示功圖繪制及分析課件

1、理論示功圖的繪制及實測示功圖分析目 錄一、測示功圖的目的和意義二、理論示功圖的繪制及分析三、實測示功圖分析示功圖： 示功儀在抽油機一個抽吸周期內(nèi)測取的封閉曲線。測試目的： 分析和解釋示功圖，可以了解深井泵在井下工作狀況，可以結(jié)合有關(guān)資料，來分析判斷油井工作制度是否合理，找出影響泵效或抽不出油來的原因以制定合理的采油工藝措施和檢泵周期。（一）油井測示功圖的目的和意義 活塞上行，游動凡爾在油管內(nèi)液柱壓力作用下關(guān)閉，當沉沒壓力大于泵筒內(nèi)壓力時，固定凡爾打開，井內(nèi)液體進入泵筒內(nèi)，同時在井口排出相當于沖程長度的一段液體。上沖程：（一）油井測示功圖的目的和意義下沖程： 活塞下行，泵筒內(nèi)壓力增大固定凡爾關(guān)閉

2、，活塞繼續(xù)下行當泵筒內(nèi)壓力大于活塞以上液柱壓力時，游動凡爾打開，泵筒內(nèi)液體進入油管，同時在井口排出相當于沖程長度光桿體積的一段液體。（一）油井測示功圖的目的和意義（二）、理論示功圖的繪制一、編制前的準備工作準備工作直尺、鉛筆、橡皮、計算器抽油井的有關(guān)參數(shù)示功圖力比、減程比SPS活B ADDP桿B P大CP液（二）、理論示功圖的繪制 圖中橫坐標代表沖程，縱坐標代表懸點承受的載荷。AB線表示懸點上行時，液柱負荷由油管傳遞到懸點的過程，叫加載線。B,B線是活塞與泵筒發(fā)生相對位移以前，懸點上行的距離（沖程損失）。BC線表示加載完畢后，懸點以不變的負荷（P大）上行到上死點（C）。CD線表示下沖程開始后，

3、液柱負荷由懸點轉(zhuǎn)移到油管的過程，叫卸載線。DD，段相當于活塞與泵筒發(fā)生位移之前，懸點下移的距離（沖程損失）。卸載完畢后，懸點以不變的負荷（P?。㏄1桿到達下死點A。P小（二）、理論示功圖的繪制示功圖中各項的意義如上圖: 四個點： A點-驢頭下死點; B點-固定閥打開，游動閥關(guān)閉，活塞開始上行； C點-驢頭上死點，活塞運行到最高點（上死點）； D點-固定閥關(guān)閉，游動閥打開，活塞開始下行；六條線： AB線-增載線； BC線-活塞上行程線，也是最大載荷線； CD線-卸載線； DA線-活塞下行程線，也是最小載荷線； ABC線-驢頭上行程線； CDA線-驢頭下行程線； ABCD-是四邊形的閉合面積； S

4、-光桿沖程； Sp-活塞行程； 入-沖程損失 （二）、理論示功圖的繪制 1、以實測圖的基線為橫坐標表示沖程；通過實測圖的最左端做縱坐標，表示光桿上的負荷。 (沖程)SP0(負荷)（二）、理論示功圖的繪制 2.根據(jù)該井的抽汲參數(shù)，求出P桿、P液。然后根據(jù)P桿、P液實測時支點的力比(驢頭負荷/驢頭負荷在圖上的長度)，計算出P桿和P液在圖上的位置。分別以P桿、P液為高作橫坐標的平行線，使BC=AD=S光，最左端到最右端的長度為光桿沖程S光（減程比沖程在圖上的長度/光桿實際沖程）。 P桿 q桿L P液 q液L P桿抽油桿柱在井內(nèi)液體中的重量，牛頓；P液活塞以上液 柱重量，牛頓；q桿每米抽油桿在液體中的

5、重量，牛頓/米； q液活塞以上每米液柱重量，牛頓/米；L抽油桿長度，米。P液PS0BCS光ADP桿（二）、理論示功圖的繪制（二）、理論示功圖的繪制3、求出及其在示功圖上的長度（根據(jù)減程比來畫）。 在圖上畫出AB線和CD線，則平行四邊形ABCD即為繪制的理論示功圖。 = 1+ 2= P 液L/Ef桿+ P 液L/Ef管 = P 液L/E (1/ f桿+1/ f管) 沖程損失，米； 1 抽油桿伸縮長度，米；2 油管柱伸縮長度，米； E 彈性系數(shù)，2.1107牛/米2； f桿抽油桿截面積，平方米；f管油管環(huán)形截面積，平方米。BCBDS活S活P液PS0BCS光AD P桿（二）、理論示功圖的繪制（二）、

6、理論示功圖的繪制例題： 某井采用62mm的油管(f管為11.9cm2）,19mm的抽油桿(f 桿為2.85cm 2），泵徑為38mm，下泵深度800m，沖程1.5m，原油密度860kg/m3，力比為810N/mm ，減程比為1:30，繪制出該井的理論示功圖。已知： f管11.9cm2 ， f 桿2.85cm 2，泵徑為38mm，L=800m，S光=1.5m，油860kg/m3 ，E=2.1107N/cm2，力比：810N/mm，減程比為：1:30。 （二）、理論示功圖的繪制其中： P桿=Wr 表示抽油桿（柱）在空氣中的重量Wr=frpsgL式中：Wr桿中 N fr-桿截面積，mm2 ps鋼的相

7、對密度； g重力加速度，9.8m/s2 L桿長，m其中： W1= P液 表示活塞上的液柱載荷W1=（fp-fr)Lpg式中： W1液柱重，N fp泵截面積，mm2 p-液體相對密度。 W1 ：表示在液體中抽油桿柱的重量W1=fr(ps-p)gL慣性載荷：W慣= Wr (Sn2/1440)驢頭懸點最大慣性載荷：W最大= Wr+ W1+ W慣驢頭懸點最大慣性載荷：W最小= W1-W慣在相對密度0.9的原油中3.703.713.744.174.912512.722.732.753.073.80227/82.042.052.062.302.85193/41.451.461.471.642.00165/

8、8在相對密度0.86的原油中在相對密度0.8的原油中在空氣中抽油桿密度,kg/m截面積 cm2直徑 mm公稱直徑 in 抽油桿在空氣和不同密度原油中的重度（二）、理論示功圖的繪制抽油泵直徑mm 活塞以上每米液柱重量，kg/m在相對密度0.80的原油中在相對密度0.86的原油中在相對密度0.90的原油中280.490.530.56320.640.690.72380.910.971.02441.221.311.37561.972.122.22703.083.313.46各種泵徑在不同原油相對密度的液柱重量（二）、理論示功圖的繪制第一步：作直角坐標系，以實測圖的基線為橫坐標表示沖程；通過實測圖的最左

9、端做縱坐標，表示光桿上的負荷。(沖程)SP0(負荷)（二）、理論示功圖的繪制第二步：計算抽油桿柱在該井液體中的重量與活塞以上液柱重量查表知：q桿=2.05kg/m=20.09N/m； q液=0.97kg/m=9.506N/m，則：P桿 q桿L20.09800=16072N P液 q液L 9.506800 7604.8N解：（二）、理論示功圖的繪制下沖程：OA P桿/力比16072/810=19.8mm上沖程：OB= （P液+P桿)/力比 （7604.8 16072 ）/810 9.419.8 29.2mm光桿沖程在圖上的長度為AD =1500/30=50mm第三步：計算光桿負荷在縱坐標上的長度

10、（二）、理論示功圖的繪制=P液L/E (1/ f桿+1/ f管) = 7604.8800/2.1107(1/2.85+1/11.9) =0.126m =126mm沖程損失在圖上的長度BB=DD=126/30=4.2mm第四步：求出沖程損失在圖上的長度，并畫出 理論示功圖。（二）、理論示功圖的繪制PSo9.4BC50AD19.8S活S活BD4.24.2（二）、理論示功圖的繪制(三)實測示功圖及分析典型實測示功圖分析 抽油機井典型示功圖是指在理論示功圖的基礎(chǔ)上，只考慮某一因素影響下的載荷隨位移的變化關(guān)系曲線。 典型示功圖可作為生產(chǎn)現(xiàn)場判斷抽油機泵工況的參考依據(jù)，也是綜合分析實測示功圖的第一步。1、

11、泵工作正常的示功圖特點：近似平行四邊形PSABDCo有振動載荷影響時： 近似平行四邊形，上下載荷線為逐漸減弱的波浪線。(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析1、泵工作正常的示功圖例題: 該井泵掛深度1517m，44mm,沖程2.6m,沖數(shù)9次/min,動液面1051m，日產(chǎn)液30.5t，含水71.4%，生產(chǎn)正常,泵閥不漏，抽油桿柱有振動影響。對于抽油桿柱有明顯振動的井，要注意避免“共振”造成經(jīng)常斷脫。PSABDCo 考慮慣性載荷時，是把慣性載荷疊加在靜載荷上。 示功圖特點：平行四邊形會順時針旋轉(zhuǎn)一個角度，慣性力越大，旋轉(zhuǎn)角度越大。 形成原因： 慣性載荷在上沖程前半沖程增加懸點載荷，后半沖

12、程減小懸點載荷。 在下沖程前半沖程減小懸點載荷，后半沖程增加懸點載荷。 (三)實測示功圖及分析2、氣體影響示功圖PSABD 由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定數(shù)量的溶解氣和壓縮氣，上沖程開始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能很快降低，加載變慢，使吸入閥打開滯后（B點）C 殘存的氣量越多，泵口壓力越低，則吸入閥打開滯后的越多，即B B線越長。 B C 線為上沖程柱塞有效沖程。oB (三)實測示功圖及分析2、氣體影響示功圖PSABD 下沖程時，氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，卸載變慢，使排出閥滯后打開（ 圖中D 點）。BC 泵的余隙越大，進入泵內(nèi)的氣量越多，則DD 線越長。 D A線為下沖程柱塞有效沖程。

13、Do特點：增載、卸載緩慢(三)實測示功圖及分析2、氣體影響示功圖 而當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”現(xiàn)象。如圖中點畫線所示：PSABDBCDo(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析2、氣體影響示功圖例題： 該井泵掛深度1678m，38mm,沖程2.6m,沖數(shù)8次/min,動液面1417m，日產(chǎn)液4.5t，含水75%，泵效16.9%，從功圖判斷，該井受氣體影響。采取措施： 合理控制套管氣；加深泵掛；加裝防氣裝置；減小防沖距，縮小余隙容積。余隙容積: 是指在下死點時活塞游動凡爾與固定凡爾之間的泵筒內(nèi)的體積。 3、充不滿影響

14、的示功圖PSABD 當沉沒度過小或供液不足使液體不能充滿工作筒時，均會影響示功圖的形狀。C特點：卸載線平行左移，液面越低，左移距離越大。 下沖程由于泵筒中液體充不滿，懸點載荷不能立即減小，只有當柱塞遇到液面時，才迅速卸載，卸載線與增載線平行，卸載點較理論示功圖卸載點左移（如圖中D 點）D o1(三)實測示功圖及分析3、充不滿影響的示功圖 充不滿程度越嚴重，則卸載線越往左移。（如右圖2、3所示） 有時，當柱塞碰到液面時，產(chǎn)生振動，最小載荷線會出現(xiàn)波浪線。123PSABDCDo(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析例題： 請繪出泵工作正常但地層供液不足的示功圖，并簡要說明。如圖所示：該類功圖

15、的基本特點是：（1）增載正常，卸載緩慢；（2）上下線平行，左右線基本平行；（3）整體形狀如一把帶把的菜刀，供液越差，刀把越長。原因：上沖程時，由于供液不足，吸入的液體未能將工作筒充滿；下沖程時，懸點載荷不能立即減少，只有活塞下行碰到液面時開始減載；活塞下行速度快，碰到液面時會發(fā)生振動，產(chǎn)生較大的沖擊載荷，使減載線變陡。(三)實測示功圖及分析3、充不滿影響的示功圖例題： 該井泵深1006 m，沉沒度200 m，由于油層供液能力差，沉沒度小，本圖特點是供液不足，抽油桿有振動。措施： 加深泵掛；采取合理的抽汲措施；調(diào)整對應(yīng)注水井注水量；采取壓裂、酸化等增產(chǎn)措施；采取間歇抽油方式。(三)實測示功圖及分

16、析例題： 某抽油機井油層中部深度為2420m，靜壓為9.61MPa,原油比重為8.62*103N/m3，氣油比為15.3m3/t，泵效為13%，含水為20%，含砂為0.2%，套壓0.784 MPa，壓差控制在1.961 MPa比較合理，泵掛深度為1873.6m，試分析該井工況。（1）計算沉沒度：（2）分析工況： 通過以上計算得出：該井沉沒度在50m，處在不合理的范圍，并且泵效較低，所以該井在工況圖中的位置為供液不足區(qū)。4、漏失影響的示功圖PSABD （1）排出部分漏失C 上沖程時，泵內(nèi)壓力降低，柱塞兩端產(chǎn)生壓差，使柱塞上面的液體經(jīng)過排出部分的不嚴密處（閥及柱塞與襯套的間隙）漏到柱塞下部的工作筒

17、內(nèi)，漏失速度隨柱塞下面壓力的減小而增大。由于漏失到柱塞下面的液體有向上的“頂托”作用，懸點載荷不能及時上升到最大值，使加載緩慢。o(三)實測示功圖及分析4、漏失影響的示功圖PSABD （1）排出部分漏失C 隨著懸點運動的加快，“頂托”作用相對減小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬間，懸點載荷達到最大載荷（如圖中B點）oB(三)實測示功圖及分析 當柱塞繼續(xù)上行到后半沖程時，因柱塞上行速度又逐漸減慢，在柱塞速度小于漏失速度瞬間（如圖中C點），又出現(xiàn)了液體的“頂托”作用，使懸點負荷提前卸載。到上死點時懸點載荷已降至C點。4、漏失影響的示功圖（1）排出部分漏失PABDCBCS 下沖程，排出部分漏失不影

18、響泵的工作。因此，示功圖形狀與理論示功圖相似。DoC(三)實測示功圖及分析 由于排出部分漏失的影響，吸入閥在B點才打開，滯后了BB這樣一段柱塞沖程；PABDCCS4、漏失影響的示功圖（1）排出部分漏失 而在接近上死點時又在C點提前關(guān)閉。這樣柱塞的有效吸入行程為BC。 漏失量越大， BC線越短。在此情況下的泵效:CDoB(三)實測示功圖及分析 當漏失量很大時，由于漏失液對柱塞的“頂托”作用很大，上沖程載荷遠低于最大載荷，如圖中AC所示，吸入閥始終是關(guān)閉的，泵的排量等于零。4、漏失影響的示功圖（1）排出部分漏失PABDCBCCSBCDCo特點： 卸載提前，增載緩慢。左下角變尖，右上角變圓，為一向上

19、的拱形。(三)實測示功圖及分析A 4、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失PSABDCD 下沖程開始后，由于吸入閥漏失，泵內(nèi)壓力不能及時提高而延緩了卸載過程，使排出閥不能及時打開。只有當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，將排出閥打開而卸去液柱載荷（如圖中D 點） 。 懸點以最小載荷繼續(xù)下行，直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬間 （如圖中A 點） 。o(三)實測示功圖及分析 泵內(nèi)壓力降低使排出閥提前關(guān)閉，懸點提前加載,到達下死點時，懸點載荷已增加到 A。4、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失PSABDCBD A 上沖程，吸入部分漏失不影響泵的工作，示功圖形狀與理論示功圖形狀相近。A

20、 O特點：增載提前，卸載緩慢。右上角變尖，左下角變圓，為一向下的拱形。(三)實測示功圖及分析4、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失PSABDCBDA 由于吸入部分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D A 。 在此情況下的泵效計算公式為：AoS光(三)實測示功圖及分析 4、漏失影響的示功圖（2）吸入部分漏失 當吸入閥嚴重漏失時，排出閥一直不能打開，懸點不能卸載。示功圖位于最大理論載荷線附近。由于摩擦力的存在，示功圖成條帶狀（如右圖所示）。(三)實測示功圖及分析 4、漏失影響的示功圖（3）雙凡爾漏失的示功圖 雙凡爾漏失即吸入部分與排出部分同時漏失，它的示

21、功圖是吸入部分與排出部分分別漏失時的示功圖疊加，近似于橢圓形，位于最大理論載荷線和最小理論載荷線之間。特點：四角圓滑，兩頭尖。(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析雙凡爾漏失 例題： 該井泵掛1813m，沖程3m，沖次8次/min，含水54%，日產(chǎn)液16.5t,動液面516m，由于上下閥均漏失，泵效只有24%。這類功圖的主要特點是：四角消失，中間粗；兩頭尖，形如梭狀。 4、漏失影響的示功圖（4）油管漏失的示功圖 油管漏失不是泵本身的問題，所以示功圖形狀與理論示功圖形狀相近，只是由于進入油管的液體會從漏失處漏入油管、套管的環(huán)形空間，使作用于懸點上的液柱載荷減小，不能達到最大理論載荷值，(如

22、右圖所示）。PSABDCo(三)實測示功圖及分析4、漏失影響的示功圖（4）油管漏失的示功圖 使該井產(chǎn)量明顯減少、泵效低，用蹩壓的方法證實蹩不起壓力，而套管環(huán)空的動液面卻在升高。措施： 熱洗；碰泵；作業(yè)檢管、檢泵 式中 ： 活塞以上每米液柱重量， kN/mL 漏失點距井口深度， mh 漏失點距井口在圖上的高度， mmC 力比 ， kN/mmhPSABDCo(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析例題： 抽油機井工作參數(shù)為70*3*5，液量為21.6m3/d，泵掛深度為1192m，測動液面為728m，試分析該井工況情況。答：（1）計算泵效： （2）計算沉沒度：H沉=H泵H動=1192728=4

23、64m (3)分析工況： 通過以上計算得出：該井沉沒度在300m左右，處在合理的范圍，但泵效較低，所以該井在工況圖中的位置為漏失區(qū)。 （4）相應(yīng)措施：碰泵、熱洗、檢泵作業(yè)。5、抽油桿斷脫影響的示功圖 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在液體中的重量，懸點載荷不變，只是由于摩擦力的存在，使上下載荷線不重合，成條帶狀。(三)實測示功圖及分析 示功圖的位置取決于斷脫點的位置：斷脫點離井口越近，示功圖越接近橫坐標(基線)，如右圖（1）所示；斷脫點離井口越遠，示功圖越接近最小理論載荷線，如圖（2）所示。（1）（2）5、抽油桿斷脫影響的示功圖 (三)實測示功圖及分析h 由此示功圖可計算斷脫

24、點至井口的距離： 式中 L 斷脫點距井口距離,m 每米抽油桿在液體中重量,KN/m h 示功圖中線到橫坐標的距離,mm C 力比,KN/mm 5、抽油桿斷脫影響的示功圖 (三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析 5、抽油桿斷脫影響的示功圖例題： 該井不出油，地面功圖判斷是抽油桿上部斷。泵掛深度1489m，38mm,沖程2.4m,沖數(shù)6次/min,動液面716m.措施： 對扣；作業(yè)檢桿。(三)實測示功圖及分析例題： 某井油層中部深度1800m，流壓9.6MPa，沉沒壓力為4.0MPa，正常時上下行電流分別為42A和38A，抽油桿斷脫后上下行電流分別為28A和40A，試計算斷脫點位置。（混合液

25、相對密度為0.94）(三)實測示功圖及分析解：答：斷脫點位置為802.7m。6、油層出砂影響的示功圖 油層出砂主要是因為地層膠接疏松或生產(chǎn)壓差過大，在生產(chǎn)過程中使砂粒移動而成的。細小砂粒隨著油流進入泵內(nèi)，使柱塞在整個行程中或在某個區(qū)域，增加一個附加阻力。上沖程附加阻力使懸點載荷增加，下沖程附加阻力使懸點載荷減小。由于砂粒在各處分布的大小不同，影響的大小也不同，致使懸點載荷會在短時間內(nèi)發(fā)生多次急劇變化。(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析6、油層出砂影響的示功圖特點： 載荷線上出現(xiàn)不規(guī)則鋸齒狀尖峰，圖形仍為一類似平行四邊形措施： 作業(yè)沖砂；選擇合理的工作制度；下防砂裝置；人工井壁防砂。(

26、三)實測示功圖及分析例題： 某油井地面采用CYJ12-4.2-73HB生產(chǎn)，下泵深度980米、泵徑70毫米、沖程4.2米、沖次6次/分。10月5號液面300米、日產(chǎn)液量74.2噸，10月11號日產(chǎn)液量58噸、液面270米。10月15號日產(chǎn)液0噸、液面50米。5號、11號、27號測示功圖如下，請分析該井目前存在問題，提出下部措施。(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析答案： 該井從10月5號產(chǎn)量一直處于下降趨勢，而液面一直在上升。液面上升的原因主要是產(chǎn)量下降造成的，從示功圖上可以看出該井10月5號生產(chǎn)正常泵效良好，10月11號產(chǎn)量下降，示功圖顯示為油井出砂 ，由于出砂造成泵漏失，從而導(dǎo)致產(chǎn)

27、量下降，10月15號由于出砂，進一步加劇導(dǎo)致固定凡爾卡死在凡爾座，井底原油無法進入泵筒，導(dǎo)致不出油。 對于出砂的，該井首先要進行大排量洗井、配合碰泵，利用碰泵產(chǎn)生的震動、使固定凡爾解卡、借助上返的液流將砂沖出，然后將泵提出工作筒進行大排量沖砂以鞏固洗井效果。熱洗成功后調(diào)低生產(chǎn)參數(shù)生產(chǎn)。熱洗不成功時要上作業(yè)沖砂和防砂措施。7、油井結(jié)蠟影響的示功圖 由于油井結(jié)蠟，使活塞在整個行程中或某個區(qū)域增加一個附加阻力，上沖程，附加阻力使懸點載荷增加；下沖程，附加阻力使懸點載荷減小，并且會出現(xiàn)振動載荷特點：示功圖超出上下理論載荷線范圍，且在上下載荷線上出現(xiàn)波狀彎曲。(三)實測示功圖及分析(三)實測示功圖及分析7、油井結(jié)蠟影響的示功圖例題： 該井泵掛深度1230m，44mm,沖程3m,沖數(shù)8次/min,動液面1278m，日產(chǎn)液9t，含水18.5%，有結(jié)蠟特征如圖16。措施： 定期加防蠟劑；定期