1、一、地面示功圖分析示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。(一)理論示功圖及其分析1.靜載荷作用下的理論示功圖循環(huán)過程：下死點(diǎn)A加載完成B上死點(diǎn)C卸載完成D下死點(diǎn)A圖10-5 靜載理論示功圖正常示功圖第1頁，共29頁。圖10-5 靜載理論示功圖ABC為上沖程靜載荷變化線。AB為加載過程，加載過程中，游動(dòng)凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點(diǎn)加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對(duì)位移，固定凡爾打開而吸入液體。BC為吸入過程（BC=sP為泵的沖程），游動(dòng)凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。A點(diǎn)的載荷：wr,抽油桿在液柱中的重量;B點(diǎn)的載荷：wr+ wl,抽油桿在液柱中的重量+液柱的重量;第2頁，共29頁

2、。圖10-5 靜載理論示功圖CDA為下沖程靜載荷變化線。CD為卸載過程，游動(dòng)凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點(diǎn)卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對(duì)位移，游動(dòng)凡爾被頂開、排出液體。DA為排出過程，固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。第3頁，共29頁。2.考慮動(dòng)載荷后的理論示功圖考慮慣性后的理論示功圖S/2考慮慣性載荷時(shí)，是把慣性載荷疊加在靜載荷上。上沖程：前半沖程由大變小、向下的慣性載荷，增加懸點(diǎn)載荷；后半沖程由小變大、向上的慣性載荷，減小懸點(diǎn)載荷。下沖程：前半沖程由大變小、向上的慣性載荷，減小懸點(diǎn)載荷；后半沖程由小變大、向下的慣性載荷，增加懸點(diǎn)載荷。第4頁，共29頁?？紤]慣性和振動(dòng)后的理論示功圖考慮振

3、動(dòng)時(shí)，則把抽油桿振動(dòng)引起的懸點(diǎn)載荷疊加在四邊形ABCD上。由于抽油桿柱的振動(dòng)發(fā)生在粘性液體中，所以為阻尼振動(dòng)。疊加之后在BC線和DA線上就出現(xiàn)逐漸減弱的波浪線?？紤]振動(dòng)載荷時(shí)，是把振動(dòng)載荷疊加上。第5頁，共29頁。(二)典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖?？紤]慣性和振動(dòng)后的理論示功圖正常示功圖第6頁，共29頁。(二)典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。1.氣體和充不滿對(duì)示功圖的影響圖3-30 有氣體影響的示功圖氣體影響示功圖上沖程：由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定數(shù)量的溶解氣和壓縮

4、氣，上沖程開始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能很快降低，使吸入閥打開滯后(點(diǎn)B)，加載變慢。余隙越大，殘存的氣量越多，泵口壓力越低，則吸入閥打開滯后得越多，即BB線越長。第7頁，共29頁。圖3-30 有氣體影響的示功圖充滿系數(shù)：下沖程：氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，使排出閥滯后打開(點(diǎn)D)，卸載變慢(CD)。泵的余隙越大，進(jìn)入泵內(nèi)的氣量越多，則線DD越長，示功圖的“刀把”越明顯。氣體使泵效降低的數(shù)值近似計(jì)算公式：第8頁，共29頁。充不滿影響的示功圖充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。液擊現(xiàn)象：泵充不滿生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。圖3-31 充不滿的示功

5、圖下沖程：懸點(diǎn)載荷不能立即減小，只有當(dāng)柱塞遇到液面時(shí)，則迅速卸載。所以，卸載線較氣體影響的卸載線陡而直。第9頁，共29頁。2.漏失對(duì)示功圖的影響 排出部分的漏失圖3-32 泵排出部分漏失前半沖程：泵內(nèi)壓力降低，柱塞兩端產(chǎn)生壓差，泵上液體經(jīng)排出部分的不嚴(yán)密處漏到工作筒內(nèi)，漏失速度隨柱塞下面壓力的減小而增大。由于漏失到柱塞下面的液體有向上的“頂托”作用，所以懸點(diǎn)載荷不能及時(shí)上升到最大值，使加載緩慢。隨著懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加快，“頂托”作用相對(duì)減小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬間，懸點(diǎn)載荷達(dá)到最大靜載荷。第10頁，共29頁。圖3-32 泵排出部分漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：后半沖程：因活塞上行速度逐漸

6、減慢，在柱塞速度小于漏失速度瞬間(C)點(diǎn)，又出現(xiàn)了漏失液體的“頂托”作用，使懸點(diǎn)負(fù)荷提前卸載。到上死點(diǎn)時(shí)懸點(diǎn)載荷已降至點(diǎn)C。第11頁，共29頁。 吸入部分漏失圖3-33 吸入凡爾漏失 下沖程開始后，由于吸入閥漏失使泵內(nèi)壓力不能及時(shí)提高，而延緩了卸載過程。排出閥不能及時(shí)打開。當(dāng)柱塞速度大于漏失速度后，泵內(nèi)壓力大于液柱壓力，將排出閥打開而卸去液柱載荷。下沖程后半沖程中因柱塞速度減小，當(dāng)小于漏失速度時(shí)，泵內(nèi)壓力降低使排出閥提前關(guān)閉(點(diǎn)A)，懸點(diǎn)提前加載。到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)，懸點(diǎn)載荷已增加到AA。第12頁，共29頁。圖3-33 吸入凡爾漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：吸入部分的漏失造成排出閥打開滯后(DD)和

7、提前關(guān)閉(AA)第13頁，共29頁。當(dāng)吸入閥嚴(yán)重漏失時(shí)，排出閥一直不能打開，懸點(diǎn)不能卸載。圖3-34 吸入凡爾嚴(yán)重漏失吸入部分和排出部分同時(shí)漏失時(shí)的示功圖是分別漏失時(shí)的圖形的迭加，近似于橢圓形。圖3-35 吸入凡爾和排出凡爾同時(shí)漏失第14頁，共29頁。3.柱塞遇卡的示功圖柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時(shí)，在抽汲過程中柱塞無法移動(dòng)而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。圖3-36 活塞卡在泵筒中部第15頁，共29頁。4.帶噴井的示功圖 在抽汲過程中，游動(dòng)閥和固定閥處于同時(shí)打開狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢(shì)的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。圖3-37 噴勢(shì)強(qiáng)、油稀

8、帶噴圖3-38 噴勢(shì)弱、油稠帶噴第16頁，共29頁。5.抽油桿斷脫 抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)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。圖形的位置取決于斷脫點(diǎn)的位置。抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來估算：圖3-39 抽油桿斷脫第17頁，共29頁。圖3-40 出砂井6.其它情況圖3-41 結(jié)蠟井圖3-42 管式泵活塞脫出工作筒圖3-43 防沖距過小活塞碰固定凡爾的示功圖第18頁，共29頁。二、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)：計(jì)算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖；估算泵口壓力；判斷油井潛能；計(jì)算活塞沖程和泵效；檢驗(yàn)泵及油管錨的機(jī)械狀況；計(jì)算和繪制扭矩曲線，并進(jìn)行平

9、衡和功率的計(jì)算與分析。抽油井計(jì)算機(jī)診斷的內(nèi)容：光桿示功圖數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)井下示功圖抽油設(shè)備工況第19頁，共29頁。(一)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)信號(hào)發(fā)送器信號(hào)接收器井下信號(hào)的傳導(dǎo)線應(yīng)力波設(shè)備工況信號(hào)記錄第20頁，共29頁。應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動(dòng)方程描述： 用以截尾傅立葉級(jí)數(shù)表示的懸點(diǎn)動(dòng)負(fù)荷函數(shù)D(T)及光桿位移函數(shù)U(T)作為邊界條件：第21頁，共29頁。 用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度x 斷面的位移隨時(shí)間的變化：根據(jù)虎克定律： 抽油桿柱任意深度斷面上的動(dòng)負(fù)荷函數(shù)隨時(shí)間的變化為：第22頁，共29頁。 在t時(shí)間，x斷面上的總載荷F(x,t)等于加上斷面以下的抽油桿柱的重量為：第2

10、3頁，共29頁。抽油桿柱系統(tǒng)的阻尼力：粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。粘滯阻尼力：(1) 桿、接箍與液體之間的粘滯摩擦力；非粘滯阻尼力：(1) 桿、接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力； 阻尼系數(shù)確定(2) 泵閥的流體壓力損失等。(2) 光桿與盤根之間的摩擦力；(3) 泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。第24頁，共29頁。真實(shí)阻尼每一個(gè)循環(huán)中系統(tǒng)消除等值阻尼力時(shí)的能量與消除真實(shí)阻尼時(shí)的能量相同等值阻尼第25頁，共29頁。(二)診斷技術(shù)的應(yīng)用1.判斷泵的工作狀況及計(jì)算泵排量 對(duì)影響深井泵工作的各種因素做出定性分析，求得柱塞沖程和有效排出沖程，計(jì)算出泵排量及油井產(chǎn)量。第26頁，共29頁。2.計(jì)算各級(jí)桿柱的應(yīng)力和分

11、析桿柱組合的合理性 根據(jù)抽油桿柱各級(jí)頂部斷面上的示功圖就可計(jì)算出該斷面上的最大、最小應(yīng)力及許用應(yīng)力以及應(yīng)力范圍比，并判斷抽油桿柱是否超載及桿柱組合是否合理。第27頁，共29頁。4.估算泵口壓力及預(yù)測(cè)油井產(chǎn)量由泵的示功圖求得液體載荷Wf后，可由下式估算泵口壓力： 對(duì)于泵下裝油管錨或封隔器的油井，泵示功圖的加載線基本上是垂直的，若加載線明顯傾斜或出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，則說明油管錨或封隔器未能有效的固定油管。油管內(nèi)的壓力梯度5.其它3. 計(jì)算和分析抽油機(jī)扭矩、平衡及功率由懸點(diǎn)載荷及其在曲柄軸上造成的扭矩及懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度與懸點(diǎn)功率之間的關(guān)系可以求得扭矩因數(shù)。求得扭矩因數(shù)后就可繪制扭矩曲線和進(jìn)行扭矩分析，并計(jì)算、分析抽油機(jī)的平衡狀況和功率利用情況。第28頁，共29頁。(三)診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r(1) Gibbs S G.一維帶阻尼的波動(dòng)方程(1966年）(2) Doty D R. & Smith Z.二維預(yù)測(cè)模