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1、示功图诊断技术在油田管理中的应用新疆油田公司彩南油田作业区2007年1月目 录应用背景错误！未定义书签。一、抽油泵工作状况的分析错误！未定义书签。1.1供液不足的示功图1.2气体影响的示功图1.3泵漏失的示功图1.4抽油杆断脱的示功图1.5砂卡、垢卡的示功图1.6蜡影响的示功图1.7油管漏的示功图二、诊断技术的应用错误！未定义书签。2.1软件技术的应用错误！未定义书签。2.2判断泵的工况和计算油井的产量错误！未定义书签。2.3各级杆柱的应力计算错误！未定义书签。2.4计算和分析抽油机的扭矩平衡错误！未定义书签。2.5估算泵的吸入口压力及预测油井的产能错误！未定义书签。三、彩南油田诊断软件效果评
2、价错误！未定义书签。3.1 软件使用评价错误！未定义书签。四、认识和结论错误！未定义书签。首先，感谢一年来作业区领导、机关科室及各兄弟单位对中控室诊断工作的支持和帮助，通过你们的帮助和支持，使示功图诊断工作有了较大的进步，现将一年的工作做一个总结和汇报。彩南油田自动化系统所采集的油井示功图数据，明显具有本油田独有的一些的特征，为了方便分析抽油井示功图，通过对一年的诊断工作的总结，将具有代表意义的示功图诊断和解释汇总总结，确定为分析样本，从而提高对油井示功图解释的工作效率及减轻劳动强度，为现场人员的对油井的判断提供便利。充分发挥自动化的优势，全面、准确、有效服务于现场日常工作，精细、科学管理油田
3、，挖掘油田潜能。一、 抽油泵工作状况的分析在油田生产管理中，对抽油机井的示功图分析，是油井管理的重要手段。在实际工作中是以采集的示功图作为分析抽油泵工作状态的主要依据。由于现场抽油井的运行情况较为复杂，受到井下作业质量以及油井出砂、结蜡、地层水和使用杆柱的不同等等多种因素的综合影响，在示功图的解释分析过程中既要依据采集的示功图和油井的各种资料作全面分析，又要找出影响油井的主要因素。油井在特定的因素影响下，其示功图表现出特有的图形特征，虽然实际生产过程中油井示功图的形状受多种因素影响的图形叠加，但总有一种主要因素影响，所以，通过示功图的形状的基本特征找出油井的主要影响因素。抽油机井的示功图诊断分
4、析，其所能解决的内容可归纳为以下几个方面：1. 判断泵工作是否正常；2. 判断油井供液与井筒排液的协调情况；3. 判断防冲距是否过大或过小；4. 判断油井出砂，结蜡情况；5. 判断气体影响程度；6. 了解各部分负荷的组成；7. 判断油井的产量，压力和泵效损失的组成因素等等；1. 供液不足的示功图当油井的沉没度过小（在彩南一般沉没度低于150m，将其归为地层供液能力弱），地层的供液能力不足，使井液不能充满泵筒，其图形特征是在下冲程中悬点负荷不能立即减小，只有当柱塞接触液面时，才迅速卸载，卸载线呈“刀把”状。在大冲次的井上，因柱塞撞击液面在抽油泵上会造成较高的冲击应力，使示功图的载荷线出现较大的波
5、浪。附图：供液不足实测功图附表：供液不足井液面资料井号区块层位测试日期采油方式监测名称油压MPa 套压MPa 音标深度m 音速m/s 动液面m 静液面m 泵深m 沉没度m 油层中部m 人工井底m C2822 彩10 J2x 2007-2-9 抽油 动液面 2 398.6 386 1870.8 1901.6 30.8 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-3-15 抽油 动液面 2.2 398.6 386.3 1518.5 1901.6 383.1 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-5-15 抽油 动液面 1.1 398.6 377.1 186
6、7.9 1901.6 33.7 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-6-21 抽油 动液面 1.5 398.6 358.8 1768.5 1901.6 133.1 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-7-10 抽油 动液面 1.4 398.6 374 1841.3 1901.6 60.3 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-7-29 抽油 动液面 3.3 398.6 369.6 1874.6 1901.6 27 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-9-19 抽油 动液面 1.3 398.6
7、374 1859.6 1901.6 42 2199.8 2230 C2822 彩10 J2x 2007-10-13 抽油 动液面 1 398.6 370.5 1842.6 1901.6 59 2199.8 2230 2. 气体影响的示功图以气体影响为主要影响因素的这部分井，功图上主要表现和供液不足相似成“刀把”形，产生的原因是在上冲程末，泵的余隙内的气体被压缩，下冲程开始后因压缩气体膨胀使泵压不能快速降低，导致固定凡尔打开滞后，加载变缓。余隙越大，油井进入泵内的气量越大，固定凡尔打开的滞后现象越严重，功图上的“刀把”越明显。在实际生产过程中，判断油井功图是否是受气体影响，仅靠功图的特征无法区分
8、，还需了解油井产气量和井下工艺等其他资料进行综合判断分析。附表：气体影响井资料井号日期液量产气量含水备注平均回压平均套压C1292007-10-063.1254630(+彩017&c127)单独计量1.33.6C1292007-11-065.58473382.4(+彩017&c127)单独计量1.42C1292007-11-0818.9442380(+彩017&c127)、配合计量停1h、单独计量1.480C1292007-11-098.6474680(+彩017&c127)、单独计量1.440C1292007-11-12000(+彩017&c127)单独计量不上油1.470C1292007-
9、11-1711.7663340(+彩017&c127)单独计量1.450C1292007-11-201.9827030(+彩017&c127)单独计量1.460C1292007-11-296.37374054.8(+彩017&c127)单独计量、配合计量停1h1.440C1292007-11-309.1333310(+彩017&c127)防腐防垢化学防蜡1.420C1292007-12-067.4418662.2(+彩017&c127)10:00调开、调冲程4.2到3.41.15.5C1292007-12-071.05305967.7(+彩017&c127)单独计量1.280附图：气体影响实测
10、功图3. 泵漏失的示功图泵漏失是生产过程中常见的故障，主要分为游动凡尔漏、固定凡尔漏和双凡尔漏这三部分。1) 游动凡尔漏失在生产过程中，抽油井在上冲程时，泵内的压力降低，柱塞两端产生压差，使柱塞上部的液体因游动凡尔不严密，漏失到柱塞下部的泵筒内，由于漏失到柱塞下的液体的“顶脱”作用，悬点负荷不能快速上升到最大，示功图表现为加载线加载缓慢。同时，加载线的倾斜度加大。附图：游动凡尔漏失实测功图附图：游动凡尔漏失实测功图当漏失量加大到一定程度后，由于漏失液体对柱塞的“顶脱作用”也加大。上冲程的负荷远低于正常时的最大负荷，固定凡尔始终是关闭的，泵的排量为零。附图：游动凡尔严重漏失实测功图附图：游动凡尔
11、严重漏失实测功图2) 固定凡尔漏失抽油井的固定凡尔漏失时，在下冲程开始后，由于固定凡尔漏失使泵内压力不能及时提高，延缓了卸载过程。同时，也使游动凡尔不能及时打开，减小泵的有效冲程。在实测的示功图上表现为卸载线坡度变缓。悬点负荷卸载时间加长。在判断固定凡尔漏失的时，需同时了解油井的供液能力和产气量等油井资料。附图：固定凡尔漏失实测功图附图：固定凡尔漏失实测功图当油井的固定凡尔严重漏失时，游动凡尔一直不能打开，悬点不能卸载，采集的示功图表现的特征，呈一窄条位于原正常示功图的上部。附图：固定凡尔严重漏失实测功图3) 双凡尔漏失固定凡尔和游动凡尔同时漏失的示功图是分别漏失的图形的叠加，近似于椭圆形的图
12、形特征。4. 抽油杆断脱的示功图抽油井在生产过程中，发生抽油杆断脱后，悬点负荷实际就是断脱点以上的抽油杆的重量，只是由于摩擦阻力使的上下负荷线不重合，油井的井深越深，断点越接近抽油泵，其上下负荷线间的宽度越大。图形的位置取决于断脱点的深浅。抽油杆柱断脱位置的计算可用：L=（Qmax+Qmin）/2/QrL-自井口算起的断脱点深度Qmax实测最大负荷（kg）Qmin实测最小负荷（kg）Qr每米抽油杆在空气中的自重（kg/m）附图：抽油杆断脱实测功图附图：抽油杆断脱实测功图附图：抽油杆断脱实测功图附图：抽油杆断脱实测功图5. 砂卡、垢卡的示功图在油井出砂或结垢后，由于砂卡或垢卡造成的阻力，当柱塞运
13、动时，通过局部的阻力悬点负荷在极短时间内发生很大的变化，在示功图的负荷线上出现不规则的锯齿，上下载荷线震动剧烈。附图：垢卡实测功图附图：C1026砂卡实测功图6. 蜡影响的示功图在油井结蜡后，上冲程负荷增加，大于正常最大负荷，下冲程时，负荷减小，小于原正常最小负荷，同时油井的产液量逐步缓慢下降，因油井的结蜡是一个较长的缓慢过程，判断时需要配合一个较长周期的产量变化、负荷变化趋势和示功图的变化趋势相配合进行综合判断。如下表中的C1050井的从2007年8月9日到2007年10月25日，产液从29t逐渐下降的24t，最大负荷从5950kg逐渐上升到7332kg，最小负荷从3047kg下降到2502
14、kg，功图逐渐增大。说明油井的油管结蜡逐渐增加，井液通道正在缩小，导致产液下降。蜡影响因素逐渐加强。井号日期液量产气量含水备注平均回压平均套压最大载荷最小载荷平均载荷C10502007-08-0929.073310井一线跳闸停1h00595030474498.5C10502007-08-100080.91.410598530434514C10502007-08-11282730 1.452.2592230704496C10502007-08-12000防腐防垢化学防蜡1.430595030304490C10502007-08-1330.1119501.460595030304490C10502
15、007-08-140001.460604629474496.5C10502007-08-1528.8932980.41.430603229474489.5C10502007-08-160075.6 1.455.2610229204511C10502007-08-1734.8827679.11.440626028754567.5C10502007-08-1828.1127501.430608029234501.5C10502007-08-1928.1540676.7防腐防垢化学防蜡1.490612929064517.5C10502007-08-2028.1532375.21.4806129287
16、54502C10502007-08-232730701.510629128584574.5C10502007-08-2532.5331101.530636027954577.5C10502007-08-2928.733201.550626428914577.5C10502007-09-0227.292640防腐防垢、化学防蜡1.590640329314667C10502007-09-0426.8124080.21.610644428764660C10502007-09-0626.982940 1.658.4640928764642.5C10502007-09-0827.435201.48064
17、1028764643C10502007-09-0827.435201.480641028764643C10502007-09-1031.2529174.41.450627230314651.5C10502007-09-1031.2529174.41.450627230314651.5C10502007-09-1226.8325801.490632629764651C10502007-09-1226.8325801.490632629764651C10502007-09-1426.7627601.530648603243C10502007-09-1426.7627601.530648603243
18、C10502007-09-1627.463090防腐防垢化学防蜡1.78647829044691C10502007-09-1627.463090防腐防垢化学防蜡1.78647829044691C10502007-09-1825.3934201.550639528874641C10502007-09-1825.3934201.550639528874641C10502007-09-2026.8733801.610652728494688C10502007-09-2026.8733801.610652728494688C10502007-09-2225.2631301.62066102835472
19、2.5C10502007-09-2225.2631301.620661028354722.5C10502007-09-2427.633910防腐防垢化学防蜡1.590661028214715.5C10502007-09-2427.633910防腐防垢化学防蜡1.590661028214715.5C10502007-09-2627.473860 1.78.6674727384742.5C10502007-09-2627.473860 1.78.6674727384742.5C10502007-09-2627.473860 1.78.6674727384742.5C10502007-09-2924
20、.7428301.590684327254784C10502007-09-2924.7428301.590684327254784C10502007-10-0125.163470 扫线1.688.6681626844750C10502007-10-0125.163470 扫线1.688.6681626844750C10502007-10-0325.2733478.41.360687203436C10502007-10-0325.2733478.41.360687203436C10502007-10-0525.0939201.390687827094793.5C10502007-10-0525.
21、0939201.390687827094793.5C10502007-10-0729.074120防腐防垢化学防蜡1.360671303356.5C10502007-10-0729.074120防腐防垢化学防蜡1.360671303356.5C10502007-10-0933.2652801.350650029044702C10502007-10-0933.2652801.350650029044702C10502007-10-1126.552740 1.385.2662303311.5C10502007-10-1126.552740 1.385.2662303311.5C10502007-1
22、0-1328.5241901.350665727634710C10502007-10-1328.5241901.350665727634710C10502007-10-1525.8441881.21.340674728054776C10502007-10-1525.8441881.21.340674728054776C10502007-10-1727.5534501.360689203446C10502007-10-1727.5534501.360689203446C10502007-10-1925.9139101.370697526944834.5C10502007-10-1925.9139
23、101.370697526944834.5C10502007-10-2122.9230476.1 防腐防垢、化学防蜡1.42696826324800C10502007-10-2224.2332801.430713325844858.5C10502007-10-2326.1334601.450716825994883.5C10502007-10-2326.1334601.450716825994883.5C10502007-10-2524.143360防腐防垢化学防蜡1.410718825184853C10502007-10-2524.143360防腐防垢化学防蜡1.41071882518485
24、3C10502007-10-2727.0536279.91.460733225024917C10502007-10-2829.38930水洗39方、调冲程3.6-3m，16:00系统试井1.40723025594894.5C10502007-11-1743.3652385.2系统试井、调冲次4-6、停0.5h1.416.4636103180.5C10502007-11-1838.6742383.9系统试井1.447639603198C10502007-11-1939.4347178.4系统试井1.418642429734698.5C10502007-11-2037.9858381.5系统试井1
25、.428634829594653.5C10502007-11-2142.4421881.5系统试井、测试停2h1.388.1694630004973C10502007-11-2239.6853986.1系统试井1.470658230424812C10502007-11-2340.8348676.4系统试井、测试停2h1.432.6636130284694.5附图：C1050蜡影响实测功图7. 油管漏的示功图在油井的生产过程中，由于偏磨、井下管柱疲劳和杆柱质量等原因造成油管破损，在示功图上的表现和泵严重漏失的特征较为相像，其判断还需现场的措施来应证（如：打压试泵，油管漏失时，油压憋不起来，套压快
26、速上升）。附图：油管漏实测功图附图：油管漏实测功图二、 诊断技术的应用由于抽油泵的工作环境较为复杂，在解释示功图时，必须全面的了解油井的情况（井下设备、油井产量、产气量、液面，以及油井的历史生产情况等），才能对抽油泵的工作情况和故障原因作出正确的判断。上述示功图的分析只能对泵的工作状况做某些定性的分析，而无法做出定量的判断。在抽油井快速抽吸的条件下，泵的工作情况要通过上千米的抽油杆柱传递到地面上，在传递过程中，因抽油杆柱的振荡等因素，是负荷的变化复杂化。如下图的C1009井装尼龙刮蜡器时和拆除后的功图对比，在上冲程过程中的两者抽油杆柱的振荡一致，安装的在下冲程时较为平缓，没有安装的和上冲程振荡
27、频率一致，说明安装尼龙刮蜡器对功图下冲程的影响较大。但这只是一个模糊的没有定量的分析，通过计算机技术对示功图进行定性定量解释分析才是今后发展的方向。1. 软件技术的应用对于一个诊断软件来说，其不同深度功图转换是否准确，主要依靠计算时设定的条件是否合理，其泵功图计算根据地面功图计算出井下功图时，必须首先确定阻尼系数。目前使用示功图诊断软件提供了摩擦功法和示功图拟合法两种阻尼系数计算方法，通过输入的井液物性数据、油井的杆柱数据、管柱数据、及其材质数据，用粘滞带阻尼的波动方程的方法将多级抽油杆的变形、杆柱的粘滞阻力、振荡和惯性的影响消除，将地面功图转换成井下示功图。（其只考虑了在运行中的主要影响因素
28、，如多级杆柱、多级管柱、杆柱接箍、油管锚等常用组件，但象尼龙刮蜡器等一些不常用的组件造成的影响没有加入。）1) 判断泵的工况和计算油井的产量在软件中加入油田自身的标准功图作为样本，通过使用消除影响的泵功图和样本进行对比，判断油井的工况；这比地面示功图的判断要简单得多，但对数据的要求提高了。同时还可以利用软件通过功图的面积计算油井的产量。综合诊断报告-彩10-C1020油井生产参数:功图测试时间:2007-01-04 16:33:19参数测值单位参数测值单位油层中部2330.75m油密度0.8g/cm3一级套管外径139.7mm气密度0.64Relative一级套管壁厚6.2mm水密度1g/cm
29、3一级套管长度2364.79m饱和压力11.73MPa二级套管外径地面脱气原油粘度3.75mPa.s二级套管壁厚油管是否锚定否二级套管长度产液量0t/d三级套管外径含水率81.89%三级套管壁厚动液面1014.5m三级套管长度油压0.1MPa一级油管外径73mm套压0.5MPa一级油管壁厚5.5mm泵深1695.1m一级油管长度1691.73m尾管长度9m二级油管外径泵径44mm二级油管壁厚冲程4.2m二级油管长度冲次4spm三级油管外径生产气油比32.97m3/m3三级油管壁厚左上平衡块位置-1m三级油管长度左下平衡块位置-1m地层温度77C右上平衡块位置-1m地层压力21.12MPa右下平
30、衡块位置-1m神经网络诊断结果:抽油杆断工况类型分值工况类型分值正常0.017连抽带喷0供液不足0气影响0.001气锁0.001蜡影响0.001砂影响0.001稠油影响0.001振动影响0.001泵漏失0.001游动凡尔漏0.001固定凡尔漏0.016油管漏0.001游动凡尔卡死0.001固定凡尔卡死0.001活塞脱出工作筒0.001活塞撞固定凡尔0.001衬套乱0.001抽油杆断0.975抽油杆脱0.001其他0.001功图量化分析结果参数数值单位参数数值单位泵的充满因数1功图计算冲程4.2m功图计算产液量0m3/d功图计算理论排量36.78m3/d功图计算地面泵效0%水功率0kW光杆功率-
31、0.48kW井下系统效率0%泵功图信息分析结果参数数值单位参数数值单位泵的有效冲程4.32m泵的有效排量37.83m3/d泵的理论排量36.78m3/d地面泵效0%井下泵效0%泵吸入口压力11.49MPa泵沉没度1404.68m动液面深度290.42m液体载荷290.42kN泵效分析结果冲程效率损失气体影响效率损失漏失泵效损失体积变化泵效损失实际泵效百分率-2.84%0.00%102.84%-0.14%0.00%杆柱受力分析结果杆级数杆长(m)杆径(mm)级别应力百分比(%)第1级杆586.9722D13.61第2级杆617.5719D12.04第3级杆474.6419D10.22) 各级杆柱
32、的应力计算根据抽油杆柱的各级顶部剖面上的示功图就可以计算该断面上的最大应力、最小应力、许用应力以及应力范围，并判断抽油杆柱是否超载及杆柱是否合理。3) 计算和分析抽油机的扭矩平衡根据悬点负荷和抽油机扭矩因素的计算绘制扭矩曲线，并计算分析抽油机平衡状况和功率利用情况。4) 估算泵的吸入口压力及预测油井的产能由泵的示功图通过软件计算出泵的吸入口压力，只要知道几个工作制度下的产量和吸入口压力，便可确定油井的流入曲线，进而预测油井产能。这样可全面了解抽油系统的工况及存在的问题，有利于加强措施的针对性，减少作业的盲目性，提高措施的成功率。三、 示功图诊断软件评价通过一年的应用实践，使用软件诊断有以下几方
33、面的优缺点：1. 使用软件可大批量快速对油井进行诊断，提高了诊断速度，有效的减小劳动强度。2. 对油井当前功图下的井况，有一个量化的数据分析结果，为油井诊断提供了指标性依据。3. 由于软件只对单幅功图进行量化分析，无法将油井前期的数据叠加对比，其数据的局限性较大，对于部分油井的诊断还需通过其它现场辅助措施来确定诊断结果。造成诊断周期的拉长。4. 软件的样本库的加入效率较低，严重影响样本库的建设。四、 认识和结论1. 使用软件可大批量快速对油井进行诊断，提高了诊断速度，有效的减小劳动强度。同时，减少了油井带病工作时间。2. 对油井当前功图下的井况，有一个量化的数据分析结果，为油井诊断提供了指标性
34、依据。3. 诊断软件全面了解抽油系统的工况及存在的问题，有利于加强措施的针对性，减少作业的盲目性，提高措施的成功率。4. 使示功图诊断工作不断完善，为彩南油田的安全油田生产管理提供可靠，准确，有效，及时的提供技术保障。附录：彩南油田异常井示功图诊断记录诊断记录日期井号事件叙述原产量目前产量诊断结果建议措施措施实施反馈情况备注2007-01-05c1020低负荷报警29.6不出断脱建议上修恢复判断依据1. 油井实测负荷在19432739，严重背离正常负荷；2. 油井负荷低于杆重；3. 功图位于正常功图下部；修井反馈信息:井号本次检泵时间本次检泵原因本次采取措施C102007.1.8第114根杆疲
35、劳断全井换新杆综合诊断报告-彩10-C1020油井生产参数:功图测试时间:2007-01-04 16:33:19参数测值单位参数测值单位油层中部2330.75m油密度0.8g/cm3一级套管外径139.7mm气密度0.64Relative一级套管壁厚6.2mm水密度1g/cm3一级套管长度2364.79m饱和压力11.73MPa二级套管外径地面脱气原油粘度3.75mPa.s二级套管壁厚油管是否锚定否二级套管长度产液量0t/d三级套管外径含水率81.89%三级套管壁厚动液面1014.5m三级套管长度油压0.1MPa一级油管外径73mm套压0.5MPa一级油管壁厚5.5mm泵深1695.1m一级油
36、管长度1691.73m尾管长度9m二级油管外径泵径44mm二级油管壁厚冲程4.2m二级油管长度冲次4spm三级油管外径生产气油比32.97m3/m3三级油管壁厚左上平衡块位置-1m三级油管长度左下平衡块位置-1m地层温度77C右上平衡块位置-1m地层压力21.12MPa右下平衡块位置-1m神经网络诊断结果:抽油杆断工况类型分值工况类型分值正常0.017连抽带喷0供液不足0气影响0.001气锁0.001蜡影响0.001砂影响0.001稠油影响0.001振动影响0.001泵漏失0.001游动凡尔漏0.001固定凡尔漏0.016油管漏0.001游动凡尔卡死0.001固定凡尔卡死0.001活塞脱出工作筒0.001活塞撞固定凡尔0.001衬套乱0.001抽油杆断0.975抽油杆脱0.001其他0.001功图量化分析结果参数数值单位参数数值单位泵的充满因数1功图计算冲程4.2m功图计算产液量0m3/d功图计算理
