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1、油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功
2、图。抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误
3、诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。 通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。 1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。示功图是由载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。表示悬点载荷与位移关系的示功图称为地面示功图或光杆示功图。在实际工作中是以实测地面示功图作为分析
4、有杆泵工作状况的主要依据。由于抽油井的情况较为复杂，在生产过程中，有杆泵将受到制造质量，安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，实测示功图有时奇形怪状各不相同。为了能正确分析和解释示功图，常常需要以绘制理论示功图为基础。理论示功图，就是认为光杆只承受抽油杆柱与活塞截面积以上液柱的静载荷时，理论上所得到的示功图，叫做理论示功图。它是在下述假设条件下绘制出来的，即：（1）、有杆泵质量合格，工作正常；（2）、不考虑活塞在上下冲程中，抽油杆柱所受到的摩擦力、惯性力、振动载荷与冲击载荷等的影响，假设力在抽油杆柱中的传递是瞬时的，凡尔的起落也是瞬时的；（3）、抽油设备在工作过程中，
5、不受砂、蜡、水、气等因素的影响，认为进入泵内的液体不可压缩；（4）、油井没有连抽带喷的现象；（5）、油层供油能力充足，泵能够完全充满。图1-1 理论示功图从图中我们可以看出，A点为下死点，C点为上死点，斜线AB表示光杆负载增加的增载线，斜线CD表示光杆负荷减小的卸载线。1.1没有弹性形变的理论示功图如果抽油杆是刚体（受力后没有弹性伸长和缩短的物体），那么，动力从地面传递到柱塞上没有时间滞后，既没有伸缩和振动，也没有摩擦。若假定每一个部件的工作效率都是百分之百，则所测得的示功图中应该是长方形的，如图l所示。图中a点是上冲程的始点。由于刚体杆没有弹性形变，则线为机刻“增载”，此刻泵柱塞的游动阀关闭
6、，全部载荷（刚体杆柱在液体中的重力与柱塞上面液柱的重力之和）由光杆承受。线是上冲程过程,是载荷不变的位移图1-2 静载、非弹性抽油杆示功图过程,c点是上冲程死点。这一过程中，泵的游动响一直关闭，固定阀一直打开，是进油过程。线是将要由停止变为下行开始的时刻，由于刚体杆同样没有缩短过程，是即刻“卸载”。当抽油杆下行所画出的线是载荷不变的下冲程位移过程。从d点开始，固定阀一直关闭，游动阀一直打开，是泵的排油过程。这一过程中，光杆只承受刚体杆在液体中的重力，而没有液体载荷的位移过程，a点为下冲程死点。在排油过程中，由于固定阀关闭，泵简内的液体随着柱塞下行被移到柱塞上部，待下一冲程时游动阀关闭，液体就随
7、着上冲程的过程而被举升到地面。这样周而复始，就是采油生产。对于刚体杆来说，,为地面光杆冲程，亦即为井下泵的柱塞行程。图1-1是基础理论图，既是地面示功图，也是诊断仪测试时的理论井下泵功图。因为诊断仪测试后，计算程序中消除了抽油杆柱和管柱弹性形变的影响，没有杆、管柱的形变，则增载线和卸载线都是直上直下的，同时上冲程和下冲程的位移曲线也是水平的。该理论示功图的特征：,。一般抽油井如果是井深浅、小泵径、粗抽油杆及小冲数抽油条件下生产时，有可能出现类似的水平、长方形的实测示功图。1.2弹性抽油杆静载时示功图实际上金属是有弹性，会“形变”的，因而使增载过程和卸载过程都不是直上直下，而是受力后伸长，卸载后
8、缩短，和都是倾斜着上下，与位移过程成线性的线段。这一变形过程是由于抽油杆伸长和油管缩短、抽油杆缩短和油管伸长所造成的。图1-3是弹性抽油杆受静载时的基本示功图，即光杆只受杆柱和液柱重力，泵不受外界摩擦力影响，并且假定泵的充满程度为百分之百时的理论示功图。反映了实际生产过程中，井下泵的柱塞行程要比地面光杆冲程小一些，即冲程损失。所以实际生产中井下泵的柱塞行程等于地面光杆冲程减去冲程损失。 图1-3这类的图形，是地面示功图，是一般浅井（油层供油充分，无气体影响，沉没压力较高时）常见的理想示功图。 图1-3 弹性抽油杆静载时示功图1.3（动、静载弹性形变）示功图图1-4是一般常见的地面示功图。实际生
9、产中抽油杆是要承受静载和动载的。由于抽油杆有惯性动载荷，柱塞在泵筒内运动时有摩擦力，液体举升过程中与管壁和杆柱有摩阻，抽油杆结箍与油管内壁有摩擦，所以上冲程时a、b点偏高，下冲程时c、d点偏低，P1 和P2是动载荷影响的值。 图1-4 计算充满系数的地面示功图由于动载荷（如惯性载荷、抽油杆运动过程中有振动和柱塞摩擦、液体粘滞力、结箍硬摩擦、冲数较高及有时发生泵筒内缸套错位等因素，均会造成附加的动载荷）的影响，示功图的上、下行程线不是水平的，但只要，而且就是泵工作正常。若二者不平行，就说明泵有问题。图3中所示的行程线与水平线之间的夹角越大，说明动载越大（如有的油田抽油井泵挂很深，抽油井动载有的井
10、可达20kN左右，小的也有10kN左右，个别稠油区块的抽油机井冬季生产时回压很高，由于油稠而造成的高回压，可使动载达到2030kN）。另外，冲数越快，动载也越大。在分析地面示功图时，必须注意这种“倾斜”规律。1.4（动、隐载弹性振动）示功图图1-5是抽油杆发生规律性振动时的地面示功图，发生二级振动时，在上死点附近有一个结。当泵挂超过15001800m时，抽油杆上、下运动时就会发生二级振动。这种示功图图形倾斜，左下方和右上方（即在冲程下死点和上死点处）经常见到有绕一圈的“结”，千万注意不要误解、误判断，这是抽油杆杆柱受力换向与杆柱弹性作用下造成的。由于弹性振动传递快，而杆柱与油管和液体摩擦等因素
11、造成滞后，影响曲线的形状而产生扭结。 图1-5 （静载动载弹性振动）示功图图1-5的上冲程曲线呈阻尼曲线特征，左边波的幅度大，向右波幅减小；下冲程振动曲线也是阻尼曲线，从右向左波幅变小，上、下冲程阻尼曲线相平行，波幅呈相反方向。油井生产的液体中主要是油和水（气体影响很小），其示功图显示有振动特征；如果含气多影响严重时振动波形就会基本消失，曲线变平缓，是因为含气液体能够吸收振动波的缘故。通常见到的是弹性振动的示功图，只要上、下曲线的平均线平行，泵及正常。1.5油井不含气、单相液体、冲数快时示功图在国外，对示功图形状的讨论中，认为倘若液体中含有气体，抽油杆卸载就比较缓慢，这样，在每一抽汲循环中就只
12、有一组振动；若液体不含气，每个循环能产生两组振动，图形的右上方会有一个“结”出现。图4和图5的右图皆为二组振动。图1-6是美国实测的地面示功图资料，冲数越快，图形偏转角就越大。分析时可以将图扭正后看就容易看清，图形随着冲数加快而竖起来了。图5中左图冲数29次min，右图冲数39次min，右图斜角大。右图分析时要考虑到二组振动的特点，避免误解，其实该井泵正常。 图1-6 油井不含气、单相液体冲数快时示功图1.6泵的充满系数和排出系数概念对比图1-7说明有杆泵在实际生产中，由于存在冲程损失（杆、管弹性形变和各种摩擦力造成冲程损失和），所以柱塞的有效行程减小，有杆泵实际工作中的充满系数和排出系数都不
13、是100 ，产液量也不是理论排量。 图1-7 泵的冲数系数、排出系数概念（定量计算时的比例段）对比图上冲程；抽油杆伸长和油管缩短长度；下冲程；受摩擦力时造成的冲程损失图1-7中左图为理论功图，不考虑杆管的伸缩和摩擦力（刚性杆功图），则地面冲程S活塞行程，排出系数充满系数100 。中间图形为弹性杆功图。泵挂深度浅的抽油井实际生产中，摩擦力很小，所测示功图可视为弹性杆功图。从图中可见其排出系数 （1-1）而生产实际状况中，抽油杆和油管柱都是弹性体，生产运动时都有摩擦力，则排出系数 （1-2）泵挂深的抽油井尤为突出。如图1-7的右图说明深井状态下的有效冲程减小很多。从图1-7的三种状况的对比，可知实
14、际产量是与冲程损失直接有关。经诊断仪的实际测试，抽油井的冲程损失与泵挂深浅有关，与杆柱组合有关，而且与冲数有关。实测统计，一般 1200 1500m的泵挂井，其冲程损失为 0.50.8m；泵挂超过1800m的井，其冲程损失为1.21.4m。从图1-7的概念中引出一个观点：为实现抽油井的长寿稳产，就应不断综合分析实测示功图，尽可能减少冲程损失，减少气体影响和油管漏失，提高有杆泵质量和抽油参数优化组合，减少杆柱摩擦阻力（如对于斜度大的深抽井要在抽油杆柱上装尼龙扶正器或刮蜡器、稠油井降粘等）；保证合理沉没度，调小防冲距，延长检泵周期。1.7计算充满系数的地面示功图图1-8表示柱塞的有效行程可以在图中
15、上冲程曲线段上量出,而泵的充满部分可以在下冲程曲线中量得，这是地面示功图定量分析的基础。确实泵的充满系数，即AEBC（小于1）；泵的排出系数即AE充满部分光杆冲程（小于充满系数的值，因为BC）。 图1-8 计算充满系数的地面示功图此类图形在抽油井中最常见，泵况正常，抽油参数基本合适；若气小、沉没度低时，下行符合CDEA曲线，若气多、低沉没度时，下行是CEA虚线曲线；上、下行曲线均为有波动形状的“阻尼”曲线，其曲线的波形平均线是平行的。1.8冲程损失影响排出系数示功图系数和排出系数时的数值会发生变化，这是因为子项，冲程损失会影响排出系数，图中清楚地告诉我们泵效低。这种情况泵的充满系数可能相同，比
16、如，,，这三个地面示功图的充满系数都是100 ；但是排出系数是随着冲程损失的变大而减小。进行定量分析时，要以排出系数来计算才有代表性。油井生产中，有些人只是定性地看充满程度（或只计算充满系数），认为充满系数高就是泵效只有排出系数高才表明抽油机井高产、高泵效。图1-9说明实测示功图在载荷发生变化时，静载变为动载加上附加载荷。计算充满系数和排出系数时的数值会发生变化，这是因为子项，冲程损失会影响排出系数，图中清楚地告诉我们泵效低。这种情况泵的充满系数可能相同，比如，,，这三个地面示功图的充满系数都是100 ；但是排出系数是随着冲程损失的变大而减小。进行定量分析时，要以排出系数来计算才有代表性。油井
17、生产中，有些人只是定性地看充满程度（或只计算充满系数），认为充满系数高就是泵效高，这不一定正确，实际上只有排出系数高才表明抽油机井高产、高泵效。 图1-9 冲程损失影响排出系数示功图泵效 （1-3）在油田实际生产中，抽油井泵效大多数小于40 50 ，因为油井所生产的液体之中大都混有一定的气体。气体是占有体积的，油井气油比大于150mm时泵效30 40 ，如果沉没度又低于500m，则排出系数约在0.30.4 ；而气锁时排出系数小于0.2。抽汲混气液体时，只看几个地面示功图的充满系数是不够的，应该用下述公式来估算一下，作为参考为宜。泵的充满系数 （1-4）式中：为随液体进人泵内的气体体积，。 （1
18、-5）式中：G为通过油管到达井口的流体气油比，mm；a为气体溶解系数，m(m)； 为柱塞上行时的泵内压力，即泵的沉没压力（不考虑泵阀的阻力），；W为含水百分数。2.标准地面示功图图2-1左上图为最理想的地面示功图（无气、多水、供液充足的正常示功图），充满系数100 ，特征为平行。右上图为游动阀关闭迟缓，明显减产的示功图，原因是泵的游动阀与阀球罩之间的间隙太小，可能为修井作业时用管钳咬在阀球罩处，将其咬扁所致，特征为图形在上位置呈方形缺损。图2-1 标准地面示功图（1）左下图为游动阀漏失的示功图，曲线左上部分有圆形缺损，有时右上角也呈圆形缺损；若是游动阀或阀座被严重刺坏，上部曲线则呈圆形（图中虚
19、线）形状。右下图是柱塞受油井出砂影响，容易卡泵时的示功图，这类油井有杆泵容易磨损，免修期短；特征为上、下曲线没有明显的“阻尼”状，而是呈“小牙齿”状的不规则、不重复的示功图，油井生产一段时间后，右下图变为左下图的漏失示功图。如果示功图左上部位产生增载而面积增加，多数是砂、蜡、油稠，或是管线内有堵塞等原因造成的。这样的井一般泵挂深度大于15001800m，而且有振动影响，图形发生偏转。只要泵阀工作正常，则上、下曲线的平均值趋于平行:若不平行，就是泵阀有问题。图2-2 标准地面示功图（2）图2-2左上图为受蜡影响、产量下降的示功图，上、下冲程的曲线呈不规则的“大牙齿”状。右上图为管线内堵塞或井口闸
20、门没有开通时的示功图，其特征为上行载荷增加，曲线平行。左下图的上、下行曲线呈凸状，系油稠，由于上、下冲程的行程中间速度较快，阻力大所致，对于油稠的抽油井均应采取降粘措施，这样有利于生产。右下图表示泵挂较深的井，冲数快造成图形倾斜，是由于动载增大，冲程损失增加，对于这类井应以调慢冲数生产为好。图2-3 标准地面示功图（3）图2-3左上图为泵固定阀漏失的示功图，固定阀连接在泵筒的下面，阀漏失时示功图左下方呈圆形缺损（无气体影响时右下角也呈圆形）；如果阀或阀座被严重刺坏时，不出油，下行曲线呈图中虚线形状，这样的井应该及早安排检泵作业，免得减产时间过长。右上图的左下角多一面积，且下行曲线呈圆弧形，油井
21、不出油，属于进油部位堵塞，井口检查为软性碰泵，不出油，如果是修井作业后测的图，为作业过程中太脏。左下图是动力仪操作问题或是测试仪器有问题时所测得的图，左下部位呈三角形缺损，其实油井生产正常。右下图为防冲距太小，柱塞在下冲程近下死点处发生硬性碰泵，对于这类井应该及时停抽，重对防冲距，避免长时间碰泵而撞掉泵筒发生落井事故。碰泵井也会发生减产，要及时上提。图2-4 标准地面示功图（4）图2-4左上图在上冲程运动时曲线产生“斜下”现象，是柱塞与缸套之间的间隙磨大后所测的示功图，该井需要作业换泵。右上图是泵的缸套被磨坏、“拉槽”，上、下曲线呈对称性缺损面积。左下图表明柱塞在上行过程中脱出工作筒，需要下放
22、光杆，对小防冲距。右下图为上碰特征，使用杆式泵时可见右上方长角，此种情况防冲距过大，内工作筒漏油，油井不可能出油，要求对小防冲距，使杆式泵工作筒的“止环”坐严不漏。图2-5 标准地面示功图（5）图2-5左上图表明有杆泵问题严重（衬套间隙磨大，各节缸套“不对中”），泵漏，井不出油，应该及时修井换泵。右上图 为油管螺纹漏失（螺纹漏油或是油管被严重腐蚀而漏油）时的示功图，油井严重减产或不出油，抽油机停抽时间越长，图形上下平行线距离变小（面积缩小，载荷减少），如果某井油管漏失并且泵阀漏失，图形均有两者特征。左下图上下曲线有对称性凸出，属于一段衬套过紧，但是泵的阀工作正常，不需作业换泵，生产一段时间后就
23、会正常。右下图为有振动特征（抽油机平衡块偏重）时，间隙磨大的地面示功图。图2-6 标准地面示功图（6）图2-6左上图为油井沉没度太小（低渗透油层、低动液面，而抽油参数偏大时生产），显得供液不足时的地面示功图，特征为上、下平行、左右平行，泵没有问题；对于这类井，要从地质方面研究解决注采协调或是油层改造，工程方面则要调查井筒内有否砂堵、蜡堵、盐堵或井下落物堵，下泵数据是否保证有合理的沉没度等因素。右上图为多气油井特征，气油比越高，圆弧的曲率半径越大，曲率半径越大，则表明油套管环空内有泡沫段存在，沉没压力偏小，充满不好。气体影响更加严重时会发生“气锁”而不出油。无沉没压力时，见左下图。右下图为多气井
24、，又有机械因素影响，但出油还正常；跳动问题要从地面设备方面去检查，当然有时属于抽油杆接箍的碰挂或摩擦发生的跳动，也有此现象。图2-7 标准地面示功图（7）图2-7左上图为斜形向上的“黄瓜状”示功图，属于柱塞卡死在泵筒内不动，上、下冲程只是拉伸杆柱，若活塞卡死在冲程中部位置，就像此图；若柱塞卡死在冲程下部，图形位置比这还高；若柱塞卡死在冲程上部，图形位置比左上图要低。右上图的图形水平，油井不出油；在油井生产的上行程过程中本来出油，突然固定阀阀球被卡住不动，固定阀打开相当于无固定阀，这时游动阀必然是关闭不动，上、下运动只是抽油杆带着柱塞运动，没有进油过程，也没有排油过程。对于这样的井，深井不允许碰
25、泵，需要作业换泵。浅井可以轻微碰泵几次，振动一下，无效时仍须作业换泵。左下图属于泵的游动阀和固定阀都发生严重漏失，特征为上行曲线呈凸状，下行曲线呈凹状，油井不出油，需要检泵。右下图为游动阀球卡死，张开着，或是修井作业时柱塞没有下人泵筒，或是井下泄油器被打开，均为不出油。对于这类示功图的井，必须及时作业换泵。至于右上图或右下图都是有一个阀被卡死开着而不出油，为了区别是哪个阀的问题，必须与平时正常生产时的示功图（虚线）来对比。图2-8 标准地面示功图（8）图2-8左上图为抽油杆断或脱时示功图，油井不出油。抽油杆断脱的示功图有摩擦特征，近于水平状。抽油杆断脱部位不同，图形所处上、下位置不同。若断脱发
26、生在柱塞附近，或是柱塞脱扣或是阀球球罩断落，图形位于杆重载荷线位置；若断脱发生在光杆附近，图形接近于水平坐标线。所以根据这一比例关系，可以定量计算断脱部的深度。右上图为怪形示功图，示功图左边属于正常生产示功图，右边有起伏同步上下，油井出油正常，属于抽油机变速箱内有较大的问题，或是齿轮严重损坏，或是严重窜轴，需要及时修理地面设备。类似这样的图形失真状况较少。左下图为连抽带喷时的示功图。刚由自喷转抽油，井筒内动液面较高，且有气体在作功的井常为这样的图。这样的井泵效计算经常超过100 （一般超过85 90 ，均为带喷生产）。图形特征为近于水平状，很少有振动波，图形两端有一段曲线近于平行（有增载和卸载
27、特征，若断脱时图形呈尖角而无平行），喷势较大的井，两端还有圆形面积，属于抽油过程中接近上、下死点时速度慢，喷势容易顶开游动阀球，相当于阀常开，也给下行柱塞以托力而减载。右下图为图像失真，无法分析，应该重新测图。3.抽油井泵功图的特征分析示功图分析和计算机诊断技术是把抽油杆柱作为一根井下动态的传导线。其下端的泵作为发送器，上端的动力仪作为接收器。井下泵的工作状况以应力波的形式沿抽油杆柱以声波速度传递到地面。把地面记录的资料经过数学处理，就可定量地推断泵的工作情况。抽油井计算机诊断是根据实测光杆载荷和位移利用数学方法借助于计算机来求得各级抽油杆柱截面积和泵上的载荷及位移，从而绘制出井下示功图，并根
28、据他们来判断和分析全套抽油设备的工作状况。其中包括：计算各级抽油杆柱顶部断面的应力；估计泵口压力；判断油井潜能；计算活塞冲程系数和泵效；检验泵及油管锚的机械状况。诊断技术的理论基础诊断技术是把抽油杆柱作为一根井下动态的传导线。其下端的泵作为发送器，上端的动力仪作为接收器。井下泵的工作状况以应力波的形式沿抽油杆柱以声波速度传递到地面。把地面纪录的资料经过数学处理，就可定量的推断泵的工作情况。应力波在抽油杆柱中的传播过程可用带阻尼的波动方程来描述：式中抽油杆柱任一截面（任意x处）在人一时刻的位移；应力波在抽油杆柱中的传播速度；阻尼系数。以式（3-117）作为诊断技术中描述抽油杆柱动态的基本微分方程
29、。用以截尾傅里叶级数表示的悬点动载荷函数 以及光杆位移函数作为边界条件：因为波动方程中不包含抽油过程中保持的不变得重力项，所以采用从悬点总载荷中减去抽油杆柱重量后的动载荷函数D(t)为力的边界条件。D(t)以及U(t)的傅里叶系数、及、可分别用下面的公式求得： 式中曲柄角速度；抽汲周期。实际工作中D(t)及U(t)是以曲线或数值的形式给出的，所以傅里叶系数可用近似的数值积分来确定。以式D(t)和U(t)的傅利叶展开式为边界条件，用分离变量法解波动方程，可得抽油杆柱任意深度x断面的位移随时间的变化关系：根据虎克定律：则抽油杆柱任意深度 断面上的动载荷函数随时间的变化为：在t时间，x断面上的总载荷
30、等于F(x,t)加 x断面以下的抽油杆柱的重量：上式中的上述公式适用于单级抽油杆柱，对于多级抽油杆柱只需要做相应的扩充就可以得到类似的计算式。根据地面示功图计算井下示功图时，必须首先确定阻尼系数。抽油杆柱系统的阻尼力包括粘滞阻尼力和非粘滞阻尼力。粘滞阻尼力有抽油杆、接箍与液体之间的粘滞摩擦力，泵阀和阀座内孔的流体压力损失等。非粘滞阻尼力包括杆柱及接箍与油管之间的非粘滞性摩擦力；光杆与盘根之间的摩擦力；泵柱塞与泵筒之间的摩擦损失等。可用等值阻尼来代替真实阻尼。代替的条件是以系统中消除等值阻尼力时，每一个循环中的能量与消除真实阻尼时相同。从而可以推导出阻尼系数公式。进而得到抽油井的井下功图。诊断仪
31、所测井下泵功图的规律性很强，图形比地面示功图简单易记，容易对比。标准图形的规律总结如下：图形左面竖线专门用于分析井下泵泵阀问题，是诊断游动阀（上阀）、固定阀（下阀）是否漏失的关键，呈垂直线或基本近于垂直线，上下阀不漏；上阀漏失时，左上角呈圆弧形缺损；下阀漏失时，左下角呈圆弧形缺损。其他特征见以下图例。图3-1 标准井下泵功图（1）图3-1左上图为正常泵功图，泵阀不漏，泵效高，出油好。右上图为游动阀关闭迟缓，油井减产。左下图为游动阀漏失时所测的图，图的左上角有漏失角，角度越大漏失越严重，油井严重减产，必须及早换泵。右下图油井生产正常，出油很好，只是游动阀受砂子影响，稍有漏失。图3-2 标准井下泵
32、功图（2）图3-2左上图为油井结蜡，曲线有不规则的凸起增载和凹下减载，产量下降，判断结蜡程度可以在图的右侧上部观察，结蜡严重的很宽。右上图为管线堵塞或是井口闸门没有打开，泵工作正常但站上不见油，功图上发现载荷 增加了P，外形没有异常。左下图为油稠井生产中的常见图，上、下曲线的中间部位向上和向下鼓出，这是因为油稠并抽油杆运动速度较快时会增大载荷，近冲程死点时运动速度慢，附加载荷小的缘故，为此，对于油稠的井一般采用降粘（如伴热水流程）措施生产较好，抽油参数应该选择慢冲数（小于6次min）为宜。左下图还存在上、下泵阀不严的问题，应该及早安排检泵。右下图为泵挂深、冲数较快时的井下泵功图，上、下冲程过程
33、中的曲线也有波形出现，但是泵工作正常，泵阀不漏，出油好。图3-3 标准井下泵功图（3）图3-3左上图为固定阀严重漏失，不出油；虚线为泵的固定阀或阀座被刺坏时的特征，若固定阀漏失时有下漏失角。右上图为出油不好（供油不足，充不满），下冲程终点前发生碰泵（硬碰），应该先上提防冲距，可以改善排液情况。左下图为固定阀稍漏失的减产泵功图。右下图稍碰泵，泵阀正常，油井出油。图3-4 标准井下泵功图（4）图3-4四个功图都是右上角特征。左上图为柱塞与衬套之间的间隙已磨大（间隙大，漏失量大），上面曲线与下面曲线左段平行，右段有磨损角，属于衬套或柱塞磨损，对于高含水的排液井，泵的间隙容易磨损变大。右上图为衬套组合
34、的泵上部衬套被“拉槽”。左上图就是7083mm泵磨损后的常见图。右上图是发生拉槽串漏时的常见图。其特征为上下曲线平行，上行右段偏低，下行偏高。左下图为防冲距过大时柱塞上行脱出工作筒，油井减产或不出油。右下图泵阀正常，只是上行末端发生碰挂现象或是光杆上部提环与驴头碰挂，要下放防冲距S。右下图的井如果采用的是杆式泵，不出油，多属于“止环”松动，亦应下放防冲距S。图3-5 标准井下泵功图（5）图3-5左上图为泵的衬套严重磨损，而上、下泵阀不漏，不出油。右上图为油管螺纹严重漏失或是油管被严重腐蚀穿孔，这种情况多数并不出油，特点为开抽时泵功图图形正常，停抽后上行曲线比前低一段载荷，功图面积明显减少，此类
35、井必须更换油管。左下图为衬套内孔尺寸不一，中间部位磨损严重，内径偏大，泵筒上部的衬套太紧，产生原因可能在先下长泵仍用小冲程抽油机生产，过很久才换大抽油机长冲程生产的井上，衬套中间部位已磨损，这样的井应该检泵换泵。右下图为常见正常生产，有气体影响的泵功图，有振动，泵阀不漏。图3-6标准井下泵功图（6）图3-6左上图为供液不足的低沉没度井的正常井下泵功图。随着动液面的下降，功图的充满程度越来越差，曲线3向虚线2,l方向变化；停抽后动液面上升，图形充满增多。右上图泵阀不漏，柱塞与缸套之间的间隙磨大，油管也漏。左下图为低沉没度、多气井的“气锁”井泵功图，油井不出油，上、下行曲线呈大圆弧形，曲率半径越大
36、，气体影响越严重，整个功图无平行线段。对于经常气锁的井，国外经验证实，对于高气油比的多气井，应尽可能增大沉没度，使用大冲程抽油机，选用大一级泵径的泵来增加泵的“压缩比”，套管压力放低或装定压阀控制套管压力，装高效气锚，对小防冲距，装抽空装置间歇抽油或使用防气泵。对于一般气锁井，不出油时可将驴头停于下死点停抽数小时后，等到开抽后一定出油。右下图为衬套松动。窜漏，油井不出油，需要作业换泵。图3-7标准井下泵功图（7）图3-7左上图为上、下泵阀均漏失的井下泵功图，油井严重减产，该图与图418稠油井相比不相同的地方是上、下曲线没有超载和减载的凸凹部分，图形不是“胖大”而是“减瘦”，是面积缺损。右上图为
37、抽油杆断脱的功图，不出油，图形呈水平状，扁形。左下图是诊断仪在采集数据时出现故障，或是传感器没有装牢，或是振动移位，所测之图无法使用，无法判断。右下图为游动阀卡死常开，或柱塞未进泵筒，细心观察可发现功图的左小角呈斜弧形，井不出油，应起泵检查，属于游动阀刺坏，又卡在阀球罩上。图3-8 标准井下泵功图（8）图3-8左上图为固定阀卡住常开（本来是出油的井，突然固定阀卡住，液柱载荷卸不掉），图形特征为上曲线两端呈弧形。右上图为柱塞卡死的井下泵功图。柱塞卡在冲程下部，图形偏高，因为拉长时增载严重，柱塞卡在冲程上部，图形偏低，下行时托住而减载。左下图为连抽带喷时的泵功图。右下图则为气锁井，泵的缸套又错乱的
38、泵功图，需要换泵。4.示功图油井产液量计算方法研究油井一般采用安装在计量间的油气分离器计量单井产量，对于没有计量间的油井和多个井共用一条管线连接到计量间的油井，计量单井产量就非常困难。近年来出现了采用示功图计算油井产液量的技术，示功图测取方便，是油井常规的测试数据。利用有杆泵工作的基本概念难于做出定性分析的地面示功图，根据泵的示功图，不仅很容易对影响有杆泵工作的各种因素做出定性分析，而且可以求得柱塞冲程和有效排出冲程，从而可以计算出泵排量及油井产量。在理想情况下(油管锚定，没有气体影响和漏失等)，泵的示功图为矩形， 长边表示柱塞冲程，短边表示液体载荷。油管未锚定时，泵的示功图将变成平行四边形，
39、其长边的长度表示柱塞相对于泵筒的冲程长度。当上述各种情况不同程度地交织在一起时，将会给正确地判断各个因素的影响程度带来一些困难。下面研究用示功图数据进行油井产量计算的理论和方法。4.1抽油井示功图与漏失曲线4.1.1示功图示功图是悬点载荷与悬点位移的关系曲线，在抽油机工作过程中，悬点上下往复运动，因此，示功图是一个闭合的曲线。示功图在抽油机工作时测量，载荷与位移数据可以是等时间间隔测取的，每个功图数据点数相同，也可以是定时间间隔测取的，不同冲数的示功图数据点数不同。为了能在示功图数据上得到丰富的信息，测取载荷与位移数据的时间间隔以小于0.055s为好。在示功图上可以得到悬点最大载荷和最小载荷。
40、4.1.2漏失曲线在抽油机上冲程接近上死点时，停住抽油机，连续几十秒测取光杆悬点载荷，得到一条测试曲线，称为游动阀漏失曲线。相应地，在抽油机下冲程接近下死点时，停住抽油机，连续几十秒测取光杆悬点载荷，得到一条测试曲线，称为固定阀漏失曲线。在测游动阀漏失曲线时，泵活塞承受液柱载荷，如果游动阀、活塞或油管漏失，则载荷会减小。在测固定阀漏失曲线时，固定阀关闭，两端承受压差，液柱载荷作用在油管上，如果固定阀漏失，固定阀两端压差降低，液柱载荷转移到活塞上，会使载荷升高。如果固定阀和游动阀或活塞都漏失，两条曲线将汇集到一点。如果汇集到一点所需时间小于一个冲次的时间，油井不产液。两条曲线起始点载荷之差就是考
41、虑沉没度影响后，作用在泵活塞上的液柱载荷。4.2油井产液量的计算方法有杆泵在一个冲次中经历了柱塞让出体积，液体进泵和液体从泵内排出三个基本环节。矿场实践表明，实际产量一般都比理论产量低，实际产液量可写为： (6)式中，为泵效，小数；为泵柱塞面积，；为冲程，；为冲数，。影响泵效的因素可归结为四个方面：1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩；(2)气体和充不满的影响；3)漏失的影响；4)余隙体积的影响。因此，泵效的一般表达式可以表示为： (7)影响泵效的四个因素可以用理论计算的方法得到3，但是，理论计算需要较多的油井与产出油气水的参数，不利于现场对无法用油气分离器进行求产的油井计量产量。下面我们推导用示功
42、图数据进行计算的理论。4.2.1冲程损失计算4.2.1.1静载荷作用下的冲程损失由于作用在柱塞上的液柱在上、下冲程中交替地分别由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，从而引起杆柱和油管交替地增载和减载，由液柱载荷引起的静冲程损失为： (8)式中，为作用在柱塞上的液柱载荷，N，可以由两个漏失曲线起始值之差得到；为钢的弹性模量，；为第级抽油杆的长度，m；为第级抽油杆的横截面积，m2；为第级油管的长度，m；为第级油管的横截面积，m2。4.2.1.2惯性载荷作用下的冲程损失上冲程时，悬点载荷大于静载荷，主要原因有抽油杆的惯性载荷，液柱的惯性载荷。当悬点上升到上死点时，速度趋于零，但抽油杆柱有向下的
43、最大加速度和向上的最大惯性载荷，使抽油杆柱减载而缩短。所以，悬点到达上死点后，抽油杆在惯性力的作用下还会带着柱塞继续上行，使柱塞比静载变形时向上多移动一段距离，下行程时也出现类似情况。惯性载荷作用使柱塞冲程增加的计算式： (9)式中，为惯性载荷，N。由示功图上光杆到达上死点时的载荷值减去游动阀漏失曲线的起始载荷，就得到惯性载荷。4.2.1.3摩擦作用下的冲程损失由于蜡堵、砂卡、杆管偏磨等原因，会对抽油杆产生摩擦，从而使抽油杆的冲程发生损失。因为摩擦力的方向总是与运动方向相反，所以在上冲程中，抽油杆会受到向下的摩擦力，从而被拉长。同理，在下冲程中抽油杆会发生缩短。摩擦力作用使柱塞冲程损失的计算公
44、式： （10）式中，为摩擦力对柱塞所附加的载荷，N，在上冲程时，可以通过示功图上大于上死点处载荷的所有载荷的平均值减去上死点载荷得到；在下冲程时，可以由下死点处载荷减去小于下死点处载荷的所有载荷的平均值得到。4.2.2气体和充不满的影响除了游离气占据着泵的部分容积外，在活塞上行时，泵内压力降低，溶解气从原油中分撤出来，又占据了活塞所让出来的一部分空间。因此，泵内原油的充满程度大大降低；在活塞下行时，活塞首先压缩泵内的气体，光杆卸载缓慢，所以，减载线是一条向左下方弯曲的弧线。这条弧线的曲率，随着气体影响程度的增加而减少。计算机自动识别示功图的方法中，差分曲线法能够准确地识别出气体和充不满的影响的
45、示功图，并能计算出相应的充不满造成的冲程损失的比例。差分曲线是以上冲程起始点为基准水平，用下冲程时的示功图线段的反向曲线减去上冲程时示功图曲线得到的。泵充不满示功图的差分曲线的左边有一段接近零线，接着差分曲线变为负值。接近零线部分占整个差分曲线的比例，等于充不满造成的冲程损失的比例。下面详细介绍一下差分曲线的原理及识别方法：4.2.2.1差分曲线识别泵示功图的原理井下泵正常工作的示功图与理想化的示功图一样，具有对称性。由于引起示功图形状对称变化的相同强度的2种或2种以上设备故障同时发生的几率很小，所以可以用差分曲线来描述抽油泵示功图。差分曲线是以上冲程起始点为基准水平，从抽油杆下冲程时的示功图
46、线段的反向曲线减去抽油杆上冲程时示功图曲线得到的，这样就可以用差分曲线取代示功图，简化有杆泵设备状态的识别过程，因为示功图差分曲线的种类单值地相当于有杆泵的工作状态。有杆泵设备定性状态的充分标志转化为差分曲线偏离零线的位置和方向，实际上，这个标志便于编制成有固定标志的差分曲线线段代码序列。如果差分曲线线段高于零线，则认为该线段的标志是正的，相反则认为是负的。有杆泵设备诊断的差分法对示功图的比例尺不变，不要求基准水平的标记，不要求了解和存储泵设备的任何补充信息，对输入信号的形状和示功图的惯性旋转是不变的，可识别除事故以外的有杆泵状态的主要类型。4.2.2.2差分曲线的画法图4-1以泵未充满的理想
47、示功图为例说明差分曲线的画法。曲线ABCDEF是泵未充满的理想示功图，其中ABC为上冲程段、CDEFA为下冲程段。下冲程段的反向曲线是。这2段曲线相减就得到了差分曲线abode。图4-1 有杆泵未充满的差分曲线得到泵的差分曲线以后，利用识别算法把实际差分曲线和各种故障的差分曲线模版进行对比，就可以得到油井的工况类型。图4-2表示除事故（抽油折断、柱塞卡住）以外泵的各种状态的理想化示功及其差分曲线。由该图可以看出，油井主要故障差分曲线形式都是各有明显特点的。图4-2有杆泵主要状态的示功图和差分曲线4.2.2.3差分曲线的识别算法示功图内信息最多的线段是未受抽油杆柱和液柱波动畸变的承载和卸载线段。承载和卸载线段长度取决于由抽油杆变形和油管变形造成的柱塞程损失，单级