12利用示功图计算油井产量的方法及应用

功图法油井计量技术概况功图法油井计量技术功图法量油技术开发背景长庆油田油井单井计量以双容积单量为主，双容积单井计量系统组成及地面流程复杂，控制部分易损坏，故障率高，电磁执行机构漏失严重，计量误差较大，且地面流程一次性投资大，维护困难，又不能实现计量数据远传和实时检测，人为影响因素多。

功图法量油技术开发背景2000年以来，长庆油田相继开发的一些小区块或出油点，地理位置较为偏远，油井分散、数量少、产量低．部分区块含水较高。

若按常规模式建立完善的地面流程会造成亏损经营。

为了降低投资、节约成本，提高油田管理水平，2000年，长庆油田公司油气工艺技术研院与西安威正电子科技有限公司联合提出了一种采用“功图法”计量单井产量的计算方式和测试方法，研制开发了一套基于这种方法的综合测试系统和相应的配套计量软件。

经过不断地研究和实践，该技术目前已在全油田共建数据处理点100多个，管理油井4000多口，在油田生产中发挥着重要作用。

功图法油井计量技术目录一、功图法油井计量技术理论研究二、功图法油井计量系统研制三、油田应用情况功图法油井计量技术地面示功图 建立定向井条件下油管、抽油杆、液体三维力学、数学模型结合油井液体性质、抽油机型号、冲程、冲次、杆柱组合等主要参数泵功图采用多边形逼近法和矢量特征法进行分析和故障识别泵有效冲程结合油层物性及生产参数油井产液量功图法油井计量系统技术原理图全天候采集井口位移与载荷数据㈠ 基本原理功图法量油技术是依据抽油机井深井泵工作状态与油井产液量变化关系，把定向井有杆泵抽油系统视为一个复杂的振动系统（三维振动系统：包含抽油杆、油管和液柱三个振动子系统），该系统在一定的边界条件和一定的初始条件（如周期条件）下，对外部激励（地面功图）产生响应（泵功图）。

一、功图法油井计量技术理论研究功图法油井计量技术抽油杆连接条件连接条件油管液柱连接条件 地面功图泵功图地面折算有效排量泵功图识别模块有杆泵抽油系统建立定向井有杆泵抽油系统的力学、数学模型，该模型能计算出给定系统在不同井口示功图激励下的泵功图响应，对此泵功图进行分析，确定泵的有效冲程，进而求出地面折算有效排量。

油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。

这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。

(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。

抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。

相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功图。

抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。

采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。

通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。

自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。

1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。

下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。

抽油井示功图应用实例与调整效果分析【摘要】抽油井示功图是评价油井生产状况和诊断问题的重要工具。

本文首先介绍了抽油井示功图的基本原理，包括示功图的绘制方法和常见类型。

然后通过实际应用实例分析了示功图在诊断油井问题和优化生产方面的作用，指出了示功图对于发现产量下降原因和故障的重要性。

接着对示功图的调整效果进行了分析，探讨了如何通过调整示功图来改善油井生产效率。

最后讨论了示功图在提高油井产能和延长油井寿命中的作用，强调了示功图对于油田开发和管理的重要性。

抽油井示功图是油田工程中的重要工具，能够帮助工程师更好地监测油井生产情况，优化生产参数，提高油井产能，延长油井寿命。

【关键词】抽油井示功图、基本原理、应用实例分析、调整效果分析、提高油井产能、延长油井寿命、作用、结论1. 引言1.1 引言抽油井示功图是油田开发中常用的重要工具，通过对油井生产过程中产出的示功图数据进行分析，可以帮助工程师了解油井的实际生产情况，有针对性地进行调整，从而提高生产效率和延长油井寿命。

在油田开发中，抽油井示功图的应用越来越广泛，不仅可以用于实时监测油井产能和工作状态，还可以用于分析油井井底流体性质和井底流动状态，为油田开发提供重要参考依据。

通过分析示功图数据，工程师可以了解油井的产液能力、油水比、动态流体性质等关键参数，从而制定合理的调整措施。

本文将通过对抽油井示功图的基本原理、应用实例分析和调整效果分析，探讨示功图在提高油井产能和延长油井寿命中的重要作用。

同时也将探讨示功图在油田开发中的实际应用意义和发展趋势，为油田工程技术的进一步提升提供参考。

2. 正文2.1 抽油井示功图的基本原理抽油井示功图的基本原理是通过记录油井的动态工作过程，绘制出相应的功图图形，从而分析油井的生产状态和性能特征。

在抽油井工作过程中，抽油泵在每个工作周期内所做的功和所能产生的压力波动会被传感器记录下来，并转换成示功图。

示功图可以反映油井的产能、产液能力、产气能力、液面动态响应等重要参数。

Sam Gavin. Gibbs教授关于采用功图计算油井产量的论述王双全（供具有采油工程基本理论知识的工程技术人员参考）提起有杆泵波动方程诊断创始人吉布斯（Sam Gavin. Gibbs）教授，所有采油工程领域的人工举升专业的工程技术人员都是非常熟悉的。

翻开近30年出版的采油工程和技术方面的书籍、手册和教材，都有吉布斯教授波动方程诊断的内容。

下面我们来了解一下吉布斯教授对采用功图推算油井产量方面的论述。

主要论点取自吉布斯教授2012年版的专著《有杆泵设计、诊断和监控的现代方法》。

2012年在吉布斯教授被选入德克萨斯石油博物馆名人堂时，他完成了上述著作。

吉布斯教授在有杆泵优化讲习班上对这本著作进行介绍讲解这里着重介绍介绍著作中有关功图推算油井产量的论述。

著作中的第152页关于推断产量（Inferred Production）章节中划红线的地方翻译如下：“泵功图对每个冲程通过抽油泵的液体和气体进行量化指示，这归功于微处理计算器的进展，抽空控制器（比较好的表达为，WM即油井管理器），是一个适合的能真正计算抽油机每个冲程的示功图和产量。

这被称为推算产量的过程，能够将井底泵功图作为生产计量仪表连续进行产量测试。

”对于用功图进行产量测试，书中提出了4个基本先决条件（将书中红框内论述），翻译如下:“作为推断产量系统最简单的形式（这里称做IP），设立了一些基本的假设：1、抽油泵应具有良好的机械加工质量和最小的泄漏量；2、油管应在靠近抽油泵的地方被锚定；3、泵内气体所占的体积在游动凡尔打开时是微不足道的；4、原油收缩的影响也是微不足道的。

”以上基本假设如果满足的话，产量推算就非常简单。

如果上述基本假设不那么理想。

就要对功图进行诊断，然后采取一定的工艺措施、参数调整来尽量达到4个基本假设的要求。

同时对对4个基本假设进行定量实验测试，利用静载SV和TV曲线测试，计算泄漏量。

吉布斯教授在论述有杆泵优化、诊断和监控现代方法中指出示功图和泵功图在生产运行管理中的一个认知识别和三个定量计算的作用：关于一个认知识别，既是判断抽油泵的各种工况，下图给出了功图对抽油泵正常和异常的识别模型：上图中除了红框内的两个功图，其余为异常功图。

油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。

这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。

(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。

抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。

相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功图。

抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。

采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。

通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。

自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。

1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。

下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。

示功图计产的实际应用作者：葛云有来源：《中国科技博览》2013年第29期摘要：功图计产作为一种方便快捷的产量计量方式，在油田实际工作中已经得到了广泛应用，本文对不同功图量油方法进行对比，确定其中准确率较高的一种方法。

关键词：应用量油示功图中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-262-02一、理论示功图悬点载荷随位移变化规律的图形称为地面（光杆）示功图，理论示功图为平行四边形，如图1。

图中的ABC为上冲程静载变化线，其中AB为加载线。

这一加载过程中，游动阀和固定阀均处于关闭状态，B点加载结束。

此后柱塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀开始打开吸液进泵，故BC为泵的吸入过程。

CDA为下冲程静载变化线，其中CD为卸载线。

卸载过程中，游动阀和固定阀均处于关闭状态，到D点卸载结束，此后柱塞和泵筒之间开始发生位移，游动阀被顶开，泵开始排液，故DA为泵的排液过程。

抽油机井地面理论示功图（图1）图中，FH为最大载荷，N；FL为最小载荷，N；Hp为地面功图有效冲程，m；H为地面功图冲程，m；λ为冲程损失，m。

二、示功图量油的常用方法1、示功图面积法该方法利用的参数：1）求得实测示功图的面积与理论示功图的面积的比值。

2）求得该参数下的理论排量。

公式如下：式中，为计算的油井产量，m3/d；为理论排量，m3/d；S为实测示功图面积，m2；为功图最大载荷，N；为功图最小载荷，N；为地面功图冲程，m。

2、功图有效冲程法（1）泵功图有效冲程法该方法利用的参数：1）利用实测地面示功图推导出井下泵示功图，求得井下泵示功图的柱塞有效冲程和柱塞冲程。

2）求得该参数下的理论排量。

公式如下：式中，为泵功图有效冲程法计算的油井产量，m3/d；为理论排量，m3/d；为泵功图有效冲程，m；为泵功图冲程，m。

（2）地面功图有效冲程法该方法利用的参数：1）利用实测示功图求得功图有效冲程和功图冲程。

2）求得该参数下的理论排量。

六、解释抽油机井理论示功图A-驴头位于下死点 D点卸载终止点 C-驴头位于上死点AB-增载线 CD-卸载线B-吸入凡尔打开，游动凡尔关闭点增载终止点λ+λ-冲程损失（抽油杆伸长及油管缩短之和）D-固定凡尔关闭，游动凡尔打开点BC-活塞冲程上行程线也是最大负荷线AD- 下行程线也是最小负荷线 B1C-光杆冲程OA-抽油杆在液体中重量 AB1-活塞以上液柱重量ABCD-抽油泵所做的功七、实测示功图的解释（1）图1为其它因素影响不大，深井泵工作正常时测得的示功图。

这类图形共同特点是和理论示功图的差异不大，均为一近似的平行四边形。

（2）图2为供液不足的典型示功图。

理论根据：活塞下行时，由于泵内没有完全充满，游动凡尔打不开，当活塞下行撞击到液面游动凡尔才打开，光杆突然卸载。

该图的增载线和卸载线相互平行。

（3）图3为供液极差的典型示功图。

理论根据：活塞行至接近下死点时，才能接触到液面，使光杆卸载，但由于活塞刚接触到液面，上冲程又开始，液体来不及进入活塞以上，所以泵效极低。

（4）图4为气体影响的典型示功图。

理论根据：在活塞上行时，泵内压力降低，溶解气从石油中分离出来，由于气体膨胀，给活塞一个推动力，使增载过程变缓。

当活塞下行时，活塞压缩泵内气体，使泵内压力逐渐增大，直到被压缩的气体压力大于活塞以上液柱压力时，游动凡尔才能打开。

因此，光杆卸载较正常卸载缓慢。

卸载线成为一条弯曲的弧线。

（5）图5为“气锁”的典型示功图。

所谓“气锁”是指大量气体进入泵内后，引起游动凡尔、固定凡尔均失效，活塞只是上下往复压缩气体，泵不排液。

（6）图6为游动凡尔漏失的典型示功图。

当光杆开始上行时，由于游动凡尔漏失泵筒内压力升高，给活塞一个向上的顶托力，使光杆负荷不能迅速增加到最大理论值，使增载迟缓，增载线是一条斜率较小的曲线。

卸载线变陡，两上角变圆。

（7）图7为游动凡尔失灵，油井不出油的典型示功图。

图形呈窄条状，整个图形靠近下负荷线。

（8）图8为固定凡尔漏失的典型示功图。

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。

油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。

这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。

(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。

抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。

相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功图。

抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。

采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。

通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。

自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。

1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。

下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。

利用示功图计算油井产量的方法及应用
阳雪飞;张立会
【期刊名称】《青海石油》
【年(卷),期】2007(025)004
【摘要】机械采油是国内外各油田的重要开采手段。

在我国的油田生产中，除少量的自喷井外，其余的采油井均采用机械采油的方法。

而在机械采油工艺上，绝大多数油井采用游梁式抽油机、抽油杆、抽油泵组成的有杆泵抽油系统。

示功图作为有杆泵采油技术的重要诊断手段，不仅技术成熟，而且应用广泛；除了常见的油井泵况诊断之外，示功图还有许多其它的用途，本文所揭示的就是示功图的另一方面应用：利用示功图计算油井产量。

【总页数】2页(P52-53)
【作者】阳雪飞;张立会
【作者单位】青海油田公司采油三厂;青海油田公司钻采工艺研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE243
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