典型示功图分析

上冲程时，附加助力使光杆负荷增加，附加阻力使光杆 负荷减少并且由于砂子分布在泵筒内各处的多少不同，影响 的大小不同，致使光杆负荷在很短的时间内发生多次急剧的 变化。在这种情况下测出的示功图，其负荷线上呈现出不规 则的锯齿状尖峰，且在连续测图时尖峰是移动的。但这时油 井仍能出油。
B、固定凡尔卡死
泵在工作过程中，固定凡尔被卡死在凡尔座上，油井不出 液特点为：
画出了图中AB斜直线。AB线表示了光杆负载
B
增加的过程，称为增载线。
A
当弹性变形完毕光杆带动活
塞开始上行（B点），固定凡尔
C
打开，液体进入泵筒并充满活塞
所让出的泵筒空间，此时，光杆
பைடு நூலகம்
处所承受的负荷，仍和B点时一
样没有变化，所以，画出一条直
线BC。
B
A
B点是固定凡尔打开点
C D
B A
当活塞到达上死点，在转入下行程的瞬间， 固定凡尔关闭，活塞开始压缩泵筒中的液体。 活塞挤压给液体一个作用力，这个力作用在油 管上，使油管伸长；液体反过来又给活塞一个 反作用力，使抽油杆柱开始减载，杆柱缩短， 油管伸长、抽油杆缩短，使泵内压力不能及时 升高。当杆管变形结束，泵内压力大于泵上油 管内液柱压力，游动凡尔打开（D点），活塞 上下连通。此时，由于油管伸长，抽油杆柱缩 短，活塞相对于泵筒没有移动，于是画出了CD 斜线。CD斜线表示了光杆上负荷减少的过程， 称为减载线。
体浮力的作用，所以上冲程中作用在悬点的抽油杆 柱载荷为杆柱在空气中的重力。
抽 油 杆 柱 空 气 中 重 ： Wr ＝ πd2/4×H×γ 杆
γ—重度，单位:N
2、理论示功图载荷的计算
上冲程悬点承受载荷： （2）作用在柱塞上的液柱载荷
在上冲程中，由于游动阀关闭，作用在柱塞 上的液柱引起的悬点载荷为： 活塞有效截面上液柱重：W1＝π（D2－d2）/4×H×γ液
3、典型示功图与实测示功图分析和解释
（1）深井泵工作正常时的示功图 在深井泵工作正常，同时受其它因素影响不大时测出的示功 图，如图所示。
这类图形的共同特点是和理论示功图的差异不大,均为一近 似的平均四边形.由于抽油设备的轻微振动引起了一些微小的波 纹外,其它因素的影响均在图上显示不明显。
砂、蜡、水、气对示功图的影响
实测示功图的基本分析方法
左上角：主要分析游动凡尔的问题，缺损为凡尔关闭不及时， 多一块（长一个角）为出砂并卡泵现象。 右上角：主要分析光杆在上死点时活塞与工作筒的配合，游动 凡尔打开和固定凡尔关闭情况，少一块为活塞拔出工作筒，严 重漏失；多一块为在近上死点时有碰挂现象。 右下角：主要分析泵充满程度及气体影响情况。右上、下角都 多一块为衬套上部过紧或光杆盘根过紧，少一块为未充满，是 供液不足或气体影响。 左下角：分析光杆在下死点时出现问题，如：固定凡尔的漏失 情况等。
W
C
B′
A
D
O
S
4、计算冲程和冲程损失在图上长度，画出理论示功图
光杆冲程图上长度：S光＝ S实×a＝3600×1/45＝80(mm) 冲程损失图上长度:λ＝冲程损失×a＝1000×1/45＝18(mm) 在B′C线上，取BC－B′C＝80－18 ＝62mm，B′B＝18mm 连接AB，过C点做AB平行线CD
通过这四块的解剖分析，找出泵工作不正常的原因，提出 解决问题的措施。
• 实测示功图上最大、最小载荷的计算：
• W实大 = 力比×h • h—上行线最高点距基线的距离，mm • W实小 = 力比×h′ • h′－下行线最底点距基线的距离，mm • 计算光杆实际冲程： • S实 = S图 /减程比 如：1/15、1/30、1/45 • s图－实测功图最左端至最右端的距离mm
求冲程损失及在图上长度： 求出冲程损失λ B1B=冲程损失×减程比
＝λ×a B1C=光杆冲程长度×减程 比 ＝ S×a
在B1C线上，取BC=B1C－B1B，确定B点，连接AB， 过C点做AB平行线CD，则平行四边形ABCD就是所求理 论示功图。
绘制理论示功图示例：
• 某抽油机井使用Ф70mm泵，2 1/2平式油管
最小静载荷： W最小＝ Wr′
γ—重度，
2、理论示功图最大最小载荷的计算
上下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷：
相互转移的载荷为上下冲程悬点承受的静载荷之 差：W最大－W最小＝（Wr ＋ W1）－ Wr′
Wr＋W1 － Wr′ ＝ πd2/4×H×γ 杆 ＋π （ D2 － d2 ）
/4×H×γ液 －πd2/4×H×（γ杆 －γ液）
（2）油井出砂对示功图的影响 油井出砂，对于抽油井来说，轻则增加
抽汲助力、磨损抽油设备，重则卡死固定凡 尔、卡死活塞，造成油井停产。活塞被卡死 的情况，将在以后介绍。
这里着重讨论以下四种情况。
实测示功图 活塞砂阻
a、活塞砂阻 细小的砂粒，随着液体进入
泵内，造成活塞在工作筒内遇 阻,使活塞在整个行程中或在 某个局部地区，增加了一个附 加阻力。
2015年5月
•典型示功图：
• 是指某一因素影响十分明显，其 形状代表了该因素影响下的基本特征。 在实际情况下，虽然有多种因素影响示 功图的形状，但总有其主要因素，则示 功图的形状也就反映着主要因素影响下 的特征。
•1、准备工作：实测示功图一组 •2、操作程序说明 •（1）根据数据画出最大、最小载荷线； •（2）对比分析10个示功图； •（3）就上述10个示功图提出措施。 •准备工作：1min（不计入考核时间） •正式笔试时间：20min
W
B
B′
A O
C D
S
主要内容
二、示功图的测试与分析
1、分析示功图步骤 2、典型示功图与实测示功图分析和解释 3、分析实测示功图综合练习
1、分析示功图步骤
• 前面所说的理论示功图，是在六个假设条件之 下，仅仅只考虑了抽油杆柱承受静载荷时作出来的， 所以图形是很规则的平行四边形。而实测示功图， 是在砂、蜡、水、气和惯性载荷、振动载荷、冲击 载荷与摩擦阻力等因素的综合影响以下测出来的。 除上述因素外，有时还要受到断脱、漏失、碰泵、 设备故障、仪器故障的影响，因此，实测图形比理 论图形复杂很多。
＝ π（D2－d2）/4×H×γ液－ πd2/4×H×γ液
＝ πD2/4×H×γ液 令W1′＝πD2/4×H×γ液，简称转移载荷。 由以上推导可知： Wr ＋ W1 ＝ Wr′＋ W1′
2、理论示功图最大最小载荷的计算 W最大＝ Wr ＋ W1 ＝ Wr′＋ W1′
空气中 杆柱重
泵上有效截 面液柱重
凡尔关闭着，游动凡尔打开着，此时，活塞上
下液体连通，光杆上只承受抽油杆柱在油中的
重量；油管承受了全部液柱重量。
当活塞到达下死点开始上行程的瞬间，游
动凡尔立即关闭，使活塞上下不连通。活塞要
推动其上的液柱向上移动，这个液柱的重量就
加在活塞上，并经过抽油杆加在光杆上。油管
B
此时只承受它与活塞之间环形截面上液柱的重
①在上冲程时，游动凡尔关闭，固定凡尔不能打开，井中的 液体不能被汲入工作筒；
②在下冲程时，由于工作筒内无液柱，游动凡尔打不开，光 杆不能卸载，故下负荷线接近于最大理论值。同时，因为油中 的细砂阻碍活塞的运动，所以，在下负荷线上出现了不少的锯 齿状尖峰。整个图形位于最大理论负荷线附近。
C、固定凡尔卡死在凡尔罩上 在油井大量出砂的情况下，砂子在固定凡尔球与凡尔座之间，
杆柱在 液柱中
重
泵截面上 液柱重
W
W1′ W静
Wr′
λ
B A
S活 S光
C D
S
3、理论示功图的绘制
建立坐标：以实测图 的基线为横坐标S，表示 冲程；通过实测图的最左 端作纵坐标W，表示光杆 上的负荷。
计算载荷及在图上高度：根据所测的油井参数，求 出抽油杆在液体中重量Wr′和活塞截面上液柱载荷W1′， 然后根据力比计算出Wr′ W1′在纵坐标上高度，分别以Wr′ W1′为高做横坐标平行线B1C 和 AD1 。
W1′＝πD2/4×H×γ液×g ＝ 3.14×0.072/4 ×800×0.972×10 ＝ 29.9（KN）
这里的γ指比重，无因次量
3、计算光杆负荷在纵坐标上的高度
下冲程 OA＝ Wr′/ b ＝ 20.9 / 1.26 ＝ 16.6(mm)
上冲程 OB′＝ (W1′＋ Wr′)/b＝50.8 /1.26 ＝40.3(mm) 在纵坐标上分别以OA、OB为高，做纵坐标的平行线AD、BC
W
W1′ W静
Wr′
λ
B A
S活 S光
AB—增载线
C
BC—活塞上行程线，最大载荷线
D
CD—减载线
DA—活塞下行程线，最小载荷线
ABC—驴头上行程线
CDA—驴头下行程线
S
S光—光杆冲程 S活—活塞冲程
λ—冲程损失
Wr′—抽油杆在液体中重量 W1′—活塞截面上液柱载荷
冲程损失：随着载荷的交替转移，使油管和抽油杆发生伸长缩短， 因而使活塞实际冲程小于光杆冲程，这一差值即冲程损失。
A
量。
在下死点前后，抽油杆柱上多了一个活
塞截面以上液柱的重量，油管上少了一个活
塞截面以上液柱的重量。
这时，就要发生弹性变形，油管就要缩
短，抽油杆就要伸长（细长的油管和抽油杆
柱，本身是一个弹性体，在负荷变化时，就
产生相应的变形，此变形的多少和负荷变化
的多少成正比）此时，光杆虽然在上移，但
活塞相应于泵筒来说，实际未动，这样，就
1、做直角坐标。以实测图的基线为横坐标，用s 表示冲程，通过实测图的最左端做纵坐标，用W表示 光杆负荷。
W
O
S
2、计算抽油杆在液体中重量Wr′和活塞截面上液柱载荷W1′
Wr′＝ πd2/4×H×（γ杆 －γ液）×g ＝ 3.14 × 0.0222/4 ×800×（7.85 －0.972）×10 ＝ 20.9（KN）
2、理论示功图载荷的计算
理论示功图只考虑了悬点所承受的静载荷及冲程损 失，而不考虑其他因素的影响。
减程比：光杆冲程在图上的长度与光杆实际冲程长 度之比，用“a”表示。
a = S图/S实
力比：实际悬点载荷与其在图上的长度之比，用“b” 表示，单位KN/mm
b ＝ P实/P图
上冲程悬点承受载荷：
（1）抽油杆柱载荷： 在上冲程中，游动阀关闭，抽油杆柱不受管内液
C D
B A
当弹性变形完毕，活塞开始下行， 液体就通过游动凡尔向活塞以上转移， 在液体向活塞以上转移的过程中，光杆 上所受的负荷不变，所以画出一条和BC 平行的直线DA。
当光杆行到下死点，在下行程完毕 又将开始的瞬间，游动凡尔关闭，负荷 又发生转移，开始了一个新的往复，这 样，就画成了一个封闭的曲线，我们叫 它做示功图。
上冲程悬点承受载荷： Wr ＋
即悬点最大静载W荷1 ：W最大＝ Wr ＋ W1
2、理论示功图最大最小载荷的计算
下冲程悬点承受载荷：
在下冲程中，游动阀打开后，油管内液体的浮力 作用在抽油杆柱上。所以，下冲程中作用在悬点上 的抽油杆柱的重力减去液体的浮力，即它在液体中 的重力作用在悬点上的载荷。
Wr′＝πd2/4×H×（γ杆 －γ液） 单位:N
•3、答题步骤： •（3）提出措施 20分 •分析原因（10分）； •提出措施（10分）
学习回顾
一、理论示功图
1、理论示功图的形成 2、最大最小载荷计算 3、理论示功图的绘制
1、理论示功图的形成
深井泵的活塞在做往复运动。活塞在最低
位置时，两个凡尔之间有一余隙，此余隙内充
满了液体。当活塞下行程快接近死点时，固定
将凡尔球卡死在凡尔罩内。特点如下：在上冲程时，由于活塞 运动受到砂子阻碍，光杆负荷忽大忽小，甚至光杆负荷普遍超 过最大理论负荷线。在下冲程时，由于固定凡尔球卡死在凡尔 罩内，失去了密封作用，从而造成严重漏失，光杆不能卸载， 直到活塞行至接近下死点，撞击了沉积的砂子或固定凡尔罩时， 光杆才突然卸载。由于碰击、振动，在图的左下方产生了一个 “尾巴”。
（内径62mm、外径73mm），Ф22mm单级抽油杆生 产，泵深800米，冲程3.6米，冲次4次/分，日产 液量90吨/天，原油含水80%，减程比1/45，动力 仪力比1.26KN/mm，原油比重0.86，钢比重7.85， 抽油杆、油管的弹性伸缩为0.8m，g取10m/s2， 求该井理论示功图。
重力加速度：10米每二次方秒
•3、答题步骤：
•（1）画上、下载荷线 25分
• 根据油井生产数据绘制理论示功图 上、下载荷线（15分）；利用公式计算 （10分）。
•3、答题步骤： •（2）对比分析 55分 •与理论示功图比较差异（15分）； •判断分析泵的工作状况（40分） •正常、供液不足、气影响； •断脱、泵脱出、抽喷、碰泵 •稠油、结蜡、出砂