1、tQQ/第四節第四節 泵效計算泵效計算泵效泵效：在抽油井生產過程中，實際產量與理論產量的比值。在抽油井生產過程中，實際產量與理論產量的比值。影響泵效的因素：影響泵效的因素：(3) (3) 漏失影響漏失影響(1) (1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮SSp入(2) (2) 氣體和充不滿的影響氣體和充不滿的影響活液VV(4) (4) 體積系數的影響體積系數的影響lBB1地面產液量地面產液量一、柱塞沖程一、柱塞沖程 液柱載荷交替地由油管轉移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉移到液柱載荷交替地由油管轉移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉移到油管，使桿柱和管柱發生交替地伸長和縮短。油管，使桿柱和管柱

2、發生交替地伸長和縮短。( (一一) )靜載荷作用下的柱塞沖程靜載荷作用下的柱塞沖程 柱塞沖程小于光桿沖程柱塞沖程小于光桿沖程抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮泵效小于泵效小于1 1交變載荷作用交變載荷作用 抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變的，它們不會影響柱塞沖程。的，它們不會影響柱塞沖程。)ff(ELFtr*l11沖程損失計算式：沖程損失計算式： SSStrp)(柱塞沖程：柱塞沖程：沖程損失：沖程損失：tr抽油桿和油管彈性伸縮示意圖抽油桿和油管彈性伸縮示意圖)fLfL(EFmiriit*l1多級抽油桿的沖

3、程損失：多級抽油桿的沖程損失：沖程損失的影響因素分析：沖程損失的影響因素分析：(2) (2) 抽油桿和油管的性質、組合；抽油桿和油管的性質、組合；(3) (3) 下泵深度；下泵深度；(4) (4) 抽油泵的規格。抽油泵的規格。(1) (1) 油層供液狀況和生產流體的性質；油層供液狀況和生產流體的性質；( (一一) )靜載荷作用下的柱塞沖程靜載荷作用下的柱塞沖程 ( (二二) )考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算 當懸點上升到上死點時，抽油桿柱有向下的當懸點上升到上死點時，抽油桿柱有向下的( (負的負的) )最大最大加速度和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下加速度

4、和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下還會帶著柱塞繼續上行還會帶著柱塞繼續上行 。 當懸點下行到下死點后，抽油桿的慣性力向下，使抽油當懸點下行到下死點后，抽油桿的慣性力向下，使抽油桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離 。 i柱塞沖程柱塞沖程增加增加量量：EfLSNWrri17902 由于抽油桿柱上各點所承受的慣性力不同，計算中近似由于抽油桿柱上各點所承受的慣性力不同，計算中近似取其平均值，即：取其平均值，即： 根據虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：根據虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：)lr(EfLSNWEfLI)lr

5、(EfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 1179022117902222上沖程：上沖程：)lr(EfLSNWEfLI)lr(EfLSNWEfLIrrrrurrrrd 1179022117902222下沖程：下沖程：( (二二) )考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算)17901 (2EfLNWSSSrrip 因此，因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：( (三三) )抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響 理論分析和實驗研究表明：理論分析和實驗研究表明：抽油桿柱本身振動的相位在上抽油桿柱本身振動的相位在上下沖

6、程中幾乎是對稱的，下沖程中幾乎是對稱的，即如果上沖程末抽油桿柱伸長，則下即如果上沖程末抽油桿柱伸長，則下沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動引起的伸縮對柱塞沖沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動引起的伸縮對柱塞沖程的影響是一致程的影響是一致 ，即要增加都增加，要減小都減小。其增減，即要增加都增加，要減小都減小。其增減情況取決于抽油桿柱自由振動與懸點擺動引起的強迫振動的相情況取決于抽油桿柱自由振動與懸點擺動引起的強迫振動的相位配合。位配合。液柱載荷交變作用液柱載荷交變作用抽油桿柱變速運動抽油桿柱變速運動抽油桿柱振動抽油桿柱振動 抽油桿柱變形抽油桿柱變形 因此，抽油桿因此，抽油桿柱振動對柱塞沖程柱

7、振動對柱塞沖程的影響存在著的影響存在著沖沖 次、次、沖程配合的有利與沖程配合的有利與不利區域。不利區域。超沖程現象超沖程現象二、泵的充滿程度二、泵的充滿程度氣鎖氣鎖：抽汲時由于氣體在泵內壓縮和膨脹，吸入和排出閥無抽汲時由于氣體在泵內壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現抽不出油的現象。法打開，出現抽不出油的現象。氣體對沖滿程度的影響氣體對沖滿程度的影響psVVK/余隙比：余隙比：充滿系數：充滿系數：RKRKRKVVpl1111binPP 條件：條件： RVVVVVVRVVVVVVVpsplplsllpglp1RKRKRK1111泵充滿程度的影響因素分析：泵充滿程度的影響因素分析：(1) (1)

8、 生產流體的性質生產流體的性質氣液比氣液比 R R愈小，愈小， 就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。(2)(2) 防沖距防沖距 泵吸入口泵吸入口壓力壓力下死點靜止狀態下柱塞下死點靜止狀態下柱塞與泵吸入口的距離與泵吸入口的距離K K值越小，值越小， 值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。 二、泵的充滿程度二、泵的充滿程度三、泵的漏失三、泵的漏失(1) (1) 排出部分漏失排出部分漏失(2) (2) 吸入部分漏失吸入部分漏失(3) (3) 其它部分漏失其它部分漏失 如油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴等如油管絲扣、泵的連接部

9、分及泄油器不嚴等影響影響泵效泵效漏失漏失 漏失很難計算，漏失很難計算，除了新泵可根據試泵實驗測試結除了新泵可根據試泵實驗測試結果和相關式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產果和相關式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴等所產生的漏失很難計算。等所產生的漏失很難計算。柱塞與襯套間隙漏失計算柱塞與襯套間隙漏失計算靜止條件下的漏失量：靜止條件下的漏失量：lHgDeq1231tBLQq2864001pDeq212活塞向上運動時上帶液量：活塞向上運動時上帶液量：pDelHgDeqqq21.12321總漏失量為：總

10、漏失量為： 所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數為：所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數為：四、提高泵效的措施四、提高泵效的措施(1)(1)選擇合理的工作方式選擇合理的工作方式選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點載荷，特別選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點載荷，特別是稠油的井。是稠油的井。連噴帶抽井選用大沖數快速抽汲，以增強誘噴作用。連噴帶抽井選用大沖數快速抽汲，以增強誘噴作用。深井抽汲時，深井抽汲時，S S和和N N的選擇一定要避開不利配合區。的選擇一定要避開不利配合區。(2)(2)確定合理沉沒度。確定合理沉沒度。(3)(3)改善泵的結構，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。改善泵的結構，提

11、高泵的抗磨、抗腐蝕性能。(4)(4)使用油管錨減少沖程損失使用油管錨減少沖程損失(5)(5)合理利用氣體能量及減少氣體影響合理利用氣體能量及減少氣體影響321a 簡單氣錨1孔眼；2吸入管；3外筒6754b 井下分離器4中心管；5外筒；6套管；7封隔器氣 油重重力力式式氣氣錨錨分分離離原原理理旋流分離器旋流分離器 利用離心力原理分離氣液（固）體。利用離心力原理分離氣液（固）體。 氣液（固）混合物由切線方向進入分離器氣液（固）混合物由切線方向進入分離器后，沿分離器筒體旋轉，產生后，沿分離器筒體旋轉，產生離心力離心力。離心力。離心力與液（固）體顆粒的密度成正比。液（固）體與液（固）體顆粒的密度成正比

12、。液（固）體顆粒的密度比氣體大得多，于是顆粒的密度比氣體大得多，于是液（固）體顆液（固）體顆粒就被拋到外圈（靠近器壁），粒就被拋到外圈（靠近器壁），較輕的氣體則較輕的氣體則在內圈。在內圈。被拋在外圈的液（固）體顆粒繼續旋被拋在外圈的液（固）體顆粒繼續旋轉，并向下沉淀，最后到達錐形管聚集后從下轉，并向下沉淀，最后到達錐形管聚集后從下部出口放出，內圈的氣體則從上部出口放出。部出口放出，內圈的氣體則從上部出口放出。 rfPmaxmaxrfPminmin第五節第五節 有桿抽油系統設計有桿抽油系統設計 一、抽油桿強度計算及桿柱設計一、抽油桿強度計算及桿柱設計抽油桿設計：抽油桿設計：抽油桿柱的長度、直徑、

13、組合及材料。抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。 抽油桿柱工作時承受著交變負荷所產生的非對稱循環應抽油桿柱工作時承受著交變負荷所產生的非對稱循環應力作用。力作用。 在交變負荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發生破壞，在交變負荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發生破壞，而不是在最大拉應力下破壞。因此，抽油桿柱必須根據疲勞強而不是在最大拉應力下破壞。因此，抽油桿柱必須根據疲勞強度來進行計算度來進行計算K11maxacrafPP22minmaxminmax1. 1. 奧金格公式奧金格公式采用采用下部加重桿柱下部加重桿柱，既可提高抽油桿剛度和強度，又可克服活，既可提高抽油桿剛度和強度，又可克服活塞下行阻

14、力，以減小彎曲。塞下行阻力，以減小彎曲。注意：注意：對于深井，通常對于深井，通常多級組合抽油桿柱多級組合抽油桿柱。強度條件：強度條件： 1c( (一一) )抽油桿強度計算方法抽油桿強度計算方法 抽油桿使用系數抽油桿使用系數取決于流體的性質取決于流體的性質2.2.修正古德曼方法修正古德曼方法修正古德曼圖修正古德曼圖安全區安全區強度條件：強度條件：allmaxSF)5625. 04T(minall%100minminmaxallPL應力范圍比：應力范圍比：( (一一) )抽油桿強度計算方法抽油桿強度計算方法 ( (二二) )抽油桿柱設計步驟抽油桿柱設計步驟 (2) (2) 等強度設計方法等強度設計

15、方法(1) (1) 不等強度設計方法不等強度設計方法套管套管抽油泵抽油泵油管油管.21PLPL%100iPL%100iPL二、有桿抽油井生產系統設計二、有桿抽油井生產系統設計有桿抽油系統組成：有桿抽油系統組成：有桿抽油系統設計內容：有桿抽油系統設計內容：(1) (1) 油層油層(2) (2) 井筒井筒(4) (4) 地面出油管線地面出油管線(3) (3) 采油設備采油設備( (機、桿、泵等機、桿、泵等) )(4) (4) 工況指標預測。工況指標預測。(1) (1) 油井流入動態計算；油井流入動態計算；(2) (2) 采油設備采油設備( (機、桿、泵等機、桿、泵等) )選擇；選擇；(3) (3)

16、 抽汲參數抽汲參數( (沖程、沖次、泵徑和下泵深度等沖程、沖次、泵徑和下泵深度等) )確定；確定；有桿抽油系統設計目標：有桿抽油系統設計目標： 經濟、有效地舉升原油。經濟、有效地舉升原油。IPR井筒多相井筒多相流規律流規律運動學和動運動學和動力學規律力學規律地面多相地面多相流規律流規律(1) (1) 油井和油層數據；油井和油層數據；(2) (2) 流體物性參數；流體物性參數；(3) (3) 油井生產數據。油井生產數據。有桿抽油系統設計依據：有桿抽油系統設計依據：有桿抽油系統設計理論基礎：有桿抽油系統設計理論基礎：有桿抽油系統設計基礎數據：有桿抽油系統設計基礎數據：油藏供液能力油藏供液能力節點系

17、統分析方法節點系統分析方法二、有桿抽油井生產系統設計二、有桿抽油井生產系統設計有桿抽油井生產系統設計思路：有桿抽油井生產系統設計思路：TP、hqwfPfhpumphtPcPoutPinPiqwfiP(1) IPR(1) IPR計算計算(3) (3) 溫度場計算溫度場計算(2)(2)iqwfiP(4)(4)wfiPinPcP(5) (5) 計算計算fh(6)(6)tPoutP(7) (7) 抽油桿柱設計抽油桿柱設計(8) (8) 泵效分析泵效分析(9) (9) 產量迭代計算產量迭代計算(10) (10) 工況指標計算工況指標計算抽油機井生產系統優化設計的必要性分析抽油機井生產系統優化設計的必要性

18、分析（1 1）示例井數據表）示例井數據表油井基礎數據 油層溫度() 50 井井 身身 軌軌 跡跡 套管外徑(mm) 1778 井身長(m) 井斜(度) 套管內徑(mm) 1571 0 0 油管外徑(mm) 73 1312 0 油管內徑(mm) 63 人工井底(m) 14397 油層壓力(MPa) 20 流 體 物 性 參 數 飽 和 壓 力 (MPa) 10.2 氣 相 相 對 密 度 ( 小數 ) 0.6 原 油 密 度 (kg/m3) 971.5 原 油 粘 溫 關 系 系 數 a 無 地 層 水 密 度 (kg/m3) 1000 原 油 粘 溫 關 系 系 數 b 無 油 井 生 產 數

19、 據 抽 油 機 型 號 CYJY8-3-48B 下 泵 深 度 (m) 1001.2 產 量 (t/d) 31.6 動 液 面 (m) 498 沖 程 (m) 3 沖 次 (rpm) 6 泵 徑 (mm) 56 井 口 油 壓 (MPa) 0.7 井 口 套 壓 (MPa) 2.7 生 產 氣 油 比 (m3/t) 0 質 量 含 水 率 (%) 96.1 尾 管 深 度 (m) 1051.2 抽 油 桿 柱 組 合 (直 徑 mm 長 度 m) 22 1001.2 抽油機井生產系統優化設計的必要性分析抽油機井生產系統優化設計的必要性分析指標 數據范圍 抽油機型號 CYJY8-3-48B 沖

20、程(m) 1.8、2.1、2.4、2.7、3.0 沖次(rpm) 3、4、5、6、7、8、9 下泵深度(m) 5001200 迭代間距(m) 100 尾管長度(m) 20 泵徑(mm) 38、44、56、70、83 （2）計算分析數據范圍）計算分析數據范圍抽油機井生產系統優化設計的必要性分析抽油機井生產系統優化設計的必要性分析1 5 7 8 5=1400 方案數為: （3）油井產能分析）油井產能分析示例井流入動態曲線示例井流入動態曲線0246810121416020406080100120140產液量(t/d)井底流壓(MPa)抽油機井生產系統優化設計的必要性分析抽油機井生產系統優化設計的必要

21、性分析（4）油井生產系統優化設計的必要性）油井生產系統優化設計的必要性 根據示例井的已知數據和所提供的設備（機、桿、泵）及設根據示例井的已知數據和所提供的設備（機、桿、泵）及設計分析數據范圍。共有計分析數據范圍。共有14001400個組合方案，其中個組合方案，其中831831個方案具有技個方案具有技術可行性。術可行性。l 油井產液量的變化范圍為油井產液量的變化范圍為7.81t/d7.81t/d，77.29t/d 77.29t/d l 產油量的變化范圍為產油量的變化范圍為0.30t/d0.30t/d，3.01t/d3.01t/dl 舉升效率的變化范圍為舉升效率的變化范圍為3.51%3.51%，6

22、8.42% 68.42% l 泵效的變化范圍為泵效的變化范圍為65.82%65.82%，90.08% 90.08% 無論是從產量，還是從舉升效率考慮，均有必要以油井和油層的性質無論是從產量，還是從舉升效率考慮，均有必要以油井和油層的性質狀態為基礎，優化配置抽油設備及其工作，使油井經濟高效生產。狀態為基礎，優化配置抽油設備及其工作，使油井經濟高效生產。抽油機井生產系統優化設計的必要性分析抽油機井生產系統優化設計的必要性分析油井產液量與舉升效率的關系油井產液量與舉升效率的關系00.10.20.30.40.50.60.70.801020304050607080產液量(t/d)舉升效率(小數)抽油機井

23、生產系統優化設計的必要性分析抽油機井生產系統優化設計的必要性分析 開 始 基礎數據準備 油井產能（IPR 曲線）計算 抽油設備使用范圍及規格的確定 i=0 設計方案的落實（n 個方案） i=i+1 井筒中流體壓力、溫度及物性分布計算 抽油桿柱設計 抽油泵泵效組成分析 抽油工況指標預測 i=n 設計目標的確定 數據結果存儲與輸出 結 束 N Y 有桿抽油井生產系統設計框圖有桿抽油井生產系統設計框圖? ?三、鋼桿三、鋼桿- -玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術玻璃鋼桿優點玻璃鋼桿優點(1) (1) 重量輕，可減少設備投資，節省能源和增加下泵深度。重量輕，可減少設備投資，節省能源和增加

24、下泵深度。(2) (2) 彈性好，可以實現超沖程。彈性好，可以實現超沖程。(3) (3) 耐腐蝕，可減少斷脫事故。耐腐蝕，可減少斷脫事故。玻璃鋼桿缺點玻璃鋼桿缺點(1) (1) 價格貴：是鋼質抽油桿的價格貴：是鋼質抽油桿的1.61.61.81.8倍。倍。(2) (2) 不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過93.393.3。(3) (3) 報廢桿不能溶化回收利用。報廢桿不能溶化回收利用。目前鋼目前鋼玻璃鋼組合桿柱設計理論與普通全鋼桿設計理論基本相同。玻璃鋼組合桿柱設計理論與普通全鋼桿設計理論基本相同。第六節第六節 有桿抽油系統工況分析有桿抽油系統工況分析(

25、1) (1) 了解油層生產能力及工作狀況，分析是否已發揮了油層潛了解油層生產能力及工作狀況，分析是否已發揮了油層潛力，分析、判斷油層不正常工作的原因；力，分析、判斷油層不正常工作的原因；(2) (2) 了解設備能力及工作狀況，分析設備是否適應油層生產能了解設備能力及工作狀況，分析設備是否適應油層生產能力，了解設備潛力，分析判斷設備不正常的原因；力，了解設備潛力，分析判斷設備不正常的原因；(3) (3) 分析檢查措施效果。分析檢查措施效果。分析目的：分析目的：油層與抽油設備協調，油井高效生產。油層與抽油設備協調，油井高效生產。分析內容：分析內容：一、抽油井液面測試與分析一、抽油井液面測試與分析（

26、一）動液面、靜液面及采油指數（一）動液面、靜液面及采油指數靜液面（靜液面（L Ls s或或H Hs s）：）：對應于對應于油藏壓力。油藏壓力。動液面（動液面（L Lf f或或H Hf f）：）：對應于井底壓力對應于井底壓力 流壓流壓生產壓差：生產壓差：與靜液面和動液面之差與靜液面和動液面之差相對應的壓力差。相對應的壓力差。沉沒度沉沒度h hs s：根據氣油比和原油進泵壓根據氣油比和原油進泵壓力損失而定。力損失而定。 靜液面與動液面的位置靜液面與動液面的位置610gpLLocffcfssfHHQLLQK采油指數：采油指數：折算液面折算液面：把在一定套壓下測得的液面折算成套管壓力為把在一定套壓下測

27、得的液面折算成套管壓力為零時的液面，即：零時的液面，即：？（一）動液面、靜液面及采油指數（一）動液面、靜液面及采油指數 靜液面與動液面的位置靜液面與動液面的位置2/VtL ( (二二) )液面位置的測量液面位置的測量測量儀器：回聲儀測量儀器：回聲儀測量原理：利用聲波在環形空間流體介質中的傳播速度測量原理：利用聲波在環形空間流體介質中的傳播速度和測得的反射時間來計算其位置：和測得的反射時間來計算其位置： 1.1.有音標的井有音標的井 聲波反射曲線聲波反射曲線2/11tLV 11ttLL KPV ZRTmPVZRTKV ZKTVgo95.162.2.無音標井無音標井根據波動理論和聲學原理，聲波在氣

28、體中的傳播速度為：根據波動理論和聲學原理，聲波在氣體中的傳播速度為：利用氣體狀態方程確定氣體密度：利用氣體狀態方程確定氣體密度：Vm/因為：因為： ZRTP則：則：聲波速度為：聲波速度為：簡化為：簡化為：( (三三) )含水井油水界面及工作制度與含水的關系含水井油水界面及工作制度與含水的關系含水井正常抽油時，油水界面穩定在泵的吸入口處。含水井正常抽油時，油水界面穩定在泵的吸入口處。低氣油比含水油井低氣油比含水油井：在泵下加深尾：在泵下加深尾管來降低流壓，提高產量管來降低流壓，提高產量( (同樣的動同樣的動液面深度時液面深度時) )。低含水高氣油比井低含水高氣油比井( (除帶噴者外除帶噴者外)

29、)：加深尾管會降低泵的充滿系數。加深尾管會降低泵的充滿系數。 含水井的油水界面含水井的油水界面思考題：上述說法的理由？思考題：上述說法的理由？抽油井工作制度與含水的變化關系抽油井工作制度與含水的變化關系 當油層和水層壓力相同當油層和水層壓力相同( (或油水同層或油水同層) )時，油井含水不隨工作時，油井含水不隨工作制度而改變；制度而改變； 當出油層壓力高于出水層壓力時，增大總采液量當出油層壓力高于出水層壓力時，增大總采液量( (降流壓降流壓) )，將引起油井含水量的上升；將引起油井含水量的上升； 當水層壓力高于油層壓力時，加大總采液量，將使油井含當水層壓力高于油層壓力時，加大總采液量，將使油井

30、含水量下降。水量下降。確定含水井工作制度時：確定含水井工作制度時：對油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產液量對油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產液量增大到設備允許的抽汲量是合理的。增大到設備允許的抽汲量是合理的。利用油井在不同工作制度下產液量與含水的變化情況來判斷利用油井在不同工作制度下產液量與含水的變化情況來判斷油水層的壓力關系。油水層的壓力關系。?二、地面示功圖分析二、地面示功圖分析示功圖：示功圖：載荷隨位移的變化關系曲線所構成的封閉曲線圖。載荷隨位移的變化關系曲線所構成的封閉曲線圖。地面示功圖或光桿示功圖：地面示功圖或光桿示功圖：懸點載荷與位移關系的示功圖。懸點載荷

31、與位移關系的示功圖。示功圖測試儀器：示功圖測試儀器：動力儀。動力儀。( (一一) )理論示功圖及其分析理論示功圖及其分析1.1.靜載荷作用下的理論示功圖靜載荷作用下的理論示功圖循環過程：下死點循環過程：下死點A A加載完成加載完成B B上上死點死點C C卸載完成卸載完成D D下死點下死點A A 靜載理論示功圖靜載理論示功圖ABCABC為上沖程靜載荷變化線。為上沖程靜載荷變化線。ABAB為為加載過程，加載過程中，游動閥加載過程，加載過程中，游動閥和固定閥處于關閉狀態；在和固定閥處于關閉狀態；在B B點加點加載完畢，變形結束，柱塞與泵筒載完畢，變形結束，柱塞與泵筒開始發生相對位移，固定閥打開開始發

32、生相對位移，固定閥打開而吸入液體。而吸入液體。BCBC為吸入過程為吸入過程（BC=sBC=sP P為泵的沖程），游動閥處為泵的沖程），游動閥處于關閉狀態。于關閉狀態。CDACDA為下沖程靜載荷變化線。為下沖程靜載荷變化線。CDCD為卸載過程，游動閥和固定閥處為卸載過程，游動閥和固定閥處于關閉狀態；在于關閉狀態；在D D點卸載完畢，點卸載完畢，變形結束，柱塞與泵筒發生向下變形結束，柱塞與泵筒發生向下相對位移，游動閥被頂開、排出相對位移，游動閥被頂開、排出液體。液體。DADA為排出過程，固定閥處為排出過程，固定閥處于關閉狀態。于關閉狀態。二、地面示功圖分析二、地面示功圖分析2.2.考慮慣性載荷后的

33、理論示功圖考慮慣性載荷后的理論示功圖 考慮慣性和振動后的理論示功圖考慮慣性和振動后的理論示功圖S/2S/2( (一一) )理論示功圖及其分析理論示功圖及其分析( (二二) )典型示功圖分析典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。因素影響下的基本特征的示功圖。1.1.氣體和充不滿對示功圖的影響氣體和充不滿對示功圖的影響有氣體影響的示功圖有氣體影響的示功圖氣體影響示功圖氣體影響示功圖SDDgADDA 充滿系數：充滿系數：氣鎖氣鎖充不滿影響的示功圖充不滿影響的示功圖充不滿現象：地層產液在上沖程末未

34、充滿泵筒的現象。充不滿現象：地層產液在上沖程末未充滿泵筒的現象。液擊現象：液擊現象：泵充不滿生產時，柱塞與泵內液面撞擊引起泵充不滿生產時，柱塞與泵內液面撞擊引起抽油設備受力急劇變化的現象。抽油設備受力急劇變化的現象。充不滿的示功圖充不滿的示功圖2.2.漏失對示功圖的影響漏失對示功圖的影響 排出部分的漏失排出部分的漏失 泵排出部分漏失泵排出部分漏失CBSpu柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SCB/ 泵效：泵效： 吸入部分漏失吸入部分漏失 吸入閥漏失吸入閥漏失ADSped柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SAD/ 泵泵 效：效： 吸入閥嚴重漏失吸入閥嚴重漏失 吸入部分和排出部分同時漏

35、失吸入部分和排出部分同時漏失 吸入閥和排出閥同時漏失吸入閥和排出閥同時漏失3.3.柱塞遇卡的示功圖柱塞遇卡的示功圖 柱塞在泵筒內被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞柱塞在泵筒內被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關。關。 活塞卡在泵筒中部活塞卡在泵筒中部4.4.帶噴井的示功圖帶噴井的示功圖 在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態，液在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態，液柱載荷基本加不到懸點。示功圖的位置和載荷變化的大小取柱載荷基本加不到懸點。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于

36、噴勢的強弱及抽汲液體的粘度。決于噴勢的強弱及抽汲液體的粘度。 噴勢強、油稀帶噴噴勢強、油稀帶噴 噴勢弱、油稠帶噴噴勢弱、油稠帶噴gqbhCLr5.5.抽油桿斷脫抽油桿斷脫 抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的位置取決于斷脫點的位置。位置取決于斷脫點的位置。抽油桿柱的斷脫位置可抽油桿柱的斷脫位置可根據下式來估算：根據下式來估算： 抽油桿斷脫抽油桿斷脫 出砂井出砂井6.6.其它情況其它情況 結蠟井結蠟井 管式泵活塞脫出工作筒管式泵活塞脫

37、出工作筒 防沖距過小活塞碰防沖距過小活塞碰固定閥的示功圖固定閥的示功圖三、抽油機井工況診斷技術三、抽油機井工況診斷技術抽油機井工況診斷技術：抽油機井工況診斷技術：光桿示光桿示功圖功圖數學模型數學模型計算機計算機井下示井下示功圖功圖抽油設抽油設備工況備工況計算抽油桿柱斷面上的應力分布和示功圖；計算抽油桿柱斷面上的應力分布和示功圖；估算泵口壓力；估算泵口壓力；判斷油井潛能；判斷油井潛能；計算活塞沖程和泵效；計算活塞沖程和泵效；檢驗泵及油管錨的機械狀況；檢驗泵及油管錨的機械狀況；計算和繪制扭矩曲線，并進行平衡和功率的計算與分析。計算和繪制扭矩曲線，并進行平衡和功率的計算與分析。抽油井計算機診斷的內容

38、：抽油井計算機診斷的內容：三、抽油機井工況診斷技術三、抽油機井工況診斷技術( (一一) )診斷技術的理論基礎診斷技術的理論基礎 抽抽油油泵泵 動動力力儀儀 抽抽油油桿桿 信號發送器信號發送器信號接收器信號接收器井下動態信井下動態信號的傳導線號的傳導線應應力力波波設備工況設備工況信號記錄信號記錄ttxUcxtxUattxU ),(),(),(22222 nnnnotntntD1)sincos(2)(應力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動方程描述：應力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動方程描述： 用以截尾傅立葉級數表示的懸點動負荷函數用以截尾傅立葉級數表示的懸點動負荷函數D(T)D(T)及

39、光桿及光桿位移函數位移函數U(T)U(T)作為邊界條件：作為邊界條件：nnnntntntU10)sincos(2)( (一一) )診斷技術的理論基礎診斷技術的理論基礎n1,2,=n sin)(n0,1,2,=n cos)(n1,2,=n sin)(n0,1,2=n cos)(000T0TnTnTnntdtntUtdtntUtdtntDtdtntDnnnnotntntD1)sincos(2)(nnnntntntU10)sincos(2)( (一一) )診斷技術的理論基礎診斷技術的理論基礎 用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度斷面的位移隨時用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度斷面的位移隨時間的變化：間

40、的變化：nnnnrtnxPtnxOxEAtxU100)sin)(cos)(22),(根據虎克定律：根據虎克定律：xtxUEAtxFr),(),( 抽油桿柱任意深度斷面上的動負荷函數隨時間的變化為：抽油桿柱任意深度斷面上的動負荷函數隨時間的變化為：)sin)(cos)(2),(10tnxxPtnxxOEAEAtxFnnnnrr 抽油桿柱任意深度斷面上的動負荷函數隨時間的變化為：抽油桿柱任意深度斷面上的動負荷函數隨時間的變化為：)sin)(cos)(2),(10tnxxPtnxxOEAEAtxFnnnnrr( (一一) )診斷技術的理論基礎診斷技術的理論基礎)(,)()(112)(112sin)(

41、cos)()(cos)(sin)()(222222nnrnnnnnnnrnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnEAEAKnCannCanxxshxchxxchxshKxPxxchxshxxshxchKxO式中：式中：( (一一) )診斷技術的理論基礎診斷技術的理論基礎抽油桿柱系統的阻尼力：粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。抽油桿柱系統的阻尼力：粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。粘滯阻尼力粘滯阻尼力：(1) (1) 桿、接箍與液體之間的粘滯摩擦力；桿、接箍與液體之間的粘滯摩擦力；非粘滯阻尼力非粘滯阻尼力：(1) (1) 桿、接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力；桿、接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力；

42、 ( (二二) )阻尼系數確定阻尼系數確定(2) (2) 泵閥的流體壓力損失等。泵閥的流體壓力損失等。(2) (2) 光桿與盤根之間的摩擦力；光桿與盤根之間的摩擦力；(3) (3) 泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。cossin12)1(4ln12112LaaLaLBBBmACrrrtDDm1ln2121mmBmmmBln) 1(12242真實阻尼真實阻尼系統每一個循環中消除等值阻尼力時系統每一個循環中消除等值阻尼力時的能量與消除真實阻尼時的能量相同的能量與消除真實阻尼時的能量相同等值阻尼等值阻尼( (二二) )阻尼系數確定阻尼系數確定( (三三) )診斷技術的應用診

43、斷技術的應用1.1.判斷泵的工作狀況及計算泵排量判斷泵的工作狀況及計算泵排量2.2.計算各級桿柱的應力和分析桿柱組合的合理性計算各級桿柱的應力和分析桿柱組合的合理性3.3.計算和分析抽油機扭矩、平衡及功率計算和分析抽油機扭矩、平衡及功率4.4.估算泵口壓力及預測油井產量估算泵口壓力及預測油井產量5.5.判斷油管錨或封隔器固定油管的有效性判斷油管錨或封隔器固定油管的有效性( (四四) )診斷技術的發展狀況診斷技術的發展狀況(1) Gibbs S G.(1) Gibbs S G.一維帶阻尼的波動方程一維帶阻尼的波動方程(1966(1966年）年）(2) Doty D R. & Smith Z.(2

44、) Doty D R. & Smith Z.二維預測模型二維預測模型(1981(1981年年) )(4) (4) 示功圖識別技術的發展示功圖識別技術的發展主要特點：主要特點：考慮了抽油桿的慣性，而忽略了液柱的慣性；考慮了抽油桿的慣性，而忽略了液柱的慣性；目前計算機診斷技術的理論基礎。目前計算機診斷技術的理論基礎。主要特點：同時主要特點：同時考慮了抽油桿和液柱的慣性。考慮了抽油桿和液柱的慣性。(3) (3) 余國安等三維振動預測模型余國安等三維振動預測模型(1989(1989年年) )主要特點：同時主要特點：同時考慮了桿、液、管的慣性與振動。考慮了桿、液、管的慣性與振動。人工智能人工智能(AI)

45、(AI)技術。使用模式識別技術、專家系統及神經網絡技術。使用模式識別技術、專家系統及神經網絡技術來判斷泵的工作狀況。技術來判斷泵的工作狀況。附錄附錄A A：API RP 11L API RP 11L 方法方法( (導讀導讀) )計算內容：計算內容：(1)(1)柱塞沖程；柱塞沖程；特點：特點：(1) (1) 經經APIAPI專家組推薦，于專家組推薦，于19671967年公開發表；年公開發表；(3) (3) 由以無因次量表示的一系列圖表和簡單計算公式所由以無因次量表示的一系列圖表和簡單計算公式所組成；組成；(2) (2) 歸納和總結了電模擬研究成果；歸納和總結了電模擬研究成果；(4) (4) 以公

46、報形式發表了以公報形式發表了11001100多張以無因次量表示的模擬示多張以無因次量表示的模擬示功圖，可用類比分析。功圖，可用類比分析。(2)(2)泵排量；泵排量；(3)(3)光桿最大載荷；光桿最大載荷；(4)(4)光桿最小載荷；光桿最小載荷；(5)(5)最大扭矩；最大扭矩； (6)(6)光桿馬力；光桿馬力；(7)(7)有效平衡值。有效平衡值。一、基本假設一、基本假設(1) (1) 普通型游梁式抽油機；普通型游梁式抽油機；(2) (2) 低滑差，即轉數隨負載變化很小的硬特性電動機；低滑差，即轉數隨負載變化很小的硬特性電動機；(3) (3) 模擬的是上粗下細的級次桿；模擬的是上粗下細的級次桿；(

47、4) (4) 泵完全充滿泵完全充滿( (沒有氣體影響沒有氣體影響) )；(5) (5) 井下摩擦正常；井下摩擦正常；(6) (6) 油管錨定；油管錨定；(7) (7) 抽油機完全平衡，且傳動效率為抽油機完全平衡，且傳動效率為100%100%；(8) (8) 未考慮具體抽油機的幾何特性；未考慮具體抽油機的幾何特性；(9) (9) 計算最大扭矩時，認為最大、最小載荷發生在曲柄位計算最大扭矩時，認為最大、最小載荷發生在曲柄位于于7575 和和285285 處。處。二、基本示功圖二、基本示功圖最大載荷最大載荷靜載示功圖靜載示功圖考慮動載的考慮動載的示功圖示功圖最小載荷系最小載荷系數數最大載荷系最大載荷系數數最小載荷最小載荷三、自學要求三、自學要求(1) (1) 基本示功圖上各符號的意義；基本示功圖上各符號的意義；(2) (2) 桿、管彈性常數和彈簧常數的物理意義；桿、管彈性常數和彈簧常數的物理意義；(3) (3) 五個無因次變量的物理意義；五個無因次變量的物理意義；(4) (4) 圖圖3-523-52圖圖3-573-57的特征。的特征。例如：圖例如：圖3-523-52和圖和圖3-53(p1743-53(p174175)175)地面驅動螺桿泵井生產系統優化設計技術地面驅動螺桿泵井生產系