采油高级技师工况分析.ppt

有杆抽油系统工况分析,油井生产分析的目的是了解油层生产能力、设备能力以及他们的工作状况，为进一步制定合理的技术措施提供依据，使设备能力与油层能力相适应，充分发挥油层潜力，并使设备在高效率下正常工作，以保证油井高产量、高泵效生产。,抽油井分析包括：1）了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力，分析、判断油层不正常工作的原因；2）了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能力，了解设备潜力，分析、判断设备不正常的原因；3）分析检查措施效果。,一、抽油井液面测试与分析,（一）动液面、静液面及采油指数,静液面（Ls或Hs）：对应于油藏压力。,动液面（Lf或Hf）：对应于井底压力流压。,生产压差：与静液面和动液面之差相对应的压力差。,沉没度hs：根据气油比和原油进泵压力损失而定。,静液面与动液面的位置,一、抽油井液面测试与分析,采油指数：,折算液面：把在一定套压下测得的液面折算成套管压力为零时的液面，即：,？,一、抽油井液面测试与分析,（二）动液面的测试与计算,测动液面，可以了解油井的供液能力，确定下泵深度；根据动液面位置，可以计算井底流压，判断油田注水效果；根据动液面变化，判断油井的工作制度与地层能量的匹配情况 结合示功图和油井生产资料可以分析深井泵的工作状况,、测试仪器,井口声响发声器,记录仪,一、抽油井液面测试与分析,声波,液面波,2、测试原理,一、抽油井液面测试与分析,声波,2、测试原理,动液面测试原理是利用声波在气体介质中传播时，遇到障碍物就会发生反射的原理.,波形A为井口波，波形B，C分别为回音标、液面反射波形。b、c、d为油管接箍波形。,井口波,液面波,接箍波,一、抽油井液面测试与分析,3、液面计算方法,一、抽油井液面测试与分析,（1）利用回音标计算液面深度,一、抽油井液面测试与分析,一、抽油井液面测试与分析,一、抽油井液面测试与分析,一、抽油井液面测试与分析,一、抽油井液面测试与分析,（2）利用油管接箍数计算液面深度,油管接箍波自井口到液面波之间反射明显，能分辩每个油管接箍波峰。如下图所示：,a、以井口波峰为起点，至液面波峰起始点为终点，用专用卡规测量出油管根数，查阅作业记录，计算出液面深度。,b、用油管平均长度计算,一、抽油井液面测试与分析,某井的动液面测试资料如下图所示，查该井作业油管记录如表1，计算液面深度。,一、抽油井液面测试与分析,表1 某井作业油管数据,油管序号,油管长度，m,一、抽油井液面测试与分析,解：,液面深度,用专用卡规测量动液面曲线资料，从井口波到液面波共81根油管，通过查阅作业记录，可得,答：该井动液面深度为778.5米。,一、抽油井液面测试与分析,2、利用油管接箍数计算液面深度,油管接箍波峰在液面曲线上只反映一部分。,现场上，由于井筒条件、仪器、操作水平等多方面因素影响，井筒中液面以上的接箍并不明显地全部反映在曲线上，如图所示，针对此情况可在曲线上选出不少于10个分辨明显、连续均匀的接箍波进行计算。,一、抽油井液面测试与分析,计算公式,式中：,N根油管接箍长度反映在记录纸带上的距离，mm,一、抽油井液面测试与分析,一、抽油井液面测试与分析,解:,由公式,可得,答：测得液面深度352米。,一、抽油井液面测试与分析,（3）利用声速计算液面深度,若在高频记录曲线上找不出均匀、连续的（10个以上）接箍波，在低频记录曲线上也没有音标波，但是能够反映出液面波，曲线如图所示。,一、抽油井液面测试与分析,计算公式,一、抽油井液面测试与分析,某井测得动液面曲线如下图，试计算动液面深度。,一、抽油井液面测试与分析,解：,由公式,答：动液面深度为369.6米。,一、抽油井液面测试与分析,作业,1、某井抽油泵下入深度为1500m，音标深度为300m，液面曲线显示从井口波到音标反射波距离为180mm，从井口波到液面反射波距离为300mm，试求动液面深度和抽油泵沉没度。,2、某井测得动液面曲线记录显示，从井口波到音标反射波距离为175mm，10根油管接箍波的长度为50mm，油管平均长度为9.6m,求动液面深度。,二、抽油井下泵深度计算,例题1：某井油层中部深度2000m，油层静压10MPa，原油相对密度0.86，气油比20m3/t，含水3，合理生产压差6MPa，沉没度为60m，求下泵深度为多少？,答：下泵深度为1597m。,二、抽油井下泵深度计算,例题2：某井静压17.89MPa，产液指数为10.6t/dMPa，油层中部深度2053m，套压为0，原油相对密度0.86，产液量75t/d，沉没度为320m，求下泵深度为多少？,答：下泵深度为1116m。,二、抽油井下泵深度计算,例题3：某井油层中部深度2000m，静压10MPa，控制套压为1MPa，原油相对密度0.86，合理生产压差为6MPa，沉没度确定为160m，求下泵深度为多少？,答：下泵深度为1811m。,二、抽油井下泵深度计算,例题4：某井油层中部深度1147.4m，预测结果：地层压力10.75MPa，流动压力为6.03MPa，生产压差为4.72MPa，套压为0.98MPa，原油相对密度0.86，产液量为126m3/d，含水36，流饱压差为0.98MPa，沉没度确定为200m，求下泵深度为多少？,答：下泵深度为792.7m。,三、示功图测试及分析,在理想的状况下，只考虑悬点所承受的静载荷及由于静载荷引起抽油机杆柱及油管柱弹性变形，而不考虑其它因素影响，所绘制的悬点负荷与位移之间的关系曲线，称为理论示功图。,（一）理论示功图的绘制,理想状态：1、深井泵质量合格、工作可靠 2、抽油杆除静载荷外，不受其他各种载荷的影响，阀起落是瞬时的；3、抽油设备在生产过程中不受砂、蜡、气、水等影响；4、抽油井无连抽带喷现象 5、油层供液能力充足，泵能够完全充满。,三、示功图测试及分析,补充概念：减程比：光杆冲程在图上的长度与实际冲程长度之比。力比：实际悬点载荷与其在图上的长度之比。单位,三、示功图测试及分析,1、理论示功图的解释,A点驴头下死点,C点驴头上死点,B点加载完毕，游动阀关闭，固定阀打开，活塞开始上行程。,D点卸载完毕，固定阀关闭，游动阀打开，活塞开始下行程。,三、示功图测试及分析,AB线增载线，表示悬点上行时，活塞与泵筒无相对运动；,1、理论示功图的解释,BC线活塞上行程线，也是最大载荷线；,CD线卸载线，表示悬点下行时，活塞与泵筒无相对运动；,DA线活塞下行程线，也是最小载荷线；,三、示功图测试及分析,1、理论示功图的解释,ABC线驴头上冲程线；,CDA线驴头下冲程线；,S光杆冲程；Sp 活塞冲程；冲程损失。,三、示功图测试及分析,（1）建立直角坐标系，横坐标表示冲程，纵坐标表示光杆负荷。,2、理论示功图的绘制,三、示功图测试及分析,（2）根据油井的抽汲参数，利用下式求出Wr、Wl。Wr qrL Wl ql L Wr抽油杆柱在井内液体中的重量，牛顿；qr每米抽油杆在液体中的重量，牛顿/米；Wl活塞以上液柱重量，牛顿；ql 活塞以上每米液柱重量，牛顿/米；L抽油杆长度，米。根据实测时支点的力比，Wr、Wl分别除以力比计算出Wr杆和Wl在图上的位置。再以Wr、Wl为高，作横坐标的平行线。根据减程比计算出光杆冲程在横坐标上的长度S光，S光减程比光杆实际冲程，使BC=AD=S光。,2、理论示功图的绘制,三、示功图测试及分析,C,D,2、理论示功图的绘制,三、示功图测试及分析,2、理论示功图的绘制,（3）根据下式求出。,弹性变形引起的冲程损失，米；1 抽油杆伸缩长度，米；2 油管柱伸缩长度，米；E 弹性系数，2.11011牛顿/米2；fr 抽油杆截面积，平方米；ft 油管环形截面积，平方米。,将乘以减程比计算出其在示功图上的长度。在图中截取BBDD,连结AB和CD，则平行四边形ABCD即为绘制的理论示功图。,三、示功图测试及分析,Wl,Wr,三、示功图测试及分析,例题：某井采用62mm的油管（f管为11.66cm2）,19mm的抽油杆(f杆为2.85cm2），泵径为38mm，下泵深度为800m，冲程1.5m，原油密度为860kg/m3，力比为810N/mm，减程比为1:30，绘制出该井的理论示功图。,三、示功图测试及分析,第一步：建立直角坐标系，横坐标表示冲程，纵坐标表示光杆负荷。,三、示功图测试及分析,第二步：计算抽油杆柱在该井液体中的重量与活塞以上液柱重量。,查表知：qr=2.05kg/m=20.09（N/m）,则：Wr qrL20.0980016072（N)Wl ql L9.5068007604.8(N),ql=0.97kg/m=9.506（N/m）,解：,三、示功图测试及分析,下冲程：OA Wr/力比16072/810=19.8（mm）上冲程：OB=（Wl+Wr)/力比（7604.8 16072）/810 9.419.8 29.2（mm）,光杆冲程在图上的长度为AD=1500/30=50（mm）,第三步：计算光杆负荷在纵坐标上的长度。,三、示功图测试及分析,三、示功图测试及分析,冲程损失在图上的长度BB=DD=126/30=4.2（mm）,第四步：求出冲程损失在图上的长度，并画出理论示功图。,三、示功图测试及分析,在相对密度0.9的原油中,抽油杆在空气和不同相对密度原油中的重量,三、示功图测试及分析,各种泵径在不同原油相对密度的液柱重量,三、示功图测试及分析,抽油机井典型示功图是指在理论示功图的基础上，只考虑某一因素影响下的载荷随位移的变化关系曲线。典型示功图可作为生产现场判断抽油机泵工况的参考依据，也是综合分析实测示功图的第一步。因此，采油工作者应掌握分析典型示功图的能力。,（二）典型实测示功图分析,三、示功图测试及分析,三、示功图测试及分析,1、泵工作正常的示功图,特点：近似平行四边形,P,S,A,B,D,C,o,有振动载荷影响时：近似平行四边形，上下载荷线为逐渐减弱的波浪线。,三、示功图测试及分析,P,S,A,B,D,C,o,考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载荷上。,示功图特点：平行四边形会顺时针旋转一个角度，惯性力越大，旋转角度越大。,形成原因：惯性载荷在上冲程前半冲程增加悬点载荷，后半冲程减小悬点载荷。在下冲程前半冲程减小悬点载荷，后半冲程增加悬点载荷。,三、示功图测试及分析,2、气体影响示功图,P,S,A,B,D,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，加载变慢，使吸入阀打开滞后（B点）,C,残存的气量越多，泵口压力越低，则吸入阀打开滞后的越多，即B B线越长。,B C 线为上冲程柱塞有效冲程。,o,三、示功图测试及分析,2、气体影响示功图,P,S,A,B,D,下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，卸载变慢，使排出阀滞后打开（图中D 点）。,B,C,泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则DD 线越长。,D A线为下冲程柱塞有效冲程。,o,特点：增载、卸载缓慢,气锁影响,三、示功图测试及分析,2、气体影响示功图,而当进泵气量很大而沉没压力很低时，泵内气体处于反复压缩和膨胀状态，吸入和排出阀处于关闭状态，出现“气锁”现象。如图中点画线所示：,P,S,A,B,D,B,C,o,采取措施：合理控制套管气；加深泵挂；加装防气装置；减小防冲距，缩小余隙容积。,三、示功图测试及分析,2、气体影响示功图,气体使泵效降低的数值可使用下式近似计算:,充满系数:,式中：S光杆冲程,P,S,A,B,D,B,C,o,供液不足,三、示功图测试及分析,3、充不满影响的示功图,P,S,A,B,D,当沉没度过小或供液不足使液体不能充满工作筒时，均会影响示功图的形状。,C,特点：卸载线平行左移，液面越低，左移距离越大。,下冲程由于泵筒中液体充不满，悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到液面时，才迅速卸载，卸载线与增载线平行，卸载点较理论示功图卸载点左移（如图中D 点）,o,1,三、示功图测试及分析,3、充不满影响的示功图,充不满程度越严重，则卸载线越往左移。（如右图2、3所示）,有时，当柱塞碰到液面时，产生振动，最小载荷线会出现波浪线。,1,2,3,P,S,A,B,D,C,o,措施：加深泵挂；采取合理的抽汲措施；调整对应注水井注水量；采取压裂、酸化等增产措施；采取间歇抽油方式。,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,（1）排出部分漏失,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，使加载缓慢。,o,游动阀漏失,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,P,S,A,B,D,（1）排出部分漏失,C,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）,o,三、示功图测试及分析,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“顶托”作用，使悬点负荷提前卸载。,到上死点时悬点载荷已降至C点。,4、漏失影响的示功图,（1）排出部分漏失,P,A,B,D,C,S,下冲程，排出部分漏失不影响泵的工作。因此，示功图形状与理论示功图相似。,D,o,三、示功图测试及分析,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；,漏失量越大，BC线越短。,P,A,B,D,C,S,4、漏失影响的示功图,（1）排出部分漏失,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BC。,在此情况下的泵效:,D,o,三、示功图测试及分析,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。,4、漏失影响的示功图,（1）排出部分漏失,P,A,B,D,C,S,D,o,特点：卸载提前，增载缓慢。左下角变尖，右上角变圆，为一向上的拱形。,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,（2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,下冲程开始后，由于吸入阀漏失，泵内压力不能及时提高而延缓了卸载过程，使排出阀不能及时打开。只有当柱塞速度大于漏失速度后，泵内压力提高到大于液柱压力，将排出阀打开而卸去液柱载荷（如图中D 点）。,悬点以最小载荷继续下行，直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬间（如图中A 点）。,o,三、示功图测试及分析,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。,4、漏失影响的示功图,（2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,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。,O,特点：增载提前，卸载缓慢。右上角变尖，左下角变圆，为一向下的拱形。,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,（2）吸入部分漏失,P,S,A,B,D,C,由于吸入部分的漏失而造成排出阀打开滞后(DD)和提前关闭（AA）。,活塞的有效排出冲程为D A。,o,S光,在此情况下的泵效计算公式为：,三、示功图测试及分析,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）。,双凡尔漏失,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,（3）双凡尔漏失的示功图,双凡尔漏失即吸入部分与排出部分同时漏失，它的示功图是吸入部分与排出部分分别漏失时的示功图叠加，近似于椭圆形，位于最大理论载荷线和最小理论载荷线之间。,特点：四角圆滑，两头尖。,左下尖，右上圆上下左右两相反凡尔失效靠反线双漏图形变椭圆双球失效靠下线,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,（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,S,A,B,D,C,o,措施：热洗；碰泵；作业检管、检泵,三、示功图测试及分析,4、漏失影响的示功图,（4）油管漏失的示功图,h,P,S,A,B,D,C,o,抽油杆断脱,三、示功图测试及分析,5、抽油杆断脱影响的示功图,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在液体中的重量，悬点载荷不变，只是由于摩擦力的存在，使上下载荷线不重合，成条带状。,三、示功图测试及分析,示功图的位置取决于断脱点的位置：断脱点离井口越近，示功图越接近横坐标(基线)，如右图（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。,（1）,（2）,5、抽油杆断脱影响的示功图,措施：对扣；作业检杆,三、示功图测试及分析,h,由此示功图可计算断脱点至井口的距离：,式中 L 断脱点距井口距离,m 每米抽油杆在液体中重量,KN/m h 示功图中线到横坐标的距离,mm C 力比,KN/mm,5、抽油杆断脱影响的示功图,三、示功图测试及分析,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。,特点：载荷线上出现不规则锯齿状尖峰，图形仍为一类似平行四边形,措施：作业冲砂；选择合理的工作制度；下防砂装置；人工井壁防砂。,三、示功图测试及分析,7、油井结蜡影响的示功图,由于油井结蜡，使活塞在整个行程中或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，并且会出现振动载荷,特点：示功图超出上下理论载荷线范围，且在上下载荷线上出现波状弯曲。,措施：定期加防蜡剂；定期热洗；下防蜡装置；装井口掺水流程；玻璃油管或涂料油管防蜡,三、示功图测试及分析,8、带喷井的示功图,对于具有一定自喷能力的抽油井，抽汲实际上只起诱喷和助喷的作用。在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开的状态，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。,喷势强、油稀带喷的示功图,喷势弱、油稠带喷的示功图,三、示功图测试及分析,9、管式泵活塞脱出工作筒的示功图,由于活塞下的过高，在上冲程中活塞会脱出工作筒，悬点突然卸载，因此卸载线急剧下降。另外由于突然卸载，引起活塞跳动，反映在示功图中，右下角为不规则波浪形曲线。,碰 泵,三、示功图测试及分析,10、活塞下行碰泵影响的示功图,原因是由于防冲距过小，当活塞下行接近下死点时，活塞与固定凡尔相碰撞，光杆负荷急剧降低，引起抽油杆柱剧烈振动，这时活塞又紧接着上行而引起的。同时由于振动引起游动凡尔和固定凡尔跳动，封闭不严，造成漏失使载荷减小。,活塞下行碰泵影响的示功图如右图所示：主要特征是在左下角有一个环状图形。,三、示功图测试及分析,11、稠油影响示功图,S,稠油影响的示功图如右图所示：主要特点是：上下载荷线变化幅度大，而且原油粘度越大，幅度变化越大；示功图的四个角较理论示功图圆滑。形成原因：稠油因其粘度大，所以流动摩擦阻力增加，因此上行时光杆载荷增加，下行时光杆载荷减小。另外由于油稠使阀球的开启、关闭滞后现象明显，致使增载、减载迟缓，所以增载线和卸载线圆滑。,措施：掺水；掺表面活性剂；热电缆加热；采取合理采油方式。,柱塞遇卡,三、示功图测试及分析,12、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。,活塞卡在泵筒中部,1、机采井系统效率：是指地面电能传递给井下液体，将液体举升到地面的有效功率与电机输入功率之比。即：抽油机井系统的有效功率HHP与输入功率Pin之比。,HHP/Pin100 其中：Pin：拖动抽油系统的电动机的输入功率为抽油井的输入功率。,或,HHP：抽油井口的实际有效功率，又称水功率。是指在1s时间内将一定量的井内液体举升到地面所消耗的纯功率。,式中：Q油井实际产混合液量，td；H有效举升高度，m；m油管内混合液相对密度，kgm3：fw抽油井的含水率，。,四、抽油机井系统效率,有效举升高度H由下式计算：式中：Lf抽油机井的动液面深度，m；pt井口油压，MPa；PC井口套压，MPa。实用的系统效率计算公式：,四、抽油机井系统效率,四、抽油机井系统效率,光杆功率是指通过光杆提升液体和克服井下损耗所实际消耗的功率。,式中：P光光杆功率，KW；A示功图包围的面积，mm2；S光杆冲程，m；n冲次，次/分；C力比，KN/mm；Ls图中示功图长度，mm。,举升效率是指有功功率（水功率）与光杆功率之比，t,四、抽油机井系统效率,例题1：某井产液64t/d，液面深度1000m，油压0.5MPa，套压1.2MPa，液体相对密度为0.9，抽油机系统效率60，求电动机输入功率为多少？,答：电动机的输入功率为11.3KW。,四、抽油机井系统效率,例题2：某井实测示功图包围面积600mm2，力比2.0KN/mm，冲次9次/分，冲程3.6m，示功图图形长度40mm，已知有功功率为7.9KW，求光杆功率和举升效率。,四、抽油机井系统效率,例题3：某井产液64t/d，液面深度1000m，油压0.5MPa，套压1.2MPa，液体相对密度为0.9，线电流25A，线电压375V，电机功率因数0.9，电机实测功率因数0.8，求抽油机井的系统效率为多少？,系统效率的分解：系统效率分为地面效率和井下效率，以光杆悬绳器为界，悬绳器以上为地面效率，悬绳器以下为井下效率。可表示为：sw式中 s-抽油系统的地面效率；w抽油系统的井下效率。,四、抽油机井系统效率,