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1、白瑞义孤岛采油厂井下作业大队(西区)2015年06月09日作业采油案例分析(示功图基础)孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1.1.抽油机简介抽油机简介 目前国内外广泛使用的抽油机主要是游梁式抽油机.游梁抽油机主要由游梁连杆曲柄装置,减速装置,动力设备和辅助装置等四大部分组成。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析2.2.抽油杆简介抽油杆简介 抽油杆上连抽油机,下接抽油泵,起传递动力的作用。抽油杆在传送动力的过程中主要承受动载荷和静载荷. 当抽油杆上行时,抽油杆承受的是杆柱本身重力和活塞以上液体重力,称为静载荷。由于抽油杆上行时所受的摩擦阻力的方向向下,故静载
2、荷增大。当抽油杆下行时,液柱的重力转移给油管,抽油杆只承受本身杆柱的重力;此时由于摩擦力的方向向上,静载荷减小。 在抽油杆上下运动中,抽油杆柱和液柱产生的惯性载荷,抽油杆柱因增载减载引起的振动载荷,以及各种因素造成的冲击载荷等,都属于动载荷。 孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3.3.抽油泵简介抽油泵简介 抽油泵主要由工作筒,衬套,柱塞上的游动阀,装在工作筒下端的固定阀组成。 抽油泵的工作原理:活塞上行时吸液入泵,排液出井;活塞下行时泵内液体进入油管,不排液出井。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析4 4、抽油井工况分析的目的、抽油井工况分析的目的 抽油井
3、工况分析的目的是了解油层生产能力、设备能力以及他们的工作状况,为进一步制定合理的技术措施提供依据,使设备能力与油层能力相适应,充分发挥油层潜力,并使设备在高效率下正常工作,以保证油井高产量、高泵效生产。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析二、常规管式泵工作原理 三、典型示功图分析 一、基本概念及理论示功图 孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析一一. .基本概念及理论示功图的绘制基本概念及理论示功图的绘制典型示功图分析典型示功图分析 示功图定义:示功图是由载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。表示悬点载荷与位移关系的示功图称为地面示功图或光杆示功图。在实
4、际工作中是以实测地面示功图作为分析深井泵工作状况的主要依据。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 理论示功图定义:在理想情况下,只考虑驴头所承受的静载荷引起的抽油杆及油管的弹性变形,而不考虑其他因素影响,所绘制的示功图称为理论示功图。 典型示功图定义:指某一因素的影响十分明显,其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。 (一)基本概念(一)基本概念理想情况: 油管无漏失、泵工作正常。 油层供液能力充足,泵能够完全充满。 光杆只承受抽油杆柱与活塞上液柱重量的静载荷,不考虑惯性力。 不考虑砂、蜡、稠油的影响。 不考虑油井连喷带抽。 认为进入泵内的流体是不可压缩的,凡尔是瞬时开闭
5、的。 在这种条件下绘制出的示功图是一个平行四边形。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析(二)理论示功图意义(二)理论示功图意义A A点点驴头下死点驴头下死点C C点点驴头上死点驴头上死点B B点点加载完毕,游动阀关闭,固定阀打开,活塞开始上行程。加载完毕,游动阀关闭,固定阀打开,活塞开始上行程。D D点点卸载完毕,固定阀关闭,游动阀打开,活塞开始下行程。卸载完毕,固定阀关闭,游动阀打开,活塞开始下行程。S SP PS SP PB B A AD DDDWWr rBBC Co oWWl l孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 ABAB线线增载线,表示悬点上行时,
6、活塞与泵筒无相对运动;增载线,表示悬点上行时,活塞与泵筒无相对运动; BCBC线线活塞上行程线,也是最大载荷线;活塞上行程线,也是最大载荷线; CDCD线线卸载线,表示悬点下行时,活塞与泵筒无相对运动;卸载线,表示悬点下行时,活塞与泵筒无相对运动;S SP PS SP PB B A AD DDDWWr rBBC Co oWWl l孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析S SP PS SP PB B A AD DDDWWr rBBC Co oWWl l ABCABC线线驴头上冲程线驴头上冲程线; CDACDA线线驴头下冲程线;驴头下冲程线; S S光杆冲程;光杆冲程; S Sp
7、p 活塞冲程;活塞冲程; 冲程损失。冲程损失。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析抽油井工况分析抽油井工况分析- -典型示功图分析典型示功图分析 当活塞上行时,游动阀受油管内活塞以上液柱的压力作用而关闭,并排出活塞冲程一段液体。固定阀由于泵筒内压力下降,被油套环行空间液柱压力顶开,井内液体进入泵筒内,充满活塞上行所让出的空间。一、常规管式泵工作原理活塞上行孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析沉没压力液柱压力活活塞塞上上行行游动凡尔关闭游动凡尔关闭固定凡尔打开固定凡尔打开 吸液条件:沉没压力大于泵内压力时,吸液入泵,排液出井口。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案
8、例分析作业采油案例分析油层油层活活塞塞下下行行 当活塞下行时,由于泵筒内液柱受压,压力增高,而使固定阀关闭。活塞继续下行,泵内压力继续升高,当泵筒内压力超过油管内液柱压力时,游动阀被顶开,液体从泵筒内经空心活塞上行进入油管。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析液柱压力沉没压力游动凡尔打开游动凡尔打开固定凡尔关闭固定凡尔关闭活活塞塞下下行行 排液条件:泵内压力大于液柱压力时,泵内液体转移入油管。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析三、典型示功图分析三、典型示功图分析特点:近似平行四边形PSABDCo 有振动载荷影响时,近似平行四边形,上下载荷线为逐渐减弱的波浪
9、线。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析PSABDCo考虑惯性载荷时,是把惯性载荷叠加在静载荷上。考虑惯性载荷时,是把惯性载荷叠加在静载荷上。 示功图特点: 平行四边形会顺时针旋转一个角度,惯性力越大,旋转角度越大。 形成原因:惯性载荷在上冲程前半冲程增加悬点载荷,后半冲程减小悬点载荷。 在下冲程前半冲程减小悬点载荷,后半冲程增加悬点载荷。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析气体影响示功图充不满影响示功图漏失影响示功图带喷井影响示功图抽油杆断脱影响示功图出砂影响示功图活塞脱出工作筒示功图结蜡影响示功图活塞下行碰泵影响示功图油稠影响示功图柱塞遇卡示功图典典型型
10、示示功功图图目目录录孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1 1、气体影响示功图、气体影响示功图PSABD 由于下冲程末泵的余隙内残存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,加载变慢,使吸入阀打开滞后(B点)C 泵筒的余隙越大,残存的气量越多,泵内压力下降越慢,则吸入阀打开越滞后,即B B线越长。 B C 线为上冲程柱塞有效冲程。oB1孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1 1、气体影响示功图、气体影响示功图PSABD 下冲程时,气体受压缩,下冲程时,气体受压缩,泵内压力不能迅速提高,卸泵内压力不能迅速提高,卸载变慢,使排出阀
11、滞后打开载变慢,使排出阀滞后打开( 图中图中D D 点)。点)。BCDo特点:增载、卸载缓慢生产动态表现:动液面较高,沉没度较大(一般在100m以上)油气比大,单井产液量适中,但出液存在不均。 泵的余隙越大,进入泵内的气量越多,则DD 线越长。 D A线为下冲程柱塞有效冲程。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1 1、气体影响示功图、气体影响示功图 而当进泵气量很大而沉没而当进泵气量很大而沉没压力很低时,泵内气体处于压力很低时,泵内气体处于反复压缩和膨胀状态,吸入反复压缩和膨胀状态,吸入和排出阀处于关闭状态,出和排出阀处于关闭状态,出现现“气锁气锁”现象。现象。如图中点如图中
12、点画线所示:画线所示:PSABDBCDo措施:合理控制套管气;加深泵挂;加装防气装置;减小防冲距,缩小余隙容积。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析气锁影响孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1 1、气体影响示功图、气体影响示功图 气体使泵效降低的数值可使气体使泵效降低的数值可使用下式近似计算用下式近似计算: : 充满系数充满系数: :式中:式中:S S光杆冲程光杆冲程PSABDB CDo孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析2 2、充不满影响的示功图、充不满影响的示功图PSABD 当沉没度过小或供液不足使当沉没度过小或供液不足使液体不能充满
13、工作筒时,均会液体不能充满工作筒时,均会影响示功图的形状。影响示功图的形状。C 下冲程由于泵筒中液体充不下冲程由于泵筒中液体充不满,悬点载荷不能立即减小,满,悬点载荷不能立即减小,只有当柱塞遇到液面时,才迅只有当柱塞遇到液面时,才迅速卸载,卸载线与增载线平行,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卸载点较理论示功图卸载点左移(如图中移(如图中D D 点)点)D o12孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析2 2、充不满影响的示功图、充不满影响的示功图 有时,当柱塞碰到液面时,产生振动,最小载荷线会出现波浪线。充不满程度越严重,则卸载线越往左移。(如右图2、3所示
14、)123PSABDCDo措施:加深泵挂;采取合理的抽汲措施;调整对应注水井注水量;采取压裂、酸化等增产措施;采取间歇抽油方式。特点:卸载线平行左移,液面越低,左移距离越大。生产动态表现:动液面较低,沉没度较小(一般在50m以下)单产液量较低,有时光杆发烫,存在间歇出油情况孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析供液不足孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图泵漏失是油井常见的故障之一。泵漏失包括固定凡尔漏失、游动凡尔漏失、双凡尔漏失和油管漏失四种情况。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示
15、功图、漏失影响的示功图PSABD (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。o孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图PSABD (1)排出部分漏失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,悬点载荷达到最大载荷(如图中B点)oB孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采
16、油案例分析 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。3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图(1)排出部分漏失PABDCBCS 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。DoC孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 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, BC线越短。PABDCCS3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图(1)排出部分漏失 而在接近上死点时又在C点提
17、前关闭。这样柱塞的有效吸入行程为BC。 在此情况下的泵效:CDoB孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 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。3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图(1)排出部分漏失PABDCBCCSBCDCo 特点:卸载提前,增载缓慢。左下角变尖,右上角变圆,为一向上的拱形。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析游动阀漏失孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析A 3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图(2)吸入部分漏失PSABD
18、CD 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) 。o孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 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。3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图(2)吸入部分漏失PSABDCBD 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 O 特点:特点:增载提前,
19、卸载缓慢。右上角变尖,左下角变圆,为一向下的拱形。3孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图(2)吸入部分漏失PSABDCBDA 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 。AoS光在此情况下的泵效计算公式为:孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图 (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。由于摩擦力的存在,示功图成条带状(如右图所示)。 生产动态表现:动液面较正常
20、有所上升,单井产液量下降。游生产动态表现:动液面较正常有所上升,单井产液量下降。游动凡尔漏失时,井口憋压时间加长,压降明显动凡尔漏失时,井口憋压时间加长,压降明显孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图 (3)双凡尔漏失的示功图 双凡尔漏失即吸入部分与排出部分同时漏失,它的示功图是吸入部分与排出部分分别漏失时的示功图叠加,近似于椭圆形,位于最大理论载荷线和最小理论载荷线之间。特点:特点:四角圆滑,两头尖。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析双凡尔漏失孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的
21、示功图、漏失影响的示功图 (4)油管漏失的示功图 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)。DPSABCo措施:措施:热洗;碰泵;作业检管、检泵 生产动态表现:液面较正常上升,液量下降,憋压时间延长,即使憋起压后,压降也快。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析3 3、漏失影响的示功图、漏失影响的示功图 (4)油管漏失的示功图 通过示功图根据下式可计算出漏失位置:式中式中 : 活塞以上每米液柱重量,活塞以上每米液柱重量, kN/mk
22、N/mL L 漏失点距井口深度,漏失点距井口深度, m mh h 漏失点距井口在图上的高度,漏失点距井口在图上的高度, mmmmC C 力比力比 , kN/mmkN/mmhPSABDCo孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析4 4、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 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在液体中的重量,悬点载荷不变,只是由于摩擦力的存在,使上下载荷线不重合,成条带状。 生产动态表现:液面较正常上升,井口不出液,光杆烫,井口憋压不起压,断脱时间较长时井口不出气。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 示功图的位置取决于断脱
23、点的示功图的位置取决于断脱点的位置:断脱点离井口越近,示功位置:断脱点离井口越近,示功图越接近横坐标图越接近横坐标( (基线基线) ),如右图,如右图(1 1)所示;断脱点离井口越远,)所示;断脱点离井口越远,示功图越接近最小理论载荷线,示功图越接近最小理论载荷线,如图(如图(2 2)所示。)所示。(1)(2)4 4、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 措施:对扣;作业检杆。 生产动态表现:液面较正常上升,井口不出液,光杆烫,井口憋压 不起,断脱时间长时井口不出气。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析抽油杆断脱孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析
24、h 由此示功图可计算断脱点至井口的距离: 式中式中 L L 断脱点距井口距离断脱点距井口距离,m ,m 每米抽油杆在液体中重量每米抽油杆在液体中重量,KN/m,KN/m h h 示功图中线到横坐标的距离示功图中线到横坐标的距离,mm,mm C C 力比力比,KN/mm ,KN/mm 4 4、抽油杆断脱影响的示功图、抽油杆断脱影响的示功图 孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析5 5、油层出砂影响的示功图、油层出砂影响的示功图 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
25、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。特点:载荷线上出现不规则锯齿状尖峰,图形仍为一类似平行四边形。措施:作业冲砂;选择合理的工作制度;下防砂装置;人工井壁防砂。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析6 6、油井结蜡影响的示功图、油井结蜡影响的示功图 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特点:示功图超出上下理论载荷线范围,且在上下载荷线上出现波状弯曲。措施:定期加防
26、蜡剂;定期热洗;下防蜡装置;装井口掺水流程;玻璃油管或涂料油管防蜡孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析7 7、带喷井的示功图、带喷井的示功图 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。示功图的位置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、油稠带喷的示功图生产动态表现:液面较高,沉没度大,油井产液量高。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析8 8、管式泵活塞脱出工作筒的示功图、管式泵活塞脱出工作筒的示功图 由于活塞下的过高,在上冲
27、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。措施:调小防冲距措施:调小防冲距孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析9 9、活塞下行碰泵影响的示功图、活塞下行碰泵影响的示功图 原因是由于防冲距过小,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。 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。措施:上提防冲距。措施:上提防冲距。孤岛采
28、油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析碰 泵孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1010、稠油影响示功图、稠油影响示功图S 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。APBDC措施:掺水;掺表面活性剂;热电缆加热;采取合理采油方式。孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析1111、柱塞遇卡
29、的示功图、柱塞遇卡的示功图 柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时,在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形,图形形状与被卡位置有关。活塞卡在泵筒中部活塞卡在泵筒中部生产动态表现: 油井不出液,最大负荷加大,光杆发烫。 孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析柱塞遇卡孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析 在实际工作中,抽油机示功图的形状多种多样,客观的情况也是复杂多变的,为了准确分析示功图,正确判断油井的故障,必须综合各种资料,进行历史的分析,并结合油井产量、电流、动液面、压力等数据全面分析,同时观察井口实际情况,最后得出正确的判断。小小 结结孤岛采油厂作业(西区)作业采油案例分析作业采油案例分析右上圆,左下尖,游动凡尔空中悬;示功图小口诀o 功图虽只两条线,横程竖载不简单;若要油井多出油,及时分析莫迟延;理论功图正四方,实际功图向右偏;右上尖,左下圆,固定凡尔未坐严;气体影响卸载慢,供液不足刀把弯;自喷杆断油管漏,一条黄瓜横下边;泵遇砂卡狼牙棒,油稠蜡重肥而圆;上右下左黄瓜悬,定是柱塞卡筒间;横线外凸泵筒弯,上挂下碰戴耳环;苦学攻克识图关,管好油井就不难。P PS SPABDCBDAAoBDCBCDPSPABDB CDoPSABDCDo敬请批评指正谢谢!