第二节 示功图的分析和计算
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典型示功图具体分析1.泵工作正常时的示功图和理论示功图的差异不大,均为一近似的平行四边形,除了由于抽油机设备的轻微振动引起的一些微小波纹外,其它因素影响在图上显示不明显。
2.气体影响时的示功图由点到面在下冲程末余隙内还存在一定数量的溶解气和压缩气,上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低,使吸入凡尔打开滞后,加载变慢,余隙越大,残存的气量越多,泵进口压力越低,则吸入凡尔打开滞后的越多。
特点:下冲程时,气体受压缩,泵内压力不能迅速提高,使排出凡尔滞后打开,卸载变慢,泵的余隙越大,进入泵内的气量越多,卸载线越长“示功图”的刀把越明显。
3.气锁现象时的示功图是指大量气体进入泵内后,引起游动凡尔、固定凡尔均失效,活塞对气体起压缩和膨胀的作用,泵排不出油。
4.供液不足时的示功图沉没度小,供油不足,使液体不能充满工作筒。
下冲程中悬点载荷不能立即减小,只有当活塞遇到液面时,才迅速卸载,所以,卸载线较气体影响的卸载线陡而直。
5.油井出砂时的示功图油井大量出砂,油流携带着砂子冲刺,载荷受砂卡原因呈不规则毛刺现象;致使工作筒、活塞、凡尔等磨损,导致泵效降低,严重时固定凡尔或游动凡尔砂卡或砂埋,直接影响泵效。
6.油井结蜡时的示功图由于活塞上行时,泵内压力下降,在泵的入口处及泵内极易结蜡,使油流阻力增大,光杆负荷增大,引起凡尔失灵或卡死凡尔、活塞,堵死油管等现象。
7.抽油杆断脱时的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重量,只是由于摩擦力才使载荷线不重合。
8.连抽带喷时的示功图具有一定自喷能力的抽油井,抽汲实际上只起诱喷和助喷作用。
特点:在抽汲过程中,游动凡尔和固定凡尔处于同时打开状态,液柱载荷基本上加不到悬点,示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲流体的粘度。
9.固定凡尔漏失时的示功图固定凡尔球和凡尔座配合不严,凡尔座锥体装配不紧,凡尔罩内落入脏物或蜡卡着凡尔球等而造成的漏失,典型表现为加载和减载缓慢,呈弧形,减载更严重。
示功图的分析和解释前言抽油机井采油是目前油田开发中普遍应用的方式,抽油机井的管理水平的好坏,关系到油田整体经济效益的高低。
要做好抽油机井的生产管理工作,必须取准取全各项生产资料,制定抽油机井合理的工作制度,不断进行分析,适应不断变化的油藏动态,加强并提高抽油机井的日常管理水平。
分析和解释示功图,就是直接了解深井泵工作状况好坏的一个主要手段,不但深井泵工作中的一切异常现象可以在示功图上比较直观的反映出来,而且,还可以结合有关资料,来分析判断油井工作制度是否合理,抽油设备与油层和原油性质是否适应,还可以通过“示功图法”对低产、低能井制定出合理的开关井时间,减少设备的磨损和电能的浪费等。
由于抽油井的情况复杂,在生产过程中,深井泵不但要受到抽油设备制造质量和安装质量的影响,而且要受到油层中的砂、蜡、气等多种因素的影响。
致使实测示功图形状多变,各不相同。
尤其是在深井上,这种情况就更为突出。
因此,在分析示功图时,既要全面地了解油井的生产情况、设备状况和测试仪器的好坏程度,根据多方面的资料综合分析,又要善于从各种因素中,找出引起示功图变异的主要因素,这样,才能做出正确的判断。
一、示功图的基础知识1、示功图的概念:示功图的概念:反映深井泵工作状况好坏,由专门的仪器测出,画在坐标图上,被封闭的线段所围成的面积表示驴头在一次往复运动中抽油机所做的功,称为示功图。
动力仪力比:示功图上每毫米横坐标长度所代表的负荷值。
减程比:示功图上每毫米横坐标长度所代表的位移值。
2、计算驴头最大负荷、最小负荷计算公式:(1)根据油井生产资料,绘制该井理论示功图.(2)根据油井生产参数,计算并画出驴头最大负荷、最小负荷在图中理论负荷线上的位置。
两种较简便的计算公式:①最大载荷:P1大=P液/+P杆[b+sn2/1440]P2大=P液/+P杆[b+sn2/1790]②最小载荷:P1小=P杆[b-sn2/1440]P2小=P杆[b-sn2/1790]式中:P1大------悬点最大载荷(第一种计算方法);P2大------悬点最大载荷(第二种计算方法);P1小------悬点最小载荷(第一种计算方法);P2小------悬点最小载荷(第二种计算方法);P液/------作用在活塞整个截面积上的液柱质量,kg;P液=Fγ液×L,如果井口回压与沉没压力接近,便可忽略它们对悬点载荷的影响;P杆------抽油杆在空气中的质量,kg;B-------考虑抽油杆柱在液体中的减轻质量系数,b=[1-γ液/γ钢];γ液-------抽汲液的相对密度;γ钢-------钢的相对密度;S--------抽油机光杆冲程,m;n--------抽油机冲次,次/min;F--------活塞截面积,m2;L--------下泵深度,m;在现场分析抽油井示功图时,可利用示功图计算:P大=力比×h; P小=力比×h/式中:力比-------所用动力仪的力比,N/mm;P大、P小-------悬点的最大载荷和最小载荷;h-------上行线最高点距基线的距离,mm;h/-------下行线最低点距基线的距离,mm;两种计算公式的区别:第一套公式是把抽油井悬点运动看做曲柄滑块机构的滑块运动,并取曲柄旋转半径与连杆长度的区别为1/4,它只考虑了液柱和抽油杆质量以及抽油机杆柱的惯性载荷。
第十章示功图测录与分析示功图是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。
它通过专门的测量仪器——示功器进行测量。
由工程热力学可知,示功图的面积大小代表了柴油机气缸内一个工作循环的指示功的大小。
它是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重要依据,也是用来计算柴油机指示功率的依据,同时还可作为柴油机动力计算和强度计算的资料。
通过示功图可研究缸内的燃烧过程、燃烧放热规律,计算缸内温度,评估扫气过程,计算柴油机指示功率,确定柴油机最大爆发压力和压缩压力等等。
由于它能以图象形式显示缸内的工作过程,而且测试仪器简单实用,因此在柴油机的测试中,示功图的测取占有非常重要的地位。
通常,应定期测录运转柴油机的示功图,且对测取的示功图进行计算和分析。
根据其计算和分析结果来判断柴油机的工作性能,并可对其进行适当的调整,保证柴油机能在最佳状态下运转,提高其经济性、动力性和可靠性。
第一节示功图的测录测取气缸示功图的仪器统称为示功器.根据其工作原理不同, 示功器可分为机械示功器、气电示功器以及电子示功器三类。
船上常用的是机械示功器, 随着电子技术的应用, 在现代船舶上,电子式示功器的使用也不断增多。
一、机械式示功器机械式示功器是一种使用较早的示功器,目前在低速和部分中速柴油机上仍在使用, 它是利用机械位移方法测量缸内压力和活塞位移.机械示功器按使用的示功弹簧形式不同, 可以分为螺旋弹簧式和柱簧式两种.两者在结构原理上相同,所不同的是前者使用螺旋形弹簧,后者使用等强度柱形弹簧。
以下主要介绍螺旋弹簧式示功器。
1. 结构和工作原理机械示功器的具体结构如图10—1所示,它由压力感受机构、转筒机构和记录机构三部分组成。
压力感受机构包括小活塞5、活塞杆4及示功弹簧1等用来感受缸内压力变化并以示功小活塞位移输出;转筒机构包括绳索9、转筒8用来反映柴油机活塞位移; 记录机构包括杠杆3和画笔机构2具有平行放大作用,画笔的自由端装有铜笔尖。
当测量示功图时, 转筒8上夹有示功纸并通过绳索9由柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动, 绕其自身轴左右偏转, 其偏转角位移量正比于柴油机活塞位移, 即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度,反映柴油机活塞的行程.示功器小活塞5在缸内气体压力推动下在小气缸中上下移动,并被弹簧力所平衡。