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1、 抽油机井理论示功图 孙爱军 河南油田第一采油厂 2 理论示功图的形成 学习目录 4 理论示功图的绘制 3 理论示功图载荷计算 1 示功图有关概念 工况分析培训班 2 理论示功图的形成 学习目录 4 理论示功图的绘制 3 理论示功图载荷计算 1 示功图有关概念 2020 6 13 3 工况分析培训班 1 示功图 由专门的仪器测出 是描绘抽油机井驴头悬点载荷与光杆位移的关系曲线 封闭的曲线所围成的面积表示在一个冲程中抽油泵所作的功 用途 示功图反映了抽油泵的工作情况 通过分析 可以了解油井的生产动态及抽油装置的各项参数选择是否合理 1 示功图有关概念 2020 6 13 4 工况分析培训班 2
2、理论示功图 在理想情况下 只考虑悬点所承受的静载荷及由于静载荷引起的杆管弹性变形 而不考虑其他因素的影响 所绘制的示功图 1 示功图有关概念 绘制理论示功图目的 与实测示功图比较 找出载荷变化差异 从而判断深井泵 抽油杆 油管的工作状况及油层的供液情况 2020 6 13 6 工况分析培训班 理论示功图假设条件 1 假设泵 管没有漏失 泵工作正常 2 油层供液能力充足 泵充满程度良好 3 不考虑活塞在上 下冲程中 抽油杆柱所受到的摩擦力 惯性力 振动载荷与冲击载荷等动载荷的影响 4 不考虑砂 蜡 气 稠油的影响 5 不考虑油井连抽带喷 6 认为进入泵内的液体是不可压缩的 阀是瞬时开闭的 7 工
3、况分析培训班 3 实测示功图 实测示功图是是在砂 蜡 气和惯性载荷 振动载荷等综合因素影响下 实际测得的示功图也称地面示功图 1 示功图有关概念 2020 6 13 8 工况分析培训班 2020 6 13 9 工况分析培训班 2020 6 13 采油工工况分析培训班 10 2 理论示功图的形成 学习目录 4 理论示功图的绘制 3 理论最大最小载荷计算 1 示功图有关概念 上游动阀 上游动阀 连接抽油杆 固定阀罩 固定阀 固定阀球和座 下游动阀 有锥度 活塞上的防砂槽 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 固定凡尔关闭着
4、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 油管此时只承受它与活塞之间环形截面上液柱的重量 2020 6 13 13 A点是下死点 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
5、光杆虽然在上移 但活塞相应于泵筒来说 实际未动 这样 就画出了图中AB斜直线 AB线表示了光杆负载增加的过程 称为增载线 2020 6 13 14 当弹性变形完毕光杆带动活塞开始上行 B点 固定凡尔打开 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点是固定凡尔打开点 2020 6 13 15 C 当活塞到达上死点 C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
6、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 2020 6 13 16 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 2020 6 13 17 AB 增载线BC 活塞上行
7、程线 最大载荷线ABC 驴头上行程线CD 减载线DA 活塞下行程线 最小载荷线CDA 驴头下行程线 2020 6 13 18 工况分析培训班 A点 下死点B点 悬点加载完毕 固定阀打开点C点 上死点D点 悬点卸载完毕 游动阀打开点 2020 6 13 19 工况分析培训班 S光 光杆冲程 米 S活 活塞行程 米 Wr 抽油杆柱以上的在井筒内液体中的重量 KN W1 活塞截面液柱重量 KN W静 W杆 W液 光杆承受的最大静负荷 KN 1 抽油杆伸缩长度 米 2 油管伸缩长度 米 1 2 冲程损失 米 2020 6 13 20 工况分析培训班 1 2 1 2 2020 6 13 采油工工况分析培
8、训班 21 2 理论示功图的形成 学习目录 4 理论示功图的绘制 3 理论示功图载荷计算 1 示功图有关概念 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 mmb W实 W图 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 2020 6 13 22 工况分析培训班 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体浮力的作用 所以上冲程中作用在悬点的抽
9、油杆柱载荷为杆柱在空气中的重力 上冲程悬点承受载荷 抽油杆柱空气中重 Wr d2 4 L 杆d 杆直径m 重度 单位 N Wr q杆 Lqr 每米抽油杆空气中重 单位 N 2020 6 13 23 工况分析培训班 上冲程悬点承受载荷 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 2 作用在柱塞上的液柱载荷 活塞有效截面上液柱重 W1 D2 4 L 液 d2 4 L 液 D2 d2 4 L 液 上冲程悬点承受载荷 Wr W1 即悬点最大静载荷 W最大 Wr W1 W1 q1 Lqr 活塞有效截面上每米液柱重 单位 N 2020 6 13 24 工况分析培训班 在下冲程中 游动阀
10、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 d2 4 L 杆 液 重度 单位 N 下冲程悬点承受载荷 最小静载荷 W最小 Wr 3 理论示功图载荷的计算 Wr q 杆 Lqr 每米抽油杆液柱中重 N 2020 6 13 25 工况分析培训班 上行程 悬点最大静载荷 W最大 Wr W1 下行程 悬点最小静载荷 W最小 Wr 上下行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 上下冲程载荷差值用W1 表示 2020 6 13 26
11、 工况分析培训班 上下冲程载荷差 Wr W1 Wr d2 4 L 杆 D2 d2 4 L 液 d2 4 L 杆 液 D2 d2 4 L 液 d2 4 L 液 D2 4 L 液 令W1 D2 4 L 液 简称转移载荷 由以上推导可知 Wr W1 Wr W1 2020 6 13 27 工况分析培训班 空气中杆柱重 泵上有效截面液柱重 W最大 Wr W1 Wr W1 3 理论示功图载荷的计算 2020 6 13 28 工况分析培训班 2020 6 13 采油工工况分析培训班 29 2 理论示功图的形成 学习目录 4 理论示功图的绘制 3 理论最大最小载荷计算 1 示功图有关概念 1109 某井的实测
12、示功图上 上冲程最高点到基线的距离为L 4 动力仪力比为c 2kN mm 抽油机型号为CYJ10 3 48B 求抽油机负载利用率 g取10m s2 1109 解 1 悬点最大载荷Wmax Lc 4 10 2 80 kN 2 负载利用率 利 W额 Wmax 100 100 80 答 该井抽油机负载利用率为80 示功图显示 某井抽油杆断脱 该示功图中线距横坐标10 动力仪力比为2kN mm 抽油杆柱在液体中的重力为36 24N m 试求抽油杆断脱点以上抽油杆的长度 解 L hc g杆 10 2000 36 24 551 88 m 答 断脱点以上抽油杆长551 88m 10 某抽油机井示功图的下载荷
13、线距基线12 上载荷线距基线17 动力仪力比为2 2kN mm 试求该井液柱重 解 由示功图 驴头悬点载荷 组成内容可知 抽油机井井筒液柱重 上载荷 下载荷 动力仪力比即 WL 17 12 2 2 11 0 kN 1 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 2 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 2020 6 13 33 工况分析培训班 3 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 4 求冲程损失及在图上长度 求出冲程损失 B
14、1B 冲程损失 减程比 aB1C 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 2020 6 13 34 工况分析培训班 某抽油机井使用 70mm泵 21 2平式油管 内径62mm 外径73mm 22mm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 10m s2 求该井理论示功图 绘制理论示功图示例 重力加速度 10米每二次方秒
15、 2020 6 13 35 工况分析培训班 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 S W O W S 2020 6 13 36 工况分析培训班 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 d2 4 L 杆 液 g 这里的 指比重 无因次量 3 14 0 0222 4 800 7 85 0 972 10 20 9 KN W1 D2 4 L 液 g 3 14 0 072 4 800 0 972 10 29 9 KN 没有g时单位是吨 与前面 是重度不同 如钢重度 7 85 104N m3g取10m s2 2020 6
16、 13 37 工况分析培训班 0 86 1 80 1 80 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 2020 6 13 38 工况分析培训班 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 冲程损失 a 800 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 2020 6 13 39 工况分析培训班 理论示功图解释 点 线 坐标 计算 2020 6 13 40 工况分析培训班 绘出理论示功图与实测示功图对比 进行分析 2020 6 13 41 工况分析培训班 冲程损失 的计算 单级抽油杆 12 128 毫米 P 液 抽油杆在井内液体中的重量 N W1 L 泵深 米 E 钢弹性模量 2 1 107N cm2 f杆 抽油杆截面积cm2 f管 抽油管截面积c
