1、示功圖與油井供液能力定量化分析鐘張起1,2 侯讀杰1 張春梅2 王軍2 侯風玉2（1中國地質大學(北京)能源學院，北京 海淀 100083；2中石化中原油田分公司采油五廠，河南 濮陽 457001）摘要：通過對實測示功圖研究，確定了評價油井供液能力的3個參數，卸載沖程、卸載比和加卸比。卸載沖程和卸載比越大，供液能力越低；加卸比越大，供液能力越高。慣性載荷、振動載荷、氣體和漏失4種因素對卸載沖程和卸載比影響較大，對加卸比影響較小。結合研究區資料，對卸載沖程、卸載比和加卸比進行優選，加卸比誤差井次最少，是表征油井供液能力最好的指標。根據加卸比的大小，把油井供液能力分為4級。進行區塊分析時，通過不同

2、時期泵效、沉沒度、動液面和加卸比4項指標判斷油井供液能力變化，結果一致。泵效和加卸比的變化幅度比較接近，用加卸比來衡量油井的供液能力，更可靠。關鍵詞：示功圖；抽油機井；供液能力；定量化；載荷游梁式抽油機在油田應用廣泛，測取抽油機井示功圖是分析、診斷抽油機井是否正常生產的一種有效手段，也是抽油機井日常管理工作的一個重要組成部分1-3。近年來，隨著油田信息化的快速發展，我國各大油田已相繼進入智能化、自動化、可視化和實時化的數字化階段。油井工況智能診斷是數字化油田發展的一個重要方面，但目前的應用缺乏對油井重要參數的考慮，工況診斷結果不全面，時效性差，而且在工況的批量診斷方面研究不夠4-6。示功圖診斷

3、是通過示功圖曲線的形狀來研究抽油機井工況信息，由于它是圖形文件，在進行區塊分析時，限制了示功圖的應用。示功圖的形狀能反映油井供液能力，刀把形是供液不足的典型示功圖，根據刀把是否出現、以及刀把的長短，可以定性判斷油井供液正常、供液不足和嚴重供液不足。從示功圖中提取一些參數，使它能反映刀把的形狀以及長短，進而可以定量判斷油井供液能力。1理論井示功圖示功圖是抽油機光桿載荷與位移的關系曲線，通過檢測抽油桿周期性上、下運動時不同位移處抽油桿上所承受的載荷來反映油井的工作狀況。由于抽油機井的情況較為復雜，在生產過程中，深井泵將受到砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實測示功圖的形狀很不規則。

4、為了正確分析和解釋示功圖，常需要以理論示功圖及典型示功圖為基礎，進而分析和解釋實測示功圖7-8。靜載荷作用的理論示功圖為平行四邊形ABCD，考慮慣性載荷的理論示功圖是將慣性載荷疊加在靜載荷上，慣性載荷的影響使靜載荷理論示功圖被扭曲一個角度，變為不規則四邊形ABCD，如圖1所示。當考慮振動載荷時，則將由抽油桿振動引起的懸點載荷疊加在四邊形ABCD上。在粘性液體中，抽油桿柱的振動為阻尼振動，因此振動載荷的影響將逐漸減弱。另外，由于振動載荷的方向具有對稱性，反映在示功圖上的振動載荷也是按上、下沖程對稱的。圖1 考慮慣性和振動后的理論示功圖 2示功圖參數分析典型示功圖是指某一因素影響十分明顯，示功圖的

5、形狀反映了該因素影響的基本特征。盡管實際情況很復雜，但總是存在一個最主要因素，因此可根據示功圖判斷泵的工作狀況9-10。一般來說，示功圖都有加載過程和卸載過程，都會對應有最大載荷點和最小載荷點，圖2為研究區A96-4井實測示功圖。圖2 研究區A96-4井實測示功圖2.1參數定義為了克服人為因素的影響，使參數取值更客觀，定義以下4個參數。（1）加載沖程：示功圖中，光桿位移從零到最大懸點載荷對應位移的距離，稱為加載沖程，即圖2中A點對應的橫坐標。（2）卸載沖程：示功圖中，光桿位移從最大點到最小懸點載荷對應位移的距離，稱為卸載沖程，即圖2中B、C兩點橫坐標的差值。（3）卸載比：卸載沖程與光桿沖程的比

6、值，稱為卸載比。（4）加卸比：加載沖程與卸載沖程的比值，稱為加卸比。對同一口井來說，卸載沖程越大，示功圖中顯示的刀把越長，油井供液能力越低。同理，卸載比越大，油井供液能力也越低。加卸比越大，油井供液能力越高。2.2影響因素分析理論上，卸載沖程、卸載比和加卸比都能定量化表示油井供液能力，而它們又存在一些干擾因素，不能完全反映油井的供液能力。（1）慣性載荷的影響，慣性載荷使靜載荷理論示功圖扭曲一個角度。慣性載荷越大，示功圖扭曲的角度也越大，對應加載沖程和卸載沖程增大。同樣供液能力條件下，與泵深小的井相比，泵深大的井卸載沖程較大。慣性載荷對加卸比的影響相對較小，因為它使加載沖程和卸載沖程同時增大。（

7、2）振動載荷的影響，振動載荷使理論示功圖的上下沖程變成波浪線。振動載荷越大，加載沖程和卸載沖程也越大。振動載荷對加卸比的影響相對較小。（3）氣體的影響，由于氣體很容易被壓縮，使加載沖程和卸載沖程增加。下沖程末余隙內存有溶解氣，上沖程開始后泵內的壓力因氣體膨脹而不能很快降低，使固定閥打開滯后，加載緩慢。下沖程由于氣體壓縮，泵內壓力不能迅速提高，游動閥打開滯后，因此卸載緩慢。氣體含量越高，加載沖程和卸載沖程越大。氣體對加卸比的影響相對較小。（4）漏失的影響，漏失越嚴重，對示功圖影響越大。沖次越快，漏失的影響就越小。游動閥漏失的影響只發生在上沖程，使加載沖程增加。固定閥漏失的影響只發生在下沖程，使卸

8、載沖程增加。慣性載荷、振動載荷和氣體這3種因素對示功圖的影響是廣泛存在的，而漏失對示功圖的影響范圍較小。理論上分析，同樣供液能力條件下，各種因素對卸載沖程和卸載比的影響較大，對加卸比的影響較小。3礦場應用3.1研究區概況研究區位于東濮凹陷西斜坡帶中段，主要含油層位為沙3中及沙3下，含油面積4.5km2，石油地質儲量1073104t，可采儲量296104t，標定采收率27.65%。儲層平均孔隙度20.54%，平均滲透率22010-3m2，原油密度0.850.87 g/cm3，原油粘度 2.989.11mPas，為常溫常壓中滲復雜斷塊油藏。3.2參數優選2013年4月，研究區共有可對比示功圖井89

9、口，213井次示功圖數據。通過軟件把示功圖數字化，得到各個示功圖的卸載沖程、卸載比和加卸比等示功圖參數。正常生產情況下，根據實測示功圖是否出現刀把形狀，技術人員把抽油機井分為供液正常和供液不足兩類。結合實測示功圖的解釋結果，確定供液正常和和供液不足的界限。然后，根據各參數劃定的界限，再重新解釋實測示功圖。不同參數解釋的結果有一部分與技術人員解釋的結果相矛盾，矛盾井次最少的參數，就是表征供液能力最好的參數，統計結果如表1所示。由表可知，加卸比判斷供液能力誤差井次最少，且誤差在10%以內，滿足工程需要。表1 不同參數判斷供液能力統計參數范圍供液不足界限矛盾井次矛盾井次百分比參數可靠性加卸比0.80

10、0157.04較可靠卸載比0.333198.92一般卸載沖程/m1.500209.39較差3.3供液能力分級理論分析和實測示功圖數據表明，與卸載比和卸載沖程相比，加卸比用來評價油井供液能力，對它進行定量化以及分級，更有優勢。根據加卸比的取值范圍，把油井供液能力分為4級。供液能力、加卸比、泵效、沉沒度以及動液面的關系，如表2所示。由表可知，隨著供液級別的增加，加卸比、平均泵效和沉沒度也在增加，平均動液面與之相反。對90%以上的油井，加卸比與供液能力對應關系較好。但對某些特殊井，加卸比的高低并不能完全代表油井的供液能力。同一口井，加卸比越高，油井供液能力也越高，可以根據油井的實際情況，單獨進行供液

11、能力分級。表2 加卸比分級與其他參數的關系供液能力加卸比井次泵效/%沉沒度/m動液面/m級0.44125.197.551751級0.40.66443.8170.711704級0.60.84461.2281.931475級0.86470.2645.2910103.4區塊動態分析目前，進行區塊分析時，評價區塊供液能力高低的指標就是動液面。抽油機井動液面測試方法是利用聲波反射原理，井口測試儀器記錄下聲波反射曲線，經過分析計算得到動液面數據。該方法存在的問題主要有3個：（1）當套管沒有氣體或者動液面深度大于2500米時，動液面很難測試出來；（2）對頂部有封隔器的抽油機井，不能測量動液面；（3）對含氣量

12、高的井，由于存在泡沫段，也會造成動液面測量不準。隨著油田信息化的快速發展，示功圖測試技術不斷進步，用示功圖參數來衡量油井供液能力有很大優勢。2013年4月，利用泵效、動液面、沉沒度和加卸比進行油井供液能力分析，統計結果如表3所示。表中，變化幅度是差值與上半月基數比值的百分數。由表可知，與上半月相比，區塊下半月的泵效、沉沒度和加卸比都有所降低，動液面有所增加，這些指標的變化都說明區塊整體的供液能力有所降低。從各指標的變化幅度可知，泵效和加卸比的比較接近。因此，從某種程度上說，與動液面和沉沒度相比，用加卸比來衡量油井的供液能力，更可靠。表3 區塊分析中不同指標對比指標泵效/%動液面/m沉沒度/m加

13、卸比上半月53.641408393.140.659下半月49.721434337.690.626差值-3.9226-55.45-0.033變化幅度-7.311.83-14.11-5.084結論（1）在實測示功圖中，確定了評價油井供液能力的3個參數，卸載沖程、卸載比和加卸比。卸載沖程和卸載比越大，供液能力越低；加卸比越大，供液能力越高。（2）分析了慣性載荷、振動載荷、氣體和漏失4種因素對示功圖參數的影響，它們對卸載沖程和卸載比影響較大，對加卸比影響較小。（3）結合研究區資料，對卸載沖程、卸載比和加卸比參數進行優選，加卸比誤差井次最少，在10%以內，是表征油井供液能力最好的指標。（4）根據加卸比的

14、大小，把油井供液能力分為4級。隨著供液級別的增加，加卸比、平均泵效和沉沒度也在增加，動液面降低。對90%以上的油井，加卸比與供液能力對應關系較好。（5）進行區塊分析時，通過不同時期泵效、沉沒度、動液面和加卸比4項指標判斷油井供液能力變化，結果一致。從各指標的變化幅度可知，泵效和加卸比的比較接近。用加卸比來衡量油井的供液能力，更可靠。參考文獻:1 Gibbs S G, Neely A B. Computer diagnosis of down-hole conditions in sucker rod pumping wellsJ. Journal of Petroleum Technology

15、, 1966, 18(1): 91-98.2 Gibbs S G. Predicting the behavior of sucker-rod pumping systemsJ. Journal of Petroleum Technology, 1963, 15(7): 769-778.3 薛建泉, 岳廣韜, 張國棟. 抽油機井地面示功圖量油技術研究J. 石油鉆采工藝, 2012, 34(3): 61-66.4 Nazi G M, Ashenayi K, Lea J F, et al. Application of artificial neural network to pump card

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18、meter card and quantitative analysis of well deliverabilityZhong Zhangqi1,2 Hou Dujie1 Zhang Chunmei2 Wang Jun1 Hou Fengyu2（1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing,100083，China;2.No.5 Oil Produnction Plant,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang,457001,China）Abstract:

19、Through research on actual dynamometer card, unload stroke , unload ratio and load/unload ratio are determined to evaluate the well deliverability. The larger unload stroke and unload ratio, the lower well deliverability, as well as the law of load/unload ratio is opposite. Inertial load , vibratory load , gas and leakage influence more remarkbly on unload stroke and unload ratio than load/unload ratio. Combined with field data in the study area, unload stroke, unload ratio and load/unload ratio are optimized for quantification of well deliverability .As a result,