抽油機井參數(shù)的分析

1、有桿抽油設(shè)備 第四節(jié) 抽油機井參數(shù)的分析與計算第三節(jié)第三節(jié) 抽油機井參數(shù)的分析與計算抽油機井參數(shù)的分析與計算一、抽油機懸點載荷及其計算一、抽油機懸點載荷及其計算抽油機工作時驢頭懸點始終承受著上下往復(fù)變化載荷，如圖19所示。 1計算懸點最大和最小載荷的一般公式 根據(jù)對懸點所承受的各種載荷的分析，抽油機工作時，上、下沖程中懸點載荷的組成是不同的。最大載荷發(fā)生在上沖程中，最小載荷發(fā)生在下沖程中，其值分別如下： Pmax=Wr+W1+Iu+Phu+Fu+Pv PminWrIdPhdFd一Pv 如前所述，在下泵深度及沉沒度不很大、井口回壓及沖數(shù)不甚高的稀油直井內(nèi)，在計算最大和最小載荷時，通常可以忽略Pv

2、、Fu、Ph及液柱慣性載荷。 圖19 抽油機井示意圖2靜載荷： 以物理學(xué)分析的方法，這種交變載荷可分為靜載荷、動載荷、摩擦載荷，而理論和現(xiàn)場實踐都已證明摩擦載荷與靜載荷、動載荷相比可以忽略不計，所以這里首先重點介紹靜載荷。 是指不隨運動變化的載荷。由圖9可知，抽油機上行(上沖程)時，游動閥是關(guān)閉的，懸點(光桿)所受靜載荷為(抽油桿重、活塞截面以上的液柱重) 靜載荷的計算 (1)抽油桿(柱)重： Wrfr桿gL (2)活塞上的液柱載荷： Wl(F一fr)gL (3)在液體中抽油桿(柱)重： Wrfr (桿一)gL (4)懸點的靜載荷 由上分析可知， 上沖程時懸點的靜載荷 P上Wr+Wl fr桿g

3、L+(F一fr)gL =fr (桿一)gL + FgL =Wr+Wl 下沖程時懸點的靜載荷 P下Wr二、抽油機井理論示功圖二、抽油機井理論示功圖（又稱為靜力示功圖）（又稱為靜力示功圖） 抽油機井理論示功圖是描繪抽油機井驢頭懸點載荷與光桿位移的關(guān)系曲線，它是解釋前面介紹的抽油泵(深井泵)抽吸狀況最有效的手段，其基礎(chǔ)是理論示功圖。 圖110 抽油機井理論示功圖1理論示功圖理論示功圖 理論示功圖是在一定理想條件下繪制出來的，主要是用來與實測示功圖進行對比分析，以此來判斷深井泵的工作狀況。其理想條件為： 1)假設(shè)泵、管沒有漏失，泵正常工作； 2)油層供液能力充足，泵充滿程度良好； 3)不考慮動載荷的影

4、響； 4)不考慮砂、蠟、稠油的影響； 5)不考慮油井連抽帶噴； 6)認為進入泵的液體是不可壓縮的，閥是瞬時開閉的。 這樣抽油機井驢頭懸點光桿處載荷與位移的關(guān)系建立在直角坐標(biāo)系的圖形就稱為理論示功圖，如圖110所示。 （1）靜載荷的變化規(guī)律分析圖111 抽油桿和油管彈性伸縮示意圖由此，懸點的有效沖程即柱塞工作沖程： SpS(r+t)S一式中 沖程損失。值可以根據(jù)虎克定律來計算：注意，抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變的，因此，它們不會影響柱塞沖程。2、理論示功圖的分析、理論示功圖的分析 圖1l0中各條曲線的意義分別是：由ABCD構(gòu)成的平行四邊形就是理論示功圖，縱坐標(biāo)為懸點載荷，

5、橫坐標(biāo)為沖程。 AB線段為增載線，即驢頭從下死點(A)開始上行，游動閥關(guān)閉，活塞以上油管內(nèi)液柱重Wl和桿重Wr都作用于驢頭懸點上，并使桿(變長)、管(減載荷縮短)發(fā)生彈性變形，直到B點極限，活塞并沒有跟著光桿發(fā)生位移，而這一段變形量就稱為沖程損失入，包括桿損r，和管損t，此過程中固定閥并沒有打開,直到B點。 BC線段為上載荷線，即桿管彈性變形結(jié)束，載荷增至最大(W上Wr +W1 )，活塞開始跟光桿同步上行至上死點C，此過程中固定閥打開，泵筒進油(液)，井口排液，此過程為上沖的有效沖程；到達C點后，上沖程完畢，開始下沖程。 CD線段為卸載線，即驢頭開始下行，游動閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，但固定閥開始關(guān)閉

6、。此時懸點載荷在變小，桿管與前一過程發(fā)生相反的彈性變形，直至D點活塞并沒有跟著桿一起下行，其沖程損失也是(r+t)。 DA線段為下載荷線，即桿管彈性變形結(jié)束，載荷降至最小(Wr )，活塞開始跟光桿同步下行至下死點A，此過程中固定閥關(guān)閉，游動閥打開，油管進液，此過程為下沖程的有效沖程。 圖110中AC為光桿沖程，AD為活塞沖程。 三實測示功圖三實測示功圖 實測示功圖是由專門測試儀器在抽油機井口懸繩器處測得，如圖1l2所示。是由測試記錄筆畫的不規(guī)則的封閉曲ABCD和預(yù)先設(shè)定的基線(S)組成，縱坐標(biāo)方向表示驢頭懸點載荷的大小。橫坐標(biāo)表示懸點的相對位移。 圖112 抽油機井實測示功圖實測最大載荷和最小

7、載荷 由圖形中最高、最低位置B、D點量出高度，再由測試儀的力比力比(實際值與圖上數(shù)值的比)就可以計算出本井懸點實測最大載荷和最小載荷。 由圖形中A點到C點橫向(水平)量出其長度，再由測試儀的減程比減程比(實際長度值與圖上數(shù)值的比)就可以計算出本井光桿的最大沖程。 抽油機井實測示功圖對抽油機井的日常管理和抽油狀況分析是相當(dāng)重要的，生產(chǎn)現(xiàn)場可對實測的示功圖與該井的理論示功圖進行對比分析。 把理論示功圖繪制在實測示功圖上的方法(1-)以實測示功圖的基線(沖程線)為橫坐標(biāo)，在基線的左端作縱坐標(biāo)表示載荷線(光桿載荷)； (2)根據(jù)油井抽吸參數(shù)計算出W/r和W/l的值，計算公式見上述。然后再由測試儀器(動

8、力儀)的力比計算出W/r和W/l在示功圖上的值； (3)沖程損失的計算：計算公式見前述。由于其計算較復(fù)雜，現(xiàn)場多數(shù)不進行具體數(shù)值計算，實際上也不影響分析； (4)根據(jù)W/r和W/l在示功圖上的數(shù)值大小，畫在實測示功圖上，其橫向長短與基線相同，如圖11中的虛線AD與BC。 3考慮慣性載荷和振動載荷后考慮慣性載荷和振動載荷后的理論示功圖的理論示功圖 在實際計算慣性載荷時，通常只計算其最大值。其經(jīng)驗計算公式為： Imax=WrSn2/1440圖113 考慮慣性和振動后的理論示功圖4、驢頭懸點最大載荷、最小載荷的計算、驢頭懸點最大載荷、最小載荷的計算 根據(jù)抽油機運動的特點，抽油機在上下沖程中懸點載荷是

9、不同的，上沖程時為最大載荷，下沖程時為最小載荷。在忽略摩擦載荷和振動載荷的條件下，其計算公式如下： PmaxWr +W1 + Imax PminWl一Imax 如果把抽油機驢頭懸點看作曲柄滑塊機構(gòu)運動，曲柄旋轉(zhuǎn)半徑與連桿長度之比為14，且只考慮液柱、桿及桿柱慣性載荷時，可用下列經(jīng)驗公式進行計算： PmaxWl+Wr(b+Sn21440) 。 Pmin、Wr(b一Sn21440) 式中，b1一液鋼 如果把抽油機驢頭懸點看作簡諧運動，并考慮液柱的慣性載荷時，可用下列經(jīng)驗公式進行計算： Pmax(Wl+Wr)(1+S n21790) PminWr(1一S n21790) 經(jīng)過以上分析，可以得出以下結(jié)

10、論： 一般情況下，游梁式抽油機懸點的最大載荷發(fā)游梁式抽油機懸點的最大載荷發(fā)生在上沖程靜變形結(jié)束后的一瞬間；最小載荷生在上沖程靜變形結(jié)束后的一瞬間；最小載荷發(fā)生在下沖程靜變形結(jié)束后的一瞬間。發(fā)生在下沖程靜變形結(jié)束后的一瞬間。 四、典型的實測示功圖分析四、典型的實測示功圖分析 典型示功圖是指某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。在實際情況下，雖然有多種因素影響示功圖的形狀，但總有其主要因素，所以，示功圖的形狀也就反映著主要因素影響下的特征。 1、氣體和余隙容積對示功圖的影響、氣體和余隙容積對示功圖的影響 余隙越大，殘存的氣量越多，泵口壓力越低，則吸入閥打開滯后得越多，

11、即BB線越長。 下沖程時，氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，卸載變慢(如CD)，使排出閥滯后打開(D點)。 泵的余隙越大，進入泵內(nèi)的氣量越多，則DD線越長，示功圖的“刀把”越明顯。當(dāng)進泵氣量很大而沉沒壓力很低時，泵內(nèi)氣體處于反復(fù)壓縮和膨脹狀態(tài)，吸入和排出閥處于關(guān)閉狀態(tài)，出現(xiàn)“氣鎖”，如圖114的點畫線所示。但氣鎖會因沉沒壓力升高而自動解除。 氣體和余隙容積使泵的有效沖程變小，示功圖面積變小，泵效降低。 圖1114 有氣體影響的示功圖2、沉沒度的影響、沉沒度的影響 當(dāng)沉沒度過小及供油不足使液體不能充滿工作筒時的示功圖如圖115所示。充不滿的圖形特點是下沖程中懸點載荷不能立即減小，只有當(dāng)柱塞遇到液

12、面時，才迅速卸載。所以，卸載線較氣體影響的卸載線(圖114)上的凸形弧線(CD)陡而直。 有時，當(dāng)柱塞碰到液面時，振動載荷線會出現(xiàn)波浪?？焖俪榧硶r往往因撞擊液面而發(fā)生較大的沖擊載荷，使圖形變形得很厲害。 圖115 沉沒度太小的示功圖3漏失對示功圖的影響漏失對示功圖的影響 1)游動閥、柱塞與泵筒間的漏失 由于游動閥、柱塞與泵筒間漏失的影響，固定閥在B點才打開，滯后了BB這樣一段柱塞行程；而在接近上沖程時又在C點提前關(guān)閉。這樣柱塞的有效吸入沖程為BC，在此情況下使示功圖變小，泵效降低。 當(dāng)漏失量很大時，由于漏失液體對柱塞的“充填”作用很大，上沖程載荷遠低于最大載荷，如圖116中的AC”所示，吸入閥

13、始終是關(guān)閉的，泵的排量等于零，泵效為零。 圖116 泵排出部分漏失的示功圖2)固定閥漏失 下沖程開始后，由于固定閥漏失，泵內(nèi)壓力不能及時提高而延緩了卸載過程(圖117的CD線)，同時使游動閥不能及時打開。只有當(dāng)柱塞速度大于漏失速度后，泵內(nèi)壓力提高到大于液柱壓力，才將排出閥打開，而卸去液柱載荷。下沖程的后半沖程中因柱塞速度減小，當(dāng)小于漏失速度時，泵內(nèi)壓力降低使游動閥提前關(guān)閉(A點)，懸點提前加載。到達下死點時，懸點載荷已增加到A”。 由于固定閥的漏失而造成排出閥打開滯后(DD)和提前關(guān)閉(AA)，活塞的有效排出沖程為DA。這種情況下使泵效降低。 圖117 固定閥漏失極限情況 當(dāng)吸入閥嚴重漏失時，

14、排出閥一直不能打開，懸點不能卸載(圖118)。 吸入部分和排出部分同時漏失時的示功圖是分別漏失時的圖形的疊合，近似于橢圓形(圖119)。圖118 固定閥嚴重漏失圖1119 吸入閥和排出閥同時漏失4柱塞遇卡的示功圖柱塞遇卡的示功圖 柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。圖120為柱塞卡在泵筒中部時的實測示功圖。上沖程中，懸點載荷先是緩慢增加，將被壓縮而彎曲的抽油桿柱拉直，到達卡死點位置后，抽油桿柱受拉而伸長，懸點載荷以較大的比例增加。下沖程中，先是恢復(fù)彈性變形，到達卡死點后，抽油桿柱被壓縮而發(fā)生彎曲。所以，在卡死點的前后段，懸點以

15、不同的比例增載或減載，示功圖出現(xiàn)兩個斜率段。 圖1-20 活塞卡在泵筒中部4帶噴井的示功圖帶噴井的示功圖 對于具有一定自噴能力的抽油井，抽汲實際上只起誘噴和助噴作用。在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢的強弱及抽汲液體的粘度。圖121和122為不同噴勢及不同粘度的帶噴井的實測示功圖。 圖1-21 噴勢強、油稀帶噴圖1-22 噴勢弱、油稠帶噴5抽油桿斷脫的示功圖抽油桿斷脫的示功圖 抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力的作用，才使上、下載荷線不重合。圖形的位置取決于斷脫點的位置。圖123為抽油

16、桿柱在接近中部斷脫時的示功圖。 抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來估算： L=hC/(bqrg) 斷脫位置比較低的示功圖同有些帶噴井的示功圖在形狀上是相似的。但帶噴井泵效高、產(chǎn)量大，而抽油桿柱斷脫的井的產(chǎn)量卻等于零 圖1-23 抽油桿斷脫6其它情況其它情況 油井結(jié)蠟及出砂和活塞在泵筒中下入位置不當(dāng)，都會反映在示功圖上。如圖124及圖125分別為出砂井和結(jié)蠟井在正常抽油時所測得的示功圖。圖1-24 出砂井圖1-25 結(jié)蠟井其他情況 圖126為管式泵活塞下得過高，在上沖程中活塞全部脫出工作筒的油井所測得的示功圖。由于活塞脫出工作筒，在上沖程中懸點突然卸載。圖127為防沖距過小，活塞在，下死點與固定閥相撞的示功圖。 圖1-26 管式泵活塞脫出工作筒圖1-27 防沖距過