制定优化措施DIAGNOSISMETHOD示功图综合诊断方法示功图分析需要结合生产数据、设备参数和测试条件进行综合判断。实际井况往往是多因素叠加，需从复杂图形中识别主要矛盾。建立系统化的诊断流程，结合历史数据对比分析，才能得出准确可靠的结论。全面了解油井生产情况产量、含水、沉没度、动液面等基础数据必须准确掌握，为示功图分析提供可靠的参考依据。基础数据掌握设备参数泵径、泵深、杆柱组合、冲程冲数等参数直接影响示功图形态，是诊断的核心变量。关键因素多因素叠加分析实际井况复杂，砂、蜡、气等多因素共同作用，需从复杂图形中识别主要矛盾。砂·蜡·气历史数据对比结合历次测试示功图进行趋势分析，判断工况变化方向，把握油井动态演化规律。趋势分析PUMPEFFICIENCYFACTORS影响泵效的主要因素泵效受冲程损失、气体影响、漏失和原油物性四类因素制约。每类因素在示功图上都有特征表现，通过分析图形可以定量评估各因素影响程度，为优化抽油参数、提高泵效提供科学依据。冲程损失抽油杆和油管在交变载荷作用下产生弹性伸缩变形，使活塞有效冲程小于光杆冲程，导致理论排量降低。冲程损失大小与杆管材料、长度及载荷变化幅度密切相关。弹性变形·有效冲程降低气体影响溶解气从原油中分离后占据泵筒上部空间，降低泵的充满系数。当进气量过大时，游动阀无法打开，形成"气锁"现象，导致抽油泵完全失效，产量骤降。气锁风险·充满系数下降漏失影响固定阀和游动阀因磨损、腐蚀或结蜡导致密封不严，造成液体在泵内回流。同时油管螺纹连接处或管壁腐蚀孔洞也会产生漏失，使实际产液量低于理论排量。液体回流·容积效率降低物性影响高粘度稠油流动阻力大，蜡质原油在泵筒内析出结蜡，都会增加抽油负荷并降低泵效。严重时蜡块卡死活塞或堵塞游动阀，造成抽油泵无法正常运转。稠油含蜡·流动阻力增大TreatmentStrategy基于诊断的处理措施示功图诊断的最终目的是指导生产决策。针对不同问题制定针对性措施：气体影响采取增沉没度或气锚，漏失需检泵更换，出砂需防砂冲砂，结蜡需清蜡，杆断脱需打捞作业，以延长检泵周期、提高经济效益。气体与充不满处理01加深泵挂增加沉没度，安装气锚分离自由气，减少气体进泵量02供液不足时调整冲次或实施间歇抽油，避免液击损伤设备气锚·沉没度漏失与机械故障处理01泵阀漏失达到一定程度时安排检泵作业，更换磨损部件02杆断脱立即停产打捞，排查疲劳断裂原因并优化杆柱设计检泵·打捞DigitalTransformation示功图远传与智能诊断示功图远传技术实现了泵况数据的实时采集和远程传输，大幅提升管理效率。结合大数据和AI技术，可实现示功图自动识别和智能诊断，是油田数字化转型的重要组成部分。油田数字化监控中心·实时数据采集与远程管理01远传技术：井口传感器实时采集数据，通过无线网络传输至管理中心，实现远程监控02效率提升：技术人员无需现场测试即可掌握泵况，大幅降低人工成本和时间成本03智能诊断：结合AI算法自动识别示功图类型，快速给出诊断结论和处理建议04发展趋势：与物联网、大数据平台集成，构建油井全生命周期智能管理系统Chapter05功图法计量技术利用示功图数据实现油井产量的间接计量与评估Principle功图法计量基本原理功图法计量通过分析示功图获取有效冲程和充满系数，结合泵径、冲数计算产液量。这是一种经济实用的间接计量方法，特别适用于未安装计量装置的油井。01有效冲程从示功图上量取柱塞实际排出液体的行程长度，反映泵的真实排量水平。行程长度02充满系数比较实际进液量与理论容积的比值，评估泵筒内的充满程度与工作效率。进液比03产液量计算有效冲程×充满系数×柱塞截面积×冲数×时间系数，综合得出产液量。五参数公式04关键技术准确识别示功图有效行程段，排除气体影响和漏失造成的计量误差。误差排除应用场景功图法计量应用场景功图法计量适用于单井计量、产量核实和间开井管理等场景，与实测产量误差一般在10%-15%以内。该方法对示功图质量和分析水平有要求，需要定期标定校正，但对降低计量设备投资、提高管理效率具有显著价值。主要应用场景单井计量无单独计量装置的油井，通过示功图估算产量无