抽油机计算机诊断技术.ppt

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1、一、地面示功图分析示功图：示功图：示功图：示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。(一一一一)理论示功图及其分析理论示功图及其分析理论示功图及其分析理论示功图及其分析1.1.1.1.静载荷作用下的理论示功图静载荷作用下的理论示功图静载荷作用下的理论示功图静载荷作用下的理论示功图循环过程：下死点循环过程：下死点循环过程：下死点循环过程：下死点A A A A加载完成加载完成加载完成加载完成B B B B上上上上死点死点死点死点C C C C卸载完成卸载完成

2、卸载完成卸载完成D D D D下死点下死点下死点下死点A A A A图图图图10-5 10-5 10-5 10-5 静载理论示功图静载理论示功图静载理论示功图静载理论示功图正常示功图正常示功图正常示功图正常示功图图图图图10-5 10-5 10-5 10-5 静载理论示功图静载理论示功图静载理论示功图静载理论示功图ABCABC为为为为上上上上冲冲冲冲程程程程静静静静载载载载荷荷荷荷变变变变化化化化线线线线。ABAB为为为为加加加加载载载载过过过过程程程程，加加加加载载载载过过过过程程程程中中中中，游游游游动动动动凡凡凡凡尔尔尔尔和和和和固固固固定定定定凡凡凡凡尔尔尔尔处处处处于于于于关关关关闭

3、闭闭闭状状状状态态态态；在在在在B B点点点点加加加加载载载载完完完完毕毕毕毕，变变变变形形形形结结结结束束束束，柱柱柱柱塞塞塞塞与与与与泵泵泵泵筒筒筒筒开开开开始始始始发发发发生生生生相相相相对对对对位位位位移移移移，固固固固定定定定凡凡凡凡尔尔尔尔打打打打开开开开而而而而吸吸吸吸入入入入液液液液体体体体。BCBC为为为为吸吸吸吸入入入入过过过过程程程程（BC=BC=s sP P为为为为泵泵泵泵的的的的冲冲冲冲程程程程），游游游游动动动动凡尔处于关闭状态。凡尔处于关闭状态。凡尔处于关闭状态。凡尔处于关闭状态。A A点的载荷：点的载荷：点的载荷：点的载荷：w wr r,抽油杆在液柱中抽油杆在液

4、柱中抽油杆在液柱中抽油杆在液柱中的重量的重量的重量的重量;B B点的载荷：点的载荷：点的载荷：点的载荷：w wr r+w wl l,抽油杆在抽油杆在抽油杆在抽油杆在液柱中的重量液柱中的重量液柱中的重量液柱中的重量+液柱的重量液柱的重量液柱的重量液柱的重量;图图图图10-5 10-5 10-5 10-5 静载理论示功图静载理论示功图静载理论示功图静载理论示功图CDACDA为为为为下下下下冲冲冲冲程程程程静静静静载载载载荷荷荷荷变变变变化化化化线线线线。CDCD为为为为卸卸卸卸载载载载过过过过程程程程，游游游游动动动动凡凡凡凡尔尔尔尔和和和和固固固固定定定定凡凡凡凡尔尔尔尔处处处处于于于于关关关关

5、闭闭闭闭状状状状态态态态；在在在在D D点点点点卸卸卸卸载载载载完完完完毕毕毕毕，变变变变形形形形结结结结束束束束，柱柱柱柱塞塞塞塞与与与与泵泵泵泵筒筒筒筒发发发发生生生生向向向向下下下下相相相相对对对对位位位位移移移移，游游游游动动动动凡凡凡凡尔尔尔尔被被被被顶顶顶顶开开开开、排排排排出出出出液液液液体体体体。DADA为为为为排排排排出出出出过过过过程，固定凡尔处于关闭状态。程，固定凡尔处于关闭状态。程，固定凡尔处于关闭状态。程，固定凡尔处于关闭状态。2.2.2.2.考虑动载荷后的理论示功图考虑动载荷后的理论示功图考虑动载荷后的理论示功图考虑动载荷后的理论示功图考虑惯性后的理论示功图考虑惯性

6、后的理论示功图考虑惯性后的理论示功图考虑惯性后的理论示功图S/2S/2考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载荷上。上冲程：前半冲程由大变小、向下的惯性载荷，增加悬点载荷；后半冲程由小变大、向上的惯性载荷，减小悬点载荷。下冲程：前半冲程由大变小、向上的惯性载荷，减小悬点载荷；后半冲程由小变大、向下的惯性载荷，增加悬点载荷。考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图考虑振动时，则把抽油杆振动引起的悬点载荷叠加在四边形ABCD上。由于抽油杆柱的振动发生在粘性液体中，所以为阻尼振动。叠 加 之 后 在 BC线 和DA线上就出现逐渐减

7、弱的波浪线。考虑振动载荷时，是把振动载荷叠加上。(二二二二)典型示功图分析典型示功图分析典型示功图分析典型示功图分析典型示功图典型示功图典型示功图典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该某一因素的影响十分明显，其形状代表了该某一因素的影响十分明显，其形状代表了该某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。因素影响下的基本特征的示功图。因素影响下的基本特征的示功图。因素影响下的基本特征的示功图。考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图正常示功图正常示功图正常示功图正常示功图采油工程原理与设计

8、采油工程原理与设计(二)典型示功图分析典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。1.气体和充不满对示功图的影响图3-30 有气体影响的示功图气体影响示功图上冲程：由于在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使吸入阀打开滞后(点B)，加载变慢。余隙越大，残存的气量越多，泵口压力越低，则吸入阀打开滞后得越多，即BB线越长。采油工程原理与设计采油工程原理与设计图3-30 有气体影响的示功图充满系数：下冲程：气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使排出阀滞后打开(点D)，卸载变慢(CD)。泵的余隙越大，进入泵内的

9、气量越多，则线DD越长，示功图的“刀把”越明显。气体使泵效降低的数值近似计算公式：采油工程原理与设计采油工程原理与设计充不满影响的示功图充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。图3-31 充不满的示功图下冲程：悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到液面时，则迅速卸载。所以，卸载线较气体影响的卸载线陡而直。采油工程原理与设计采油工程原理与设计2.漏失对示功图的影响 排出部分的漏失图3-32 泵排出部分漏失前半冲程：泵内压力降低，柱塞两端产生压差，泵上液体经排出部分的不严密处漏到工作筒内，漏失速度随柱塞下面压力的减小

10、而增大。由于漏失到柱塞下面的液体有向上的“顶托”作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢。随着悬点运动的加快，“顶托”作用相对减小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬间，悬点载荷达到最大静载荷。采油工程原理与设计采油工程原理与设计图3-32 泵排出部分漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：后半冲程：因活塞上行速度逐渐减慢，在柱塞速度小于漏失速度瞬间(C)点，又出现了漏失液体的“顶托”作用，使悬点负荷提前卸载。到上死点时悬点载荷已降至点C。采油工程原理与设计采油工程原理与设计 吸入部分漏失图3-33 吸入凡尔漏失 下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高，而延缓了卸载过程。排出阀不能及

11、时打开。当柱塞速度大于漏失速度后，泵内压力大于液柱压力，将排出阀打开而卸去液柱载荷。下冲程后半冲程中因柱塞速度减小，当小于漏失速度时，泵内压力降低使排出阀提前关闭(点A)，悬点提前加载。到达下死点时，悬点载荷已增加到AA。采油工程原理与设计采油工程原理与设计图3-33 吸入凡尔漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：吸入部分的漏失造成排出阀打开滞后(DD)和提前关闭(AA)采油工程原理与设计采油工程原理与设计当吸入阀严重漏失时，排出阀一直不能打开，悬点不能卸载。图3-34 吸入凡尔严重漏失吸入部分和排出部分同时漏失时的示功图是分别漏失时的图形的迭加，近似于椭圆形。图3-35 吸入凡尔和排出凡尔同时漏失采

12、油工程原理与设计采油工程原理与设计3.柱塞遇卡的示功图柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。图3-36 活塞卡在泵筒中部采油工程原理与设计采油工程原理与设计4.带喷井的示功图 在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。图3-37 喷势强、油稀带喷图3-38 喷势弱、油稠带喷采油工程原理与设计采油工程原理与设计5.抽油杆断脱 抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的

13、位置。抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：图3-39 抽油杆断脱采油工程原理与设计采油工程原理与设计图3-40 出砂井6.其它情况图3-41 结蜡井图3-42 管式泵活塞脱出工作筒图3-43 防冲距过小活塞碰固定凡尔的示功图采油工程原理与设计采油工程原理与设计二、抽油机井工况诊断技术抽油机井工况诊断技术：计算抽油杆柱断面上的应力分布和示功图；估算泵口压力；判断油井潜能；计算活塞冲程和泵效；检验泵及油管锚的机械状况；计算和绘制扭矩曲线，并进行平衡和功率的计算与分析。抽油井计算机诊断的内容：光杆示功图数学模型计算机井下示功图抽油设备工况采油工程原理与设计采油工程原理与设计(一)诊断技术的理论基础信

14、号发送器信号接收器井下信号的传导线应力波设备工况信号记录采油工程原理与设计采油工程原理与设计应力波在抽油杆柱中传播过程可用带阻尼的波动方程描述：用以截尾傅立叶级数表示的悬点动负荷函数D(T)及光杆位移函数U(T)作为边界条件：采油工程原理与设计采油工程原理与设计 用分离变量法，可得抽油杆柱任意深度x 断面的位移随时间的变化：根据虎克定律：抽油杆柱任意深度断面上的动负荷函数随时间的变化为：采油工程原理与设计采油工程原理与设计 在t时间，x断面上的总载荷F(x,t)等于加上断面以下的抽油杆柱的重量为：采油工程原理与设计采油工程原理与设计抽油杆柱系统的阻尼力：粘滞阻尼力、非粘滞阻尼力。粘滞阻尼力：(

15、1)杆、接箍与液体之间的粘滞摩擦力；非粘滞阻尼力：(1)杆、接箍与油管之间的非粘滞性摩擦力；阻尼系数确定(2)泵阀的流体压力损失等。(2)光杆与盘根之间的摩擦力；(3)泵柱塞与泵筒之间的摩擦损失等。采油工程原理与设计采油工程原理与设计真实阻尼每一个循环中系统消除等值阻尼力时的能量与消除真实阻尼时的能量相同等值阻尼采油工程原理与设计采油工程原理与设计(二)诊断技术的应用1.判断泵的工作状况及计算泵排量 对影响深井泵工作的各种因素做出定性分析，求得柱塞冲程和有效排出冲程，计算出泵排量及油井产量。采油工程原理与设计采油工程原理与设计2.计算各级杆柱的应力和分析杆柱组合的合理性 根据抽油杆柱各级顶部断

16、面上的示功图就可计算出该断面上的最大、最小应力及许用应力以及应力范围比，并判断抽油杆柱是否超载及杆柱组合是否合理。采油工程原理与设计采油工程原理与设计4.估算泵口压力及预测油井产量由泵的示功图求得液体载荷Wf后，可由下式估算泵口压力：对于泵下装油管锚或封隔器的油井，泵示功图的加载线基本上是垂直的，若加载线明显倾斜或出现转折，则说明油管锚或封隔器未能有效的固定油管。油管内的压力梯度5.其它3.计算和分析抽油机扭矩、平衡及功率由悬点载荷及其在曲柄轴上造成的扭矩及悬点运动速度与悬点功率之间的关系可以求得扭矩因数。求得扭矩因数后就可绘制扭矩曲线和进行扭矩分析，并计算、分析抽油机的平衡状况和功率利用情况。采油工程原理与设计采油工程原理与设计(三)诊断技术的发展状况(1)Gibbs S G.一维带阻尼的波动方程(1966年）(2)Doty D R.&Smith Z.二维预测模型(1981年)(4)示功图识别技术的发展主要特点：考虑了抽油杆的惯性，而忽略了液柱的惯性；目前计算机诊断技术的理论基础。主要特点：同时考虑了抽油杆和液柱的惯性。(3)余国安等三维振动预测模型(1989年)主要特点：同时考虑了杆、液、管的惯性与振动。人工智能(AI)技术。使用模式识别技术、专家系统及神经网络技术来判断泵的工作状况。