油井示功图分析

二零一零年 二零一零年八八月月 工艺研究所 抽油机井示功图，可以真实反映油井生产工况。 随着高含水区块杆管偏磨，地层出砂严重，油井 失效频繁，典型示功图可作为生产现场初步判断 抽油机井泵况的参考依据。因此，应通过示功图 分析方法研究，对油井作业和实测功图进行对比，

总结典型示功图特征，以正确指导油井工况分析 和管理。

三、现场油井失效功图分析 一、理论示功图分析 二、典型示功图分析 理论示功图： 就是认为光杆只承受抽油杆柱与活塞截 面积以上液柱的静载荷时，理论上所得到的示 功图

ABC为上冲程静载变化线: 上 冲 程 A： 下死点，静载W rl ,

开 关， 关。 AB：加载线，加载过程， 关， 关。 B： 加载完毕， ， 关， 关 开。 BC：吸入过程，BC=S p ， 关，

开。 C： 上死点。   ' BB 游动阀 固定阀 CDA为下冲程静载变化线： 下 冲 程 C：上死点，静载 ， 关，开 关；

CD：卸载线，卸载过程， 关， 关； D：卸载完毕， ，关

开， 关； DA：排出过程，DA=Sp, 开， 关 （相对位移）；

A：下死点。   ' DD l r W W  游动阀 固定阀 *若不计杆管弹性，静载作用下理论示功图为矩形。 静载荷作用的理论示功图为一平行四边形。 三、现场油井失效功图分析 一、理论示功图分析 二、典型示功图分析 P S A B D 由于在下冲程末余隙内还 残存一定数量压缩的溶解气， 上冲程开始后泵内压力因气 体的膨胀而不能很快降低， 加载变慢，使吸入阀打开滞 后（B'点） B ’ 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B B'线越长 B'

C 为上冲程柱塞有效冲程 1、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（D' ） B ’ C 泵的余隙越大，进入泵内 的气量越多，则DD '线越长 D'A为下冲程柱塞有效冲程 D' 1、气体影响示功图 P S A B D 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。 B ’ C 如图中点画线所示： D ’ 1、气体影响示功图 S 气体使泵效降低的数值 可使用下式近似计算: P A B D B ' C D' 充满系数: ' AD AD  

' ' DD g S   式中：S—光杆冲程 1、气体影响示功图 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 供液不足不影响示功图 的上冲程，与理论示功图 相近。 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） D ' 2、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。（如图中2、 3线所示） 有时，当柱塞碰到液面时， 由于振动，最小载荷线会出 现波浪线。 1 2 3 P S A B D C D�0�7 2、充不满影响的示功图 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。 3、漏失影响示功图 P S A B D 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 大静载荷（如图中B' 点） B ’ 3、漏失影响示功图 （1）排出部分漏失 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 P A B D C

B ’ C ’ 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 ’ 3、漏失影响示功图 （1）排出部分漏失 由于排出部分漏失的影响， 吸入阀在B′点才打开，滞后了 BB′这样一段柱塞冲程； 漏失量越大，B′C′线越短。 P A B D C B ’ C ’ C〃 S 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B′C′。

在此情况下的泵效: ' ' BC S   B ’ D ’ C ’ 3、漏失影响示功图 （1）排出部分漏失 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。 P A B D C B ’ C ’ C" S B ’ C ’ D ’ C"' 3、漏失影响示功图 （1）排出部分漏失 A ' P S A B D C D ' 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） 3、漏失影响示功图 （2）吸入部分漏失 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〃。 P S A B D C B ’ D ' A〃 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。 A ' 3、漏失影响示功图 （2）吸入部分漏失 P S A B D C B ’ D ' A〃

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 D ' A ' 。 ' ' DA S 

 这种情况下的泵效 A ' 3、漏失影响示功图 （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。因摩擦力 的缘故，示功图成条带状 （如右图所示）。 3、漏失影响示功图 （2）吸入部分漏失 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 3、漏失影响示功图 （3）油管漏失示功图 ' l h C L q   通过示功图根据下式可计 算出漏失位臵： 式中： －活塞全部面积上每米液柱重量 kN/m L

－漏失点距井口深度 m h －漏失点距井口在图上的高度

mm C －力比 kN/mm ' l q P S A B D C h 3、漏失影响示功图 （3）油管漏失示功图 抽油杆断脱后的悬点载荷实际 上是断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，使上下载荷线不重 合，成条带状。 示功图的位臵取决于断脱点的 位臵：断脱点离井口越近，示功

图越接近横坐标；断脱点离井口 越远，示功图越接近最小理论载 荷线。如图所示： 4、抽油杆断脱影响的示功图 h '

r h C L q   由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/m h －示功图中线到横坐标的距离 mm C －力比

KN/mm ' r q 4、抽油杆断脱影响的示功图 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，因此使示功图在载荷线上出现 不规则的锯齿状尖峰，当出砂不严 重时，示功图的整个形状仍与理论 示功图形状近似。 5、油层出砂影响的示功图 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，反映在示功 图上，上下载荷线上出现波浪 型弯曲。（如右图所示）： 6、油层结蜡影响的示功图 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。示功图的位臵和载荷变化的大小取决于喷势的强 弱及抽汲液体的粘度。 喷势强、油稀带喷的示功图 喷势弱、油稠带喷的示功图 7、带喷井井的示功图

由于活塞下的过高，在上 冲程中活塞会脱出工作筒， 悬点突然卸载，因此卸载线 急剧下降。另外由于突然卸 载，引起活塞跳动，反映在 示功图中，右下角为不规则 波浪形曲线。 8、管式泵活塞脱出工作筒的示功图 活塞下行碰泵影响的示功图 如右图所示：主要特征是在左 下角有一个环状图形。 原因是由于活塞装臵过低， 当活塞下行接近下死点时，活 塞与固定凡尔相碰撞，光杆负 荷急剧降低，引起抽油杆柱剧 烈振动，这时活塞又紧接着上 行而引起的。 同时由于振动引起游动凡尔 和固定凡尔跳动，封闭不严， 造成漏失使载荷减小。 9、活塞下行碰泵影响的示功图 A P S B

D C 稠油影响的示功图如右图所示： 主要特点是：上下载荷线变化幅度 大，而且原油粘度越大，幅度变化越 大；示功图的四个角较理论示功图圆 滑。 形成原因：稠油因其粘度大，所以 流动摩擦阻力增加，因此上行时光杆 载荷增加，下行时光杆载荷减小。另 外由于油稠使阀球的开启、关闭滞后 现象明显，致使增载、减载迟缓，所 以增载线和卸载线圆滑。 10、油稠影响影响的示功图 三、现场油井失效典型功图分析 一、理论示功图分析 二、典型示功图分析 1、抽油杆断脱 基本特征 油井突然不出油，示功图最大最小载荷接近，且增载线看不出，示功图呈线条 状。特殊情况如稠油井由于其粘度较大，抽油杆与井液之间的摩擦力增大，其示功 图最大载荷增加，最小载荷减小，示功图面积增大，呈椭圆型。其中分为抽油杆断 和抽油杆脱。区别特征为现场操作分析后作出判断。 a、抽油杆断 此类油井在井口下放光杆，一般情况下悬点载荷不能卸载， 若能卸载用管钳转动光杆时悬点载荷能重新加载（柱塞上罩断除 外）。 b、抽油杆脱 此类油井在井口下放光杆，能卸掉载荷，用管钳转动光杆时仍 不能加载，当出现浅部脱扣时，可进行打捞。

1、抽油杆断脱 计算方法：L 断 =LF 实测max /F 理论max

式中：L 断 ：杆断脱位置，m F 理论max ：全井抽油杆（无活塞）在井筒运动时的最 大负荷，KN。F 理论max =qL×10

-3 （1+Sn 2 ×2.327×10 -6 ）－r 2 杆 L×10 -5 +F 1 F 实测max ：实测功图最大负荷，KN q：每米抽油杆在空气中