,抽油機(jī)井理論示功圖,孫愛軍,河南油田第一采油廠,2、理論示功圖的形成,學(xué)習(xí)目錄,4、理論示功圖的繪制,3、理論示功圖載荷計(jì)算,1、示功圖有關(guān)概念,工況分析培訓(xùn)班,2、理論示功圖的形成,學(xué)習(xí)目錄,4、理論示功圖的繪制,3、理論示功圖載荷計(jì)算,1、示功圖有關(guān)概念,2020/9/24,3,工況分析培訓(xùn)班,（1）示功圖： 由專門的儀器測出，是描繪抽油機(jī)井驢頭懸點(diǎn)載荷與光桿位移的關(guān)系曲線。封閉的曲線所圍成的面積表示在一個(gè)沖程中抽油泵所作的功。 用途： 示功圖反映了抽油泵的工作情況，通過分析，可以了解油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及抽油裝置的各項(xiàng)參數(shù)選擇是否合理。,1、示功圖有關(guān)概念,2020/9/24,4,工況分析培訓(xùn)班,（2）理論示功圖： 在理想情況下，只考慮懸點(diǎn)所承受的靜載荷及由于靜載荷引起的桿管彈性變形，而不考慮其他因素的影響，所繪制的示功圖。,1、示功圖有關(guān)概念,繪制理論示功圖目的： 與實(shí)測示功圖比較，找出載荷變化差異，從而判斷深井泵、抽油桿、油管的工作狀況及油層的供液情況。,2020/9/24,6,工況分析培訓(xùn)班,理論示功圖假設(shè)條件：,1、假設(shè)泵、管沒有漏失，泵工作正常；,2、油層供液能力充足，泵充滿程度良好；,3、不考慮活塞在上、下沖程中，抽油桿柱所受到的摩擦力、慣性力、振動(dòng)載荷與沖擊載荷等動(dòng)載荷的影響；,4、不考慮砂、蠟、氣、稠油的影響；,5、不考慮油井連抽帶噴；,6、認(rèn)為進(jìn)入泵內(nèi)的液體是不可壓縮的，閥是瞬時(shí)開閉的。,7,工況分析培訓(xùn)班,（3）實(shí)測示功圖： 實(shí)測示功圖是是在砂、蠟、氣和慣性載荷、振動(dòng)載荷等綜合因素影響下，實(shí)際測得的示功圖也稱地面示功圖。,1、示功圖有關(guān)概念,2020/9/24,8,工況分析培訓(xùn)班,2020/9/24,9,工況分析培訓(xùn)班,2020/9/24,采油工工況分析培訓(xùn)班,10,2、理論示功圖的形成,學(xué)習(xí)目錄,4、理論示功圖的繪制,3、理論最大最小載荷計(jì)算,1、示功圖有關(guān)概念,上游動(dòng)閥,上游動(dòng)閥 （連接抽油桿）,固定閥罩,固定閥,固定閥球和座,下游動(dòng)閥 （有錐度）,活塞上的防砂槽,深井泵的活塞在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊谧畹臀恢脮r(shí)，兩個(gè)凡爾之間有一余隙，此余隙內(nèi)充滿了液體。當(dāng)活塞下行程快接近死點(diǎn)時(shí)，固定凡爾關(guān)閉著，游動(dòng)凡爾打開著，此時(shí)，活塞上下液體連通，光桿上只承受抽油桿柱在油中的重量；油管承受了全部液柱重量。 當(dāng)活塞到達(dá)下死點(diǎn)開始上行程的瞬間，游動(dòng)凡爾立即關(guān)閉，使活塞上下不連通?；钊苿?dòng)其上的液柱向上移動(dòng)，這個(gè)液柱的重量就加在活塞上，并經(jīng)過抽油桿加在光桿上。油管此時(shí)只承受它與活塞之間環(huán)形截面上液柱的重量。,2020/9/24,13,A點(diǎn)是下死點(diǎn),在下死點(diǎn)前后，抽油桿柱上多了一個(gè)活塞截面以上液柱的重量，油管上少了一個(gè)活塞截面以上液柱的重量。 這時(shí)，就要發(fā)生彈性變形，油管就要縮短，抽油桿就要伸長（細(xì)長的油管和抽油桿柱，本身是一個(gè)彈性體，在負(fù)荷變化時(shí)，就產(chǎn)生相應(yīng)的變形，此變形的多少和負(fù)荷變化的多少成正比）此時(shí)，光桿雖然在上移，但活塞相應(yīng)于泵筒來說，實(shí)際未動(dòng)，這樣，就畫出了圖中AB斜直線。AB線表示了光桿負(fù)載增加的過程，稱為增載線。,2020/9/24,14,當(dāng)彈性變形完畢光桿帶動(dòng)活塞開始上行（B點(diǎn)），固定凡爾打開，液體進(jìn)入泵筒并充滿活塞所讓出的泵筒空間，此時(shí)，光桿處所承受的負(fù)荷，仍和B點(diǎn)時(shí)一樣沒有變化，所以，畫出一條直線BC。,B點(diǎn)是固定凡爾打開點(diǎn),2020/9/24,15,C,當(dāng)活塞到達(dá)上死點(diǎn)（C點(diǎn)），在轉(zhuǎn)入下行程的瞬間，固定凡爾關(guān)閉，活塞開始壓縮泵筒中的液體?；钊麛D壓給液體一個(gè)作用力，這個(gè)力作用在油管上，使油管伸長；液體反過來又給活塞一個(gè)反作用力，使抽油桿柱開始減載，桿柱縮短，油管伸長、抽油桿縮短，使泵內(nèi)壓力不能及時(shí)升高。 當(dāng)桿管變形結(jié)束，泵內(nèi)壓力大于泵上油管內(nèi)液柱壓力，游動(dòng)凡爾打開（D點(diǎn)），活塞上下連通。此時(shí)，由于油管伸長，抽油桿柱縮短，活塞相對于泵筒沒有移動(dòng)，于是畫出了CD斜線。CD斜線表示了光桿上負(fù)荷減少的過程，稱為減載線。,2020/9/24,16,當(dāng)彈性變形完畢，活塞開始下行，液體就通過游動(dòng)凡爾向活塞以上轉(zhuǎn)移，在液體向活塞以上轉(zhuǎn)移的過程中，光桿上所受的負(fù)荷不變，所以畫出一條和BC平行的直線DA。 當(dāng)光桿行到下死點(diǎn)，在下行程完畢又將開始的瞬間，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，負(fù)荷又發(fā)生轉(zhuǎn)移，開始了一個(gè)新的往復(fù)，這樣，就畫成了一個(gè)封閉的曲線，我們叫它做示功圖。,2020/9/24,17,AB增載線 BC活塞上行程線，最大載荷線 ABC驢頭上行程線 CD減載線 DA活塞下行程線，最小載荷線 CDA驢頭下行程線,2020/9/24,18,工況分析培訓(xùn)班,A點(diǎn)：下死點(diǎn) B點(diǎn)：懸點(diǎn)加載完畢，固定閥打開點(diǎn) C點(diǎn)：上死點(diǎn) D點(diǎn)：懸點(diǎn)卸載完畢，游動(dòng)閥打開點(diǎn),2020/9/24,19,工況分析培訓(xùn)班,S光-光桿沖程，米； S活-活塞行程，米； Wr-抽油桿柱以上的在井筒內(nèi)液體中的重量，KN； W1-活塞截面液柱重量，KN； W靜W桿W液-光桿承受的最大靜負(fù)荷，KN； 1-抽油桿伸縮長度，米；2-油管伸縮長度，米； 12-沖程損失，米。,2020/9/24,20,工況分析培訓(xùn)班,1,2,1,2,2020/9/24,采油工工況分析培訓(xùn)班,21,2、理論示功圖的形成,學(xué)習(xí)目錄,4、理論示功圖的繪制,3、理論示功圖載荷計(jì)算,1、示功圖有關(guān)概念,理論示功圖只考慮了懸點(diǎn)所承受的靜載荷及沖程損失，而不考慮其他因素的影響。,減程比：光桿沖程在圖上的長度與光桿實(shí)際沖程長度之比，用“a”表示。 a = S圖/S實(shí),力比：實(shí)際懸點(diǎn)載荷與其在圖上的長度之比，用“b”表示，單位KN/mm b W實(shí)/W圖,沖程損失：隨著載荷的交替轉(zhuǎn)移，使油管和抽油桿發(fā)生伸長縮短，因而使活塞實(shí)際沖程小于光桿沖程，這一差值即沖程損失。,2020/9/24,22,工況分析培訓(xùn)班,（1）抽油桿柱載荷： 在上沖程中，游動(dòng)閥關(guān)閉，抽油桿柱不受管內(nèi)液體浮力的作用，所以上沖程中作用在懸點(diǎn)的抽油桿柱載荷為桿柱在空氣中的重力。,上沖程懸點(diǎn)承受載荷：,抽油桿柱空氣中重：Wrd2/4L桿 d桿直徑 m 重度，單位:N,Wrq桿L qr每米抽油桿空氣中重，單位: N,2020/9/24,23,工況分析培訓(xùn)班,上沖程懸點(diǎn)承受載荷：,在上沖程中，由于游動(dòng)閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱引起的懸點(diǎn)載荷為：,（2）作用在柱塞上的液柱載荷,活塞有效截面上液柱重： W1D2/4L液 d2/4L液 =（D2d2）/4L液,上沖程懸點(diǎn)承受載荷： Wr W1,即懸點(diǎn)最大靜載荷：W最大 Wr W1,W1q1L qr活塞有效截面上每米液柱重，單位: N,2020/9/24,24,工況分析培訓(xùn)班,在下沖程中，游動(dòng)閥打開后，油管內(nèi)液體的浮力作用在抽油桿柱上。所以，下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的重力作用在懸點(diǎn)上的載荷。,Wrd2/4L（桿 液） 重度，單位:N,下沖程懸點(diǎn)承受載荷：,最小靜載荷： W最小 Wr,3、理論示功圖載荷的計(jì)算,Wrq桿L qr每米抽油桿液柱中重，N,2020/9/24,25,工況分析培訓(xùn)班,上行程：懸點(diǎn)最大靜載荷：W最大 Wr W1,下行程：懸點(diǎn)最小靜載荷： W最小 Wr,上下行程中在桿柱和管柱之間相互轉(zhuǎn)移的載荷：,相互轉(zhuǎn)移的載荷為上下沖程懸點(diǎn)承受的靜載荷之差： W最大W最小（Wr W1） Wr,上下沖程載荷差值用 W1表示。,2020/9/24,26,工況分析培訓(xùn)班,上下沖程載荷差 = WrW1Wr d2/4L桿（D2d2）/4L液 d2/4L（桿 液） （D2d2）/4L液 d2/4L液 D2/4L液,令W1D2/4L液，簡稱轉(zhuǎn)移載荷。,由以上推導(dǎo)可知： Wr W1 Wr W1,2020/9/24,27,工況分析培訓(xùn)班,空氣中桿柱重,泵上有效截面液柱重,W最大 Wr W1 Wr W1,3、理論示功圖載荷的計(jì)算,2020/9/24,28,工況分析培訓(xùn)班,2020/9/24,采油工工況分析培訓(xùn)班,29,2、理論示功圖的形成,學(xué)習(xí)目錄,4、理論示功圖的繪制,3、理論最大最小載荷計(jì)算,1、示功圖有關(guān)概念,1109.某井的實(shí)測示功圖上，上沖程最高點(diǎn)到基線的距離為L=4，動(dòng)力儀力比為c=2kN/mm，抽油機(jī)型號為CYJ10-3-48B，求抽油機(jī)負(fù)載利用率(g取10m/s2)。,1109. 解：(1)懸點(diǎn)最大載荷Wmax=Lc=4102=80（kN） (2)負(fù)載利用率利=（W額/Wmax）100%= 100%=80% 答：該井抽油機(jī)負(fù)載利用率為80%。,示功圖顯示，某井抽油桿斷脫，該示功圖中線距橫坐標(biāo)10，動(dòng)力儀力比為2kN/mm，抽油桿柱在液體中的重力為36.24N/m，試求抽油桿斷脫點(diǎn)以上抽油桿的長度。,解：L=hc/g桿=102000/36.24=551.88(m) 答：斷脫點(diǎn)以上抽油桿長551.88m。,10,某抽油機(jī)井示功圖的下載荷線距基線12，上載荷線距基線17，動(dòng)力儀力比為2.2kN/mm，試求該井液柱重。,解：由示功圖（驢頭懸點(diǎn)載荷）組成內(nèi)容可知： 抽油機(jī)井井筒液柱重=（上載荷-下載荷）動(dòng)力儀力比 即:WL=（17-12）2.2=11.0(kN),（1）建立坐標(biāo)：以實(shí)測圖的基線為橫坐標(biāo)S，表示沖程；通過實(shí)測圖的最左端作縱坐標(biāo)W，表示光桿上的負(fù)荷。,（2）計(jì)算載荷及在圖上高度：根據(jù)所測的油井參數(shù)，求出抽油桿在液體中重量Wr和活塞截面上液柱載荷W1。,2020/9/24,33,工況分析培訓(xùn)班,（3）然后根據(jù)力比計(jì)算出Wr W1在縱坐標(biāo)上高度，分別以Wr、W1為高做橫坐標(biāo)平行線B1C 和 AD1 。,（4）求沖程損失及在圖上長度： 求出沖程損失 B1B=沖程損失減程比 a B1C=光桿沖程長度減程比 Sa,在B1C線上，取BC=B1CB1B，確定B點(diǎn)，連接AB，過C點(diǎn)做AB平行線CD，則平行四邊形ABCD就是所求理論示功圖。,2020/9/24,34,工況分析培訓(xùn)班,某抽油機(jī)井使用70mm泵，2 1/2平式油管（內(nèi)徑62mm、外徑73mm），22mm單級抽油桿生產(chǎn)，泵深800米，沖程3.6米，沖次4次/分，日產(chǎn)液量90噸/天，原油含水80%，減程比1/45，動(dòng)力儀力比1.26KN/mm，原油比重0.86，鋼比重7.85，抽油桿、油管的彈性伸縮為0.8m，g=10m/s2，求該井理論示功圖。,繪制理論示功圖示例：,重力加速度：10米每二次方秒,2020/9/24,35,工況分析培訓(xùn)班,1、做直角坐標(biāo)。以實(shí)測圖的基線為橫坐標(biāo)，用s表示沖程，通過實(shí)測圖的最左端做縱坐標(biāo)，用W表示光桿負(fù)荷。,S,W,O,W,S,2020/9/24,36,工況分析培訓(xùn)班,2、計(jì)算抽油桿在液體中重量Wr和活塞截面上液柱載荷W1,Wr d2/4L（桿 液）g,這里的指比重，無因次量, 3.14 0.0222/4 800（7.85 0.972）10, 20.9（KN）,W1D2/4L液g, 3.140.072/4 8000.97210, 29.9（KN）,沒有g(shù)時(shí)單位是噸。,與前面是重度不同。如鋼重度=7.85104 N/m3 g取10m/s2,2020/9/24,37,工況分析培訓(xùn)班,0.86 (1-80%)+180%,3、計(jì)算光桿負(fù)荷在縱坐標(biāo)上的高度,下沖程 OA Wr/ b 20.9 / 1.26 16.6(mm),上沖程 OB (W1 Wr)/b50.8 /1.26 40.3(mm),在縱坐標(biāo)上分別以O(shè)A、OB為高，做縱坐標(biāo)的平行線AD、BC,2020/9/24,38,工況分析培訓(xùn)班,4、計(jì)算沖程和沖程損失在圖上長度，畫出理論示功圖,光桿沖程圖上長度：S光 S實(shí)a36001/45 80(mm),沖程損失圖上長度:沖程損失a8001/45 18(mm),在BC線上，取BCBC8018 62mm， BB18mm,連接AB，過C點(diǎn)做AB平行線CD,2020/9/24,39,工況分析培訓(xùn)班,理論示功圖解釋，點(diǎn)、線、坐標(biāo)、計(jì)算,2020/9/24,40,工況分析培訓(xùn)班,繪出理論示功圖與實(shí)測示功圖對比，進(jìn)行分析。,2020/9/24,41,工況分析培訓(xùn)班,沖程損失的計(jì)算（單級抽油桿）,(,12,)128(毫米),P 液抽油桿在井內(nèi)液體中的重量 （ N） W1,L泵深 （米）,E鋼彈性模量 =2.1107N/cm2,f桿抽油桿截面積 cm2,f管抽油管截面積 cm2,采油工工況分析培訓(xùn)班,沖程損失的計(jì)算（兩級抽油桿）,(,12,P液抽油桿在井內(nèi)液體中的重量 （ N） Wr,L泵深 （米）；L11級桿深； L22級桿深,E鋼彈性模量 =2.1107N/cm2,f桿抽油桿截面積 cm2,f管抽油管截面積 cm2,2020/9/24,44,