抽油机井工况诊断技术
2011年3月
主
要
内
容
• 一、载荷计算 • 二、功图分析 • 三、应用实例
一、载荷计算
组成： 静载荷 动载荷 摩擦载荷
一、载荷计算
1、静载荷
(1)抽油杆柱载荷
上冲程
下冲程
P l Iu P h P i 静 Wr W
Wr frs gL qr gL
Wr f r L( s l ) g q r Lg
r / l 1/ 4
W max
180
S 2 r (1 ) 2 l S 2 r (1 ) 2 l
上冲程杆柱悬点最大惯性载荷：
2 Wr S 2 r SN r I ru (1 ) Wr (1 ) g 2 l 1790 l
r / l 1/ 4
SN 2 I ru Wr 1440
P B B′ C′ C″ C

B'C' S
A o
漏失量越大， B′C′线越短。
D D’
S
二、示功图分析—典型功图分析
4、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失
当漏失量很大时，由于漏 失液对柱塞的“顶托”作用 很大，上冲程载荷远低于最 大载荷，如图中AC'"所示，吸 入阀始终是关闭的，泵的排 量等于零。
上冲程中悬点最大惯性载荷 下冲程中悬点最大惯性载荷
I u I ru I lu
I d I rd
一、载荷计算
(2)振动载荷
3、摩擦载荷
a.抽油杆柱与油管的摩擦力：通常直井不超过杆重量的 1.5%； b.柱塞与衬套之间的摩擦力：当泵径不超过70mm，其值 小于1717N； c.液柱与抽油杆柱之间的摩擦力：除与抽油杆柱的长度和 运动速度有关外，主要取决于液体的粘度； d.液柱与油管之间的摩擦力：除与液流速度有关外，主要 取决于液体的粘度； e.液体通过游动凡尔的摩擦力：除与凡尔结构有关外，主 要取决于液体粘度和液流速度。
3
2
1
D´
D
o
S
二、示功图分析—典型功图分析
3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失 P B C
上冲程时，泵内压力降低， 柱塞两端产生压差，使柱塞 上面的液体经过排出部分的 不严密处（阀及柱塞与衬套 的间隙）漏到柱塞下部的工 作筒内，漏失速度随柱塞下 面压力的减小而增大。由于 漏失到柱塞下面的液体有向 上的“顶托”作用，悬点载 荷不能及时上升到最大值， A 使加载缓慢。
（1）所示；断脱点离井口越远，
示功图越接近最小理论载荷线， 如图（2）所示。
（2）
措施：对扣；作业检杆
（1）
二、示功图分析—典型功图分析
5、抽油杆断脱影响的示功图
由此示功图可计算断脱点至井 口的距离：
L hC
式中
q
' r
h
L －断脱点距井口距离,m
q
h －示功图中线到横坐标的距离,mm
' －每米抽油杆在液体中重量,KN/m r
D' A' S光
A o
A'
S光
D'
D S
二、示功图分析—典型功图分析 4、漏失影响的示功图
（2）吸入部分漏失
当吸入阀严重漏失时， 排出阀一直不能打开， 悬点不能卸载。示功图 位于最大理论载荷线附 近。由于摩擦力的存在， 示功图成条带状（如右
图所示）。
二、示功图分析—典型功图分析
4、漏失影响的示功图
Wl ( f p f r )Ll g
ml f w w (1 f w ) o
(2)作用在柱塞上的液柱载荷
上冲程
(3)沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响
上冲程 上冲程 下冲程
P i pi f p ( pn pi ) f p
(4)井口回压对悬点载荷的影响
P hu ph ( f p f r )
惯性力影响的示功图
动力的示功图
二、示功图分析—冲程分析
• （1）静力
静力示功图
考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：
Wr N 2 L S p S i S (1 ) 1790f r E
二、示功图分析—冲程分析
• （2）惯性载荷
当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的(负的)最大加
Phd ph f r
一、载荷计算
2、动载荷
（1）惯性载荷
•抽油杆柱的惯性力 •液柱的惯性力
Ir Wr WA g
P l Iu P h P i 静 Wr W
W I l l WA g
f p fr f tf f r
一、载荷计算
• 曲柄滑块机构
Wmax
0
D
o
S
二、示功图分析—典型功图分析
3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失
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 大载荷（如图中B'点）
P B
B'
C
A o
D
S
二、示功图分析—典型功图分析 3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失 P
当柱塞继续上行到后半冲程时， 因柱塞上行速度又逐渐减慢，在 柱塞速度小于漏失速度瞬间（如 图中C'点），又出现了液体的“顶
（4）油管漏失的示功图
油管漏失不是泵本身的问
题，所以示功图形状与理论 示功图形状相近，只是由于
进入油管的液体会从漏失处
漏入油管、套管的环形空间， 使作用于悬点上的液柱载荷 减小，不能达到最大理论载 荷值，(如右图所示）。
P
B C
措施：热洗；碰泵；作业检 A
管、检泵
D S
o
二、示功图分析—典型功图分析
一、载荷计算
• (2)悬点最大和最小载荷
Pmax Wr Wl I u Phu Fu Pv Pi
Pmin Wr I d Phd Fd Pv
SN P (Wr Wl )(1 ) 1790
V max 2

二、示功图分析
1、柱塞冲程分析
无弹性形变的示功图
静力示功图
托”作用，使悬点负荷提前卸载。
B
B’
C’ C″
C
到上死点时悬点载荷已降至 C″点。 下冲程，排出部分漏失不影 A 响泵的工作。因此，示功图形 状与理论示功图相似。 o
D D’
S
二、示功图分析—典型功图分析
3、漏失影响的示功图
（1）排出部分漏失
由于排出部分漏失的影响， 吸入阀在B′点才打开，滞后了 BB′这样一段柱塞冲程； 而在接近上死点时又在C′点 提前关闭。这样柱塞的有效吸 入行程为B′C′。 在此情况下的泵效:
P B B’ C’ C" C
特点：卸载提前，增载缓慢。 左下角变尖，右上角变圆， A
为一向上的拱形。
C"' D D’
o
S
二、示功图分析—典型功图分析
4、漏失影响的示功图
（2）吸入部分漏失
泵内压力降低使排出阀提前关 闭，悬点提前加载,到达下死点 时，悬点载荷已增加到 A″。 上冲程，吸入部分漏失不影响 泵的工作，示功图形状与理论示 功图形状相近。
液柱载荷交变作用
抽油杆柱振动 抽油杆柱变速运动 理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在 上下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则 抽油杆柱变形
下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞
冲程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小。其增 减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的
r r
由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取
其平均值，即：
Wr SN 2 L i 1790f r E
因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为： Wr N 2 L S p S i S (1 ) 1790f r E
二、示功图分析—冲程分析
(三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响
速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下还
会带着柱塞继续上行 。 当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆 柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。
柱塞冲程增加量：
i
二、示功图分析—冲程分析
根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为：
C －力比,KN/mm
二、示功图分析—典型功图分析
6、油层出砂影响的示功图
油层出砂主要是因为地层胶接疏 松或生产压差过大，在生产过程中 使砂粒移动而成的。细小砂粒随着 油流进入泵内，使柱塞在整个行程 中或在某个区域，增加一个附加阻 力。上冲程附加阻力使悬点载荷增 加，下冲程附加阻力使悬点载荷减 小。由于砂粒在各处分布的大小不 同，影响的大小也不同，致使悬点 载荷会在短时间内发生多次急剧变 化。
一、载荷计算
下冲程中杆柱引起的悬点最大惯性载荷
Wr S 2 r SN 2 r (1 ) I rd (1 ) Wr 1790 l g 2 l
上冲程中液柱引起的悬点最大惯性载荷
2 Wl S 2 r SN r I lu (1 ) W1 (1 ) 1790 l g 2 l
2 I L W SN r r SN 2 L L W L r) 上冲程： I rd ( 1 rd r 2 f E 2 1790 f E (1 l ) 2 fr 2 1790 f r l rE rE 2 I L W SN r rd L r SN 2 L I W L r) ( 1 rd r 下冲程： 2 f E 2 1790 f E (1 l ) 2 f r E 2 1790 f r E l