抽油泵工况分析课件.ppt

抽油泵工况分析抽油泵工况分析采油三队：尤立红采油三队：尤立红2005年年11月月一、抽油泵的结构二、抽油泵的工作原理三、理论示功图的分析四、典型示功图目录抽油泵是有杆抽抽油泵是有杆抽油系统的井下关油系统的井下关键设备，安装在键设备，安装在油管的下部，沉油管的下部，沉没在井液中，通没在井液中，通过抽油机、抽油过抽油机、抽油杆传递动力抽汲杆传递动力抽汲井内的液体。井内的液体。抽油泵抽油泵对抽油泵的基本要求：对抽油泵的基本要求：结构简单、强度高；结构简单、强度高；工作可靠，使用寿命长；工作可靠，使用寿命长；便于起下而且规格类型能满足不同便于起下而且规格类型能满足不同油田的采油工艺需要；油田的采油工艺需要；排出阀排出阀阀阀座座阀阀球球阀阀罩罩排出阀排出阀阀阀座座阀阀球球阀阀罩罩吸入阀吸入阀阀阀座座阀阀球球阀阀罩罩 镀铬镀铬 防砂槽防砂槽活活塞塞内螺纹内螺纹接箍接箍衬套衬套外管外管工工作作筒筒一、抽油泵的结构一、抽油泵的结构二、泵的工作原理二、泵的工作原理 泵的活塞上、下运动一次称泵的活塞上、下运动一次称为一个冲程，可分为上冲程和下冲为一个冲程，可分为上冲程和下冲程。程。2.下冲程下冲程 抽油杆柱带动活塞向下运抽油杆柱带动活塞向下运动。泵筒内液体受压，动。泵筒内液体受压，P2上升，上升，当当P2P3时，固定阀就关闭，活时，固定阀就关闭，活塞继续下行，泵内压力继续升塞继续下行，泵内压力继续升高。当高。当P2 P1 时，游动阀被顶时，游动阀被顶开，活塞下部的液体通过游动开，活塞下部的液体通过游动阀及活塞排向油管，排液出泵。阀及活塞排向油管，排液出泵。于此同时，抽油杆由于卸载而于此同时，抽油杆由于卸载而缩短，油管加载而伸长。缩短，油管加载而伸长。P1P2P3 上冲程是泵内吸入液体，而井口上冲程是泵内吸入液体，而井口排出液体的过程，造成吸液入泵的排出液体的过程，造成吸液入泵的条件是泵内压力低于沉没压力，即条件是泵内压力低于沉没压力，即P2 P1。在一个冲程中，抽油泵完成一在一个冲程中，抽油泵完成一次进油和排油过程，这样活塞不断次进油和排油过程，这样活塞不断上下运动，将液体排出井口。上下运动，将液体排出井口。P2P1P3P1P3P2三、理论示功图的分析三、理论示功图的分析 抽油泵工作状况的好坏，直接抽油泵工作状况的好坏，直接影响抽油井的系统效率，因此，需影响抽油井的系统效率，因此，需要经常进行分析，以便采取相应的要经常进行分析，以便采取相应的措施。分析抽油泵工作状况常用地措施。分析抽油泵工作状况常用地面实测示功图。面实测示功图。示功图示功图 在抽油过程中，仪器将光杆上负荷的变化转变在抽油过程中，仪器将光杆上负荷的变化转变为仪器测力系统内液体的压力的变化，并通过形成为仪器测力系统内液体的压力的变化，并通过形成的变换系统确保变化的压力与光杆的行程有一一对的变换系统确保变化的压力与光杆的行程有一一对应关系。在光杆往复运动一周后，就可以得到一个应关系。在光杆往复运动一周后，就可以得到一个封闭的曲线，此曲线表示光杆在每一个位置上负荷封闭的曲线，此曲线表示光杆在每一个位置上负荷的大小，封闭曲线的面积表示泵在一个行程中所作的大小，封闭曲线的面积表示泵在一个行程中所作的功的多少。的功的多少。由于抽油井的情况较为复杂，在生产由于抽油井的情况较为复杂，在生产过程中，深井泵将受到制造质量、安装质过程中，深井泵将受到制造质量、安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，实测示功图的形多种因素的影响，所以，实测示功图的形状很不规则。因此我们以理论示功图及典状很不规则。因此我们以理论示功图及典型示功图为基础，来分析和解释实测示图。型示功图为基础，来分析和解释实测示图。1.静载荷作用的理论示功图静载荷作用的理论示功图 静静载载荷作用的理荷作用的理论论示示 功功图图是在理想条件下是在理想条件下绘绘 制出来的，制出来的，为为一平行四一平行四边边形。形。各条曲线的意义各条曲线的意义 ABC为为上冲程静载变化线，其中上冲程静载变化线，其中AB为加载线。加载过程中，载荷逐渐为加载线。加载过程中，载荷逐渐上升，直至点活塞以上油管内液柱上升，直至点活塞以上油管内液柱重重W1和抽油杆柱重和抽油杆柱重Wr 都作用于驴都作用于驴头悬点上，使杆、管发生弹性变形，头悬点上，使杆、管发生弹性变形，而这一段变形量就被称为冲程损失而这一段变形量就被称为冲程损失，包括杆损包括杆损1和管损和管损2。在这个过程中，。在这个过程中，活塞并没有跟着光杆发生位移，直到活塞并没有跟着光杆发生位移，直到点点B加载结束，载荷增至最大加载结束，载荷增至最大W大大=Wr +W1 。BC为上载荷线，此时活塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀开为上载荷线，此时活塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀开始打开液体进泵，故为吸入过程，始打开液体进泵，故为吸入过程，各条曲线的意义各条曲线的意义 CDA为下冲程静为下冲程静载变化线，其中载变化线，其中CD为卸载线。卸载过程为卸载线。卸载过程中，悬点载荷在变小，中，悬点载荷在变小，直至点，杆和管发直至点，杆和管发生与上冲程相反生与上冲程相反的弹性变形，直到的弹性变形，直到D点卸载结束，载荷降至最小点卸载结束，载荷降至最小Wr。DA为下载荷线，此时活塞与泵筒开始发生为下载荷线，此时活塞与泵筒开始发生相对位移，泵开始排液，故相对位移，泵开始排液，故DA为排出过程。为排出过程。考虑惯性载荷的理论示考虑惯性载荷的理论示功图是将惯性载荷叠加在静功图是将惯性载荷叠加在静载荷上，结果就是因惯性载载荷上，结果就是因惯性载荷的影响使静载荷理论示功荷的影响使静载荷理论示功图被扭曲一个角度，并且变图被扭曲一个角度，并且变为不规则四边形。为不规则四边形。2.2.惯性载荷作用的理论示功图惯性载荷作用的理论示功图惯性力惯性力F=wrsn2/1790惯性力与冲程成正比，与冲次的平惯性力与冲程成正比，与冲次的平方成正比。方成正比。在能够满足油井生产需要的条件下，在能够满足油井生产需要的条件下，要尽量选择长冲程慢冲次，调大工要尽量选择长冲程慢冲次，调大工作参数时，首先要考虑调大冲程，作参数时，首先要考虑调大冲程，其次才考虑冲次。其次才考虑冲次。当考虑振动载荷时，则将由抽当考虑振动载荷时，则将由抽油杆振动引起的悬点载荷叠加油杆振动引起的悬点载荷叠加在四边形上。由于抽油杆柱的在四边形上。由于抽油杆柱的振动发生在粘性液体中，为阻振动发生在粘性液体中，为阻尼振动，因此振动载荷的影响尼振动，因此振动载荷的影响将逐渐减弱。另外，由于振动将逐渐减弱。另外，由于振动载荷的方向具有对称性，反映载荷的方向具有对称性，反映在示功图上的振动载荷也是按在示功图上的振动载荷也是按上、下冲程对称的。上、下冲程对称的。3.3.惯性与振动载荷作用的理论示功图惯性与振动载荷作用的理论示功图 由于气体很容易被压由于气体很容易被压缩，表现在示功图上便是缩，表现在示功图上便是加载和卸载均缓慢。如图加载和卸载均缓慢。如图所示，气体影响下示功图所示，气体影响下示功图的典型特征是呈现明显的的典型特征是呈现明显的“刀把刀把”形。形。4.4.气体影响下的理论示功图气体影响下的理论示功图 在下冲程末余隙内还残在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气，上存一定数量的溶解气，上冲程开始后泵内的压力因冲程开始后泵内的压力因气体膨胀而不能很快降低，气体膨胀而不能很快降低，使吸入阀打开滞后使吸入阀打开滞后(B点点)、加载缓慢。、加载缓慢。下冲程由于气体受压缩，下冲程由于气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，排泵内压力不能迅速提高，排出阀打开滞后出阀打开滞后(D点点)，因，因此使得卸载变得缓慢此使得卸载变得缓慢(CD)。P2P3P3P2P1P11）、尽量减小防冲距，减小余隙容积；）、尽量减小防冲距，减小余隙容积；2）、加深泵挂深度，以增加沉没度；）、加深泵挂深度，以增加沉没度；3）、在泵的吸入口处加气锚，使气体在进泵前分离，）、在泵的吸入口处加气锚，使气体在进泵前分离，防止和减少气体进泵；防止和减少气体进泵；4）、合理的工作参数，一般采用大泵径、长冲程、）、合理的工作参数，一般采用大泵径、长冲程、慢冲次；慢冲次；5）、提高油层的供液能力；）、提高油层的供液能力；减少气体影响的措施减少气体影响的措施漏失程度：漏失越严重，对示功图影响越大；漏失程度：漏失越严重，对示功图影响越大；运动过程：漏失的影响只发生在要求其密闭的运动过程：漏失的影响只发生在要求其密闭的运动过程中；运动过程中；抽汲速度。抽汲速度越快，漏失的影响就越小。抽汲速度。抽汲速度越快，漏失的影响就越小。5.5.漏失影响下的理论示功图漏失影响下的理论示功图排出部分漏失影响下的示功图排出部分漏失影响下的示功图排出部分漏失的影排出部分漏失的影响发生在上冲程，响发生在上冲程，由于运动速度的影由于运动速度的影响，出现加载缓慢响，出现加载缓慢和提前卸载现象。和提前卸载现象。吸入部分漏失的吸入部分漏失的影响只发生在下影响只发生在下冲程，由于运动冲程，由于运动速度的变化，出速度的变化，出现卸载缓慢和提现卸载缓慢和提前加载现象。前加载现象。吸入部分漏失的影响吸入部分漏失的影响保证泵的制造质量及安装质量；保证泵的制造质量及安装质量；砂、蜡轻微影响可采取碰泵、洗井等措施；砂、蜡轻微影响可采取碰泵、洗井等措施；腐蚀影响造成漏失需要换泵；腐蚀影响造成漏失需要换泵；若是间隙磨损造成漏失可采取改变防冲距若是间隙磨损造成漏失可采取改变防冲距的措施，以改变活塞与衬套的磨损路径；的措施，以改变活塞与衬套的磨损路径；减少漏失影响的措施减少漏失影响的措施四、典型示功图分析四、典型示功图分析 典型示功图是指某一因素影响十分明典型示功图是指某一因素影响十分明显，示功图的形状反映了该因素影响的基显，示功图的形状反映了该因素影响的基本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存在一个最主要因素，因此可根据示功图判在一个最主要因素，因此可根据示功图判断泵的工作状况断泵的工作状况。正常示功图正常示功图该示功图反映出动载该示功图反映出动载荷不大，充满良好，荷不大，充满良好，漏失较小。漏失较小。抽稠油正常示功图抽稠油正常示功图因摩擦载荷增大，使得最因摩擦载荷增大，使得最大载荷增大、最小载荷减大载荷增大、最小载荷减小。小。二者的差别在于：二者的差别在于：当泵充不满时，下冲程当泵充不满时，下冲程中悬点不能立即卸载，中悬点不能立即卸载，只有当活塞遇到液面时只有当活塞遇到液面时才迅速卸载。因此，充才迅速卸载。因此，充不满示功图的卸载线陡不满示功图的卸载线陡而直，并且有时因振动而直，并且有时因振动载荷的影响常出现波浪载荷的影响常出现波浪线。线。气体影响下与充不满影响的典型示功图气体影响下与充不满影响的典型示功图排出阀漏失和吸入阀漏失的典型示功图排出阀漏失和吸入阀漏失的典型示功图 排出阀漏失排出阀漏失 吸入阀和排出阀同时漏失吸入阀和排出阀同时漏失 吸入阀严重漏失吸入阀严重漏失 吸入阀漏失吸入阀漏失 活塞遇卡示功图活塞遇卡示功图 由于在遇卡点上、下，由于在遇卡点上、下，抽油杆柱受拉伸长和受压抽油杆柱受拉伸长和受压缩短、弯曲，表现在遇卡缩短、弯曲，表现在遇卡点两端载荷线出现两个斜点两端载荷线出现两个斜率段。率段。抽油杆断脱的示功图抽油杆断脱的示功图 因悬点载荷仅为剩余杆因悬点载荷仅为剩余杆柱重量，载荷大大降低。柱重量，载荷大大降低。喷势强、稀油带喷井的示功图喷势弱、稠油带喷井的示功图