示功图绘制及分析

1、理论示功图的绘制及实测示功图分析,目录一、测示功图的目的和意义二、理论示功图的绘制及分析三、实测示功图分析,示功图：示功仪在抽油机一个抽吸周期内测取的封闭曲线。测试目的：分析和解释示功图，可以了解深井泵在井下工作状况，可以结合有关资料，来分析判断油井工作制度是否合理，找出影响泵效或抽不出油来的原因以制定合理的采油工艺措施和检泵周期。,（一）油井测示功图的目的和意义,活塞上行，游动凡尔在油管内液柱压力作用下关闭，当沉没压力大于泵筒内压力时，固定凡尔打开，井内液体进入泵筒内，同时在井口排出相当于冲程长度的一段液体。,上冲程：,（一）油井测示功图的目的和意义,下冲程：,活塞下行，泵筒内压力增大固定凡

2、尔关闭，活塞继续下行当泵筒内压力大于活塞以上液柱压力时，游动凡尔打开，泵筒内液体进入油管，同时在井口排出相当于冲程长度光杆体积的一段液体。,（一）油井测示功图的目的和意义,（二）、理论示功图的绘制,一、编制前的准备工作,准备工作,直尺、铅笔、橡皮、计算器,抽油井的有关参数,示功图力比、减程比,S,P,S活,B,A,D,D,B,P大,C,P液,（二）、理论示功图的绘制图中横坐标代表冲程，纵坐标代表悬点承受的载荷。AB线表示悬点上行时，液柱负荷由油管传递到悬点的过程，叫加载线。B,B线是活塞与泵筒发生相对位移以前，悬点上行的距离（冲程损失）。BC线表示加载完毕后，悬点以不变的负荷（P大）上行到上死

3、点（C）。CD线表示下冲程开始后，液柱负荷由悬点转移到油管的过程，叫卸载线。DD，段相当于活塞与泵筒发生位移之前，悬点下移的距离（冲程损失）。卸载完毕后，悬点以不变的负荷（P小）P1杆到达下死点A。,P小,（二）、理论示功图的绘制,示功图中各项的意义如上图:四个点：A点-驴头下死点;B点-固定阀打开，游动阀关闭，活塞开始上行；C点-驴头上死点，活塞运行到最高点（上死点）；D点-固定阀关闭，游动阀打开，活塞开始下行；六条线：AB线-增载线；BC线-活塞上行程线，也是最大载荷线；CD线-卸载线；DA线-活塞下行程线，也是最小载荷线；ABC线-驴头上行程线；CDA线-驴头下行程线；ABCD-是四边形

4、的闭合面积；S-光杆冲程；Sp-活塞行程；入-冲程损失,（二）、理论示功图的绘制1、以实测图的基线为横坐标表示冲程；通过实测图的最左端做纵坐标，表示光杆上的负荷。,（二）、理论示功图的绘制,2.根据该井的抽汲参数，求出P杆、P液。然后根据P杆、P液实测时支点的力比(驴头负荷/驴头负荷在图上的长度)，计算出P杆和P液在图上的位置。分别以P杆、P液为高作横坐标的平行线，使BC=AD=S光，最左端到最右端的长度为光杆冲程S光（减程比冲程在图上的长度/光杆实际冲程）。P杆q杆LP液q液LP杆抽油杆柱在井内液体中的重量，牛顿；P液活塞以上液柱重量，牛顿；q杆每米抽油杆在液体中的重量，牛顿/米；q液活塞以

5、上每米液柱重量，牛顿/米；L抽油杆长度，米。,（二）、理论示功图的绘制,（二）、理论示功图的绘制,3、求出及其在示功图上的长度（根据减程比来画）。在图上画出AB线和CD线，则平行四边形ABCD即为绘制的理论示功图。=1+2=P液L/Ef杆+P液L/Ef管=P液L/E(1/f杆+1/f管)冲程损失，米；1抽油杆伸缩长度，米；2油管柱伸缩长度，米；E弹性系数，2.1107牛/米2；f杆抽油杆截面积，平方米；f管油管环形截面积，平方米。,（二）、理论示功图的绘制,（二）、理论示功图的绘制,例题：某井采用62mm的油管(f管为11.9cm2）,19mm的抽油杆(f杆为2.85cm2），泵径为38mm，

6、下泵深度800m，冲程1.5m，原油密度860kg/m3，力比为810N/mm，减程比为1:30，绘制出该井的理论示功图。已知：f管11.9cm2，f杆2.85cm2，泵径为38mm，L=800m，S光=1.5m，油860kg/m3，E=2.1107N/cm2，力比：810N/mm，减程比为：1:30。,（二）、理论示功图的绘制,其中：P杆=Wr表示抽油杆（柱）在空气中的重量Wr=frpsgL式中：Wr杆中Nfr-杆截面积，mm2ps钢的相对密度；g重力加速度，9.8m/s2L杆长，m其中：W1=P液表示活塞上的液柱载荷W1=（fp-fr)Lpg式中：W1液柱重，Nfp泵截面积，mm2p-液体

7、相对密度。W1：表示在液体中抽油杆柱的重量W1=fr(ps-p)gL惯性载荷：W惯=Wr(Sn2/1440)驴头悬点最大惯性载荷：W最大=Wr+W1+W惯驴头悬点最大惯性载荷：W最小=W1-W惯,在相对密度0.9的原油中,抽油杆在空气和不同密度原油中的重度,（二）、理论示功图的绘制,各种泵径在不同原油相对密度的液柱重量,（二）、理论示功图的绘制,第一步：作直角坐标系，以实测图的基线为横坐标表示冲程；通过实测图的最左端做纵坐标，表示光杆上的负荷。,（二）、理论示功图的绘制,第二步：计算抽油杆柱在该井液体中的重量与活塞以上液柱重量,查表知：q杆=2.05kg/m=20.09N/m；q液=0.97k

8、g/m=9.506N/m，,则：P杆q杆L20.09800=16072NP液q液L9.5068007604.8N,解：,（二）、理论示功图的绘制,下冲程：OAP杆/力比16072/810=19.8mm上冲程：OB=（P液+P杆)/力比（7604.816072）/8109.419.829.2mm,光杆冲程在图上的长度为AD=1500/30=50mm,第三步：计算光杆负荷在纵坐标上的长度,（二）、理论示功图的绘制,=P液L/E(1/f杆+1/f管)=7604.8800/2.1107(1/2.85+1/11.9)=0.126m=126mm,冲程损失在图上的长度BB=DD=126/30=4.2mm,第

9、四步：求出冲程损失在图上的长度，并画出理论示功图。,（二）、理论示功图的绘制,（二）、理论示功图的绘制,(三)实测示功图及分析,典型实测示功图分析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。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。,1、泵工作正常的示功图,特点：近似平行四边形,P,S,A,B,D,C,o,有振动载荷影响时：近似平行四边形，上下载荷线为逐渐减弱的波浪线。,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,1、泵工作正常的示功图例题:该井泵挂深度1517m，44mm,冲程2.6m,冲数9次/m

10、in,动液面1051m，日产液30.5t，含水71.4%，生产正常,泵阀不漏，抽油杆柱有振动影响。对于抽油杆柱有明显振动的井，要注意避免“共振”造成经常断脱。,P,S,A,B,D,C,o,考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载荷上。,示功图特点：平行四边形会顺时针旋转一个角度，惯性力越大，旋转角度越大。,形成原因：惯性载荷在上冲程前半冲程增加悬点载荷，后半冲程减小悬点载荷。在下冲程前半冲程减小悬点载荷，后半冲程增加悬点载荷。,(三)实测示功图及分析,2、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的溶解气和压缩气，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

11、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。,BC线为上冲程柱塞有效冲程。,o,(三)实测示功图及分析,2、气体影响示功图,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（图中D点）。,B,C,泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则DD线越长。,DA线为下冲程柱塞有效冲程。,o,特点：增载、卸载缓慢,(三)实测示功图及分析,2、气体影响示功图,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。如图中点画线所示：,P,S,A,B,D,B,

12、C,o,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,2、气体影响示功图例题：该井泵挂深度1678m，38mm,冲程2.6m,冲数8次/min,动液面1417m，日产液4.5t，含水75%，泵效16.9%，从功图判断，该井受气体影响。采取措施：合理控制套管气；加深泵挂；加装防气装置；减小防冲距，缩小余隙容积。余隙容积:是指在下死点时活塞游动凡尔与固定凡尔之间的泵筒内的体积。,3、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,特点：卸载线平行左移，液面越低，左移距离越大。,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

13、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）,o,1,(三)实测示功图及分析,3、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，产生振动，最小载荷线会出现波浪线。,1,2,3,P,S,A,B,D,C,o,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,例题：请绘出泵工作正常但地层供液不足的示功图，并简要说明。如图所示：该类功图的基本特点是：（1）增载正常，卸载缓慢；（2）上下线平行，左右线基本平行；（3）整体形状如一把带把的菜刀，供液越差，刀把越长。原因：上冲程时，由于供液不足，吸入的液体未

14、能将工作筒充满；下冲程时，悬点载荷不能立即减少，只有活塞下行碰到液面时开始减载；活塞下行速度快，碰到液面时会发生振动，产生较大的冲击载荷，使减载线变陡。,(三)实测示功图及分析,3、充不满影响的示功图例题：该井泵深1006m，沉没度200m，由于油层供液能力差，沉没度小，本图特点是供液不足，抽油杆有振动。措施：加深泵挂；采取合理的抽汲措施；调整对应注水井注水量；采取压裂、酸化等增产措施；采取间歇抽油方式。,(三)实测示功图及分析,例题：某抽油机井油层中部深度为2420m，静压为9.61MPa,原油比重为8.62*103N/m3，气油比为15.3m3/t，泵效为13%，含水为20%，含砂为0.2

15、%，套压0.784MPa，压差控制在1.961MPa比较合理，泵挂深度为1873.6m，试分析该井工况。（1）计算沉没度：（2）分析工况：通过以上计算得出：该井沉没度在50m，处在不合理的范围，并且泵效较低，所以该井在工况图中的位置为供液不足区。,4、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,（1）排出部分漏失,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。,o,(三)实测示功图及分析,4、

16、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，悬点载荷达到最大载荷（如图中B点）,o,(三)实测示功图及分析,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。,4、漏失影响的示功图（1）排出部分漏失,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,o,(三)实测示功图及分析,由于排出部分漏失的影响，吸入阀在B点才打开，滞后了B

17、B这样一段柱塞冲程；,P,A,B,D,C,S,4、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。,D,o,(三)实测示功图及分析,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。,4、漏失影响的示功图（1）排出部分漏失,P,A,B,D,C,S,D,o,特点：卸载提前，增载缓慢。左下角变尖，右上角变圆，为一向上的拱形。,(三)实测示功图及分析,4、漏失影响的示功图（2）吸入部分漏失,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

18、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）。,o,(三)实测示功图及分析,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。,4、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,特点：增载提前，卸载缓慢。右上角变尖，左下角变圆，为一向下的拱形。,(三)实测示功图及分析,4、漏失影响的示功图（2）吸入部分漏失,P,S,

19、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DA。在此情况下的泵效计算公式为：,o,S光,(三)实测示功图及分析,4、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。由于摩擦力的存在，示功图成条带状（如右图所示）。,(三)实测示功图及分析,4、漏失影响的示功图（3）双凡尔漏失的示功图,双凡尔漏失即吸入部分与排出部分同时漏失，它的示功图是吸入部分与排出部分分别漏失时的示功图叠加，近似于椭圆形，位于最大理论载荷线和最小理论载荷线之间。,特点：四角圆滑，两头尖。,(三)

20、实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,双凡尔漏失例题：该井泵挂1813m，冲程3m，冲次8次/min，含水54%，日产液16.5t,动液面516m，由于上下阀均漏失，泵效只有24%。这类功图的主要特点是：四角消失，中间粗；两头尖，形如梭状。,4、漏失影响的示功图（4）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,(三)实测示功图及分析,4、漏失影响的示功图（4）油管漏失的示功图,使该井产量明显减少、泵

21、效低，用蹩压的方法证实蹩不起压力，而套管环空的动液面却在升高。措施：热洗；碰泵；作业检管、检泵,h,P,S,A,B,D,C,o,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,例题：抽油机井工作参数为70*3*5，液量为21.6m3/d，泵挂深度为1192m，测动液面为728m，试分析该井工况情况。答：（1）计算泵效：（2）计算沉没度：H沉=H泵H动=1192728=464m(3)分析工况：通过以上计算得出：该井沉没度在300m左右，处在合理的范围，但泵效较低，所以该井在工况图中的位置为漏失区。（4）相应措施：碰泵、热洗、检泵作业。,5、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

22、脱点以上的抽油杆柱在液体中的重量，悬点载荷不变，只是由于摩擦力的存在，使上下载荷线不重合，成条带状。,(三)实测示功图及分析,示功图的位置取决于断脱点的位置：断脱点离井口越近，示功图越接近横坐标(基线)，如右图（1）所示；断脱点离井口越远，示功图越接近最小理论载荷线，如图（2）所示。,（1）,（2）,5、抽油杆断脱影响的示功图,(三)实测示功图及分析,h,由此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,5、抽油杆断脱影响的示功图,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,5、抽油杆断脱影响

23、的示功图例题：该井不出油，地面功图判断是抽油杆上部断。泵挂深度1489m，38mm,冲程2.4m,冲数6次/min,动液面716m.措施：对扣；作业检杆。,(三)实测示功图及分析,例题：某井油层中部深度1800m，流压9.6MPa，沉没压力为4.0MPa，正常时上下行电流分别为42A和38A，抽油杆断脱后上下行电流分别为28A和40A，试计算断脱点位置。（混合液相对密度为0.94）,(三)实测示功图及分析,解：,答：断脱点位置为802.7m。,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。细小砂粒随着油流进入泵内，使柱塞在整个行程中或在某

24、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。,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,6、油层出砂影响的示功图,特点：载荷线上出现不规则锯齿状尖峰，图形仍为一类似平行四边形,措施：作业冲砂；选择合理的工作制度；下防砂装置；人工井壁防砂。,(三)实测示功图及分析,例题：某油井地面采用CYJ12-4.2-73HB生产，下泵深度980米、泵径70毫米、冲程4.2米、冲次6次/分。10月5号液面300米、日产液量74.2吨，10月11号日产液量58吨、液面270米

25、。10月15号日产液0吨、液面50米。5号、11号、27号测示功图如下，请分析该井目前存在问题，提出下部措施。,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,答案：该井从10月5号产量一直处于下降趋势，而液面一直在上升。液面上升的原因主要是产量下降造成的，从示功图上可以看出该井10月5号生产正常泵效良好，10月11号产量下降，示功图显示为油井出砂，由于出砂造成泵漏失，从而导致产量下降，10月15号由于出砂，进一步加剧导致固定凡尔卡死在凡尔座，井底原油无法进入泵筒，导致不出油。对于出砂的，该井首先要进行大排量洗井、配合碰泵，利用碰泵产生的震动、使固定凡尔解卡、借助上返的液流将砂冲出，然后将泵提

26、出工作筒进行大排量冲砂以巩固洗井效果。热洗成功后调低生产参数生产。热洗不成功时要上作业冲砂和防砂措施。,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,特点：示功图超出上下理论载荷线范围，且在上下载荷线上出现波状弯曲。,(三)实测示功图及分析,(三)实测示功图及分析,7、油井结蜡影响的示功图例题：该井泵挂深度1230m，44mm,冲程3m,冲数8次/min,动液面1278m，日产液9t，含水18.5%，有结蜡特征如图16。措施：定期加防蜡剂；定期热洗；下防蜡装置；装井口掺水流程；玻璃油管或涂料油管防蜡,(三)实测示功图及分析,