抽油机示功图浅析

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1、抽油机地面示功图浅析摘要：抽油机地面示功图是将抽油机井光杆悬点载荷变化所作的功简化成直观封闭的几何图形，是光杆悬点载荷在动态生产过程中的直观反映，是油田开发技术人员必须掌握的分析方法。通过示功图的正确分析评价，可诊断抽油机井是否正常生产。本文通过对地面示功图原理进行阐述，结合现场实际，对井下生产情况进行解释分析，应用地面示功图解决现场实际问题，同时提出地面示功图的发展方向，为油田开发现场分析诊断提供可借鉴性依据。关键词：抽油机、示功图、应用、发展1、抽油机悬点载荷在抽油机生产过程中，抽油机驴头要承受多种载荷，除了抽油杆柱自

2、重、液柱重量等静载荷外，还有惯性载荷、振动载荷等动载荷以及各种摩擦载荷。在抽油机驴头悬点上下往复运动过程中，上述各类载荷均呈周期性变化。反映悬点载荷随其位移变化规律的图形称为地面（光杆）示功图（力×位移=功）。取得地面示功图简单准确的办法是利用诊断仪对实际抽油机进行实测（目前萨中油田主要采用金时和哈工大的诊断仪器）。利用实测示功图可求得悬点实际载荷，用于机、杆、泵的工作状况分析（诊断）。1.1、悬点静载荷及静载荷理论示功图1.1.1、上冲程悬点静载荷在上冲程中理想状态下，由于上、下压差的作用，游动凡尔关闭，柱塞上下流体不连

3、通，产生悬点静载荷的力包括抽油杆柱重力和柱塞上、下流体压力。1.1.1.1、抽油杆柱重力上冲程作用在悬点上的抽油杆柱重力为它在空气中的重力。Wr=ArρrgLp（1）Wr——抽油杆柱在空气中的重量，KN；Ar——抽油杆截面积，m2；ρr——抽油杆密度，t/m3（钢杆为7.85t/m3）；g——重力加速度，m/s2（一般为9.81m/s2）；Lp——抽油杆柱长度（即泵深），m；1.1.1.2、作用于柱塞上部环行面积上的流体压力（泵排出压力）对于无气的举升液柱，此压力为井口回压与液柱静压之和，即Po=Pt＋ρLgLp（2）Po

4、——泵排出压力，KPa；Pt——井口回压，KPa；ρL——液体密度，t/m3；1.1.1.3、作用于柱塞底部的流体压力（泵吸入压力）12油井生产稳定时油管与套管之间的环形空间中的液面称为动液面，泵沉没在动液面下的深度称为沉没度。上冲程中，在沉没压力（泵口压力）作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力称为吸入压力。此压力作用于柱塞底部，产生向上的载荷，它是使抽油杆柱下部受压产生弯曲的主要原因之一。Pi=Ps＋△Pv（3）Pi——吸入压力，KPa；Ps——沉没压力，KPa；△Pv——流体通过泵入口设备

5、产生的压力降，KPa；若忽略泵入口设备的阻力和油管外动液面以上气柱重力（两者可以相互抵消一部分），吸入压力为套压与油管外动液面以下液柱静压之和：Pi=Pc＋ρLgh（4）Pc——套管压力，KPa；h——沉没度，m；1.1.1.4、上冲程悬点静载荷上冲程中上述三个力作用在悬点上的静载荷为Wj1=Wr＋Po（Ap－Ar）－PiAp（5）Wj1——上冲程悬点载荷，KN；Wj1=（ρr－ρL）gLpAr＋ρLg（Lp－h）Ap＋（Pt－Pc）Ap－PtAr（6）Wr′=（ρr－ρL）gLpAr（7）WL′=ρLg（Lp－h）Ap=

6、ρLgLfAp（8）Lf——动液面深度（Lp－h），m；Wj1=Wr′＋WL′＋（Pt－Pc）Ap－PtAr（9）Wr′——抽油杆柱在井液中的重力，KN；WL′——动液面深度全柱塞面积上的液柱载荷，KN；由于井口回压和套压在上冲程过程中的悬点载荷方向相反，可以相互抵消一部分，一般可以忽略。这样，上冲程中的悬点静载荷可简化为：Wj1=Wr′＋WL′（10）上述分析表明，上冲程悬点载荷主要由和两部分组成。反映了柱塞上下静压差作用在悬点的液柱载荷。只有当地层能量较低，沉没度较小时，吸入压力作用在柱塞底部产生向上的载荷较小，若忽略

7、其影响，它可近似表示为整个柱塞以上液柱载荷，即取动液面深度为下泵深度。WL′=ρLgLpAp（11）1.1.2、下冲程悬点载荷12在下冲程中理想状态下，由于上下压差的作用，游动凡尔打开而固定凡尔关闭，柱塞上下液体连通，油管内液体的浮力作用在抽油杆柱上。所以，下冲程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。而液柱载荷通过固定凡尔作用在油管上，而不作用于悬点。井口回压在下冲程中减轻了悬点载荷：Wj2=Wr′－PtAr（12）Wj2——下冲程悬点载荷，KN；一般可忽略井口回压造成的悬点载荷。这样，下冲程的悬

8、点静载荷仅为抽油杆柱在液体中的重力。Wj2=Wr′（13）1.1.3、静载荷作用下的理论示功图在由下冲程转为上冲程时，悬点载荷由Wr′变为Wr′＋WL′，增加了载荷WL′，会使细长的抽油杆柱伸长。而在由上冲程转为下冲程时，悬点静载荷由Wr′＋WL′变为Wr′，减少了载荷WL′，会使抽油杆柱缩短。在静载荷