示功图监控诊断计量系统流程与作用
浅析示功图原理分析及应用!!!
过程装备专业实验论文之浅析示功图原理分析及应用姓名：学号：专业班级：2014年5月23号浅析示功图原理分析及应用摘要：示功图是压缩机运行状况和工作性能的综合反映，示功图法是研究压缩机性能与工作状态的基本方法之一，是有效的参数法诊断手段，可在较深层次上诊断压缩机故障。
关键词：示功图，故障诊断，压缩机0引言示功图是压缩机运行状况和工作性能的综合反映，示功图法是研究压缩机性能与工作状态的基本方法之一，是有效的参数法诊断手段，可在较深层次上诊断压缩机故障。
在活塞式机器的一个循环中，气缸内气体压力随塞位移（或气缸内容积）而变化的循环曲线。
循环曲所包围的面积可表示为机器所作的功或所消耗的功，称为示功图，它可用示功器测录。
示功图除了表示作或耗功的大小以外，常常用来分析研究以至改善气缸的工作过程。
内燃机示功图为四冲程内机的实际示功图。
纵坐标表示气缸内气体压力p,横坐表示气缸工作容积V。
把装在压缩机上的示功仪实测下来的示功图，称为压缩机实际示功图。
压缩机实际示功图与理论示功图有很大差异，其特征为：i. 压缩机实际示功图存在气体膨胀线，即完成一个工作循环中除吸气、压缩和排气过程外，还有膨胀压缩机过程；ii. 压缩机实际示功图中吸气过程线低于名义吸气压力线，排气过程线高于名义排气压力线，且压缩机实际示功图中吸、排气过程呈波浪形；iii. 压缩机实际示功图压缩、膨胀过程线的指数值是变化的。
压缩机的理论与实际示功图差别较大，是因为压缩机在实际工作过程中受到余隙容积、压力损失、气流脉动、空气泄漏及热交换等诸多因素的影响。
1机械故障诊断技术的发展故障诊断(FD：Fault Diagnosis)始于机械设备故障诊断，其全名是状态监测与故障诊断(CMFDCondition Monitoring and FaultDiagnosis)。
机械故障诊断(MFD：Machine Fault Diagnosis)是识别机器或机组运行状态的科学，它研究的是机器或机组运行状态的变化在诊断信息中的反映。
机抽井井下示功图诊断及应用
摘要当今世界石油工业中，有杆泵抽油方式是机械采油的主导方式，其无论在井数上还是在产油量上均占机械采油的主要部分。
有杆抽油是一个系统性很强的机械采油方式，它由地层、井筒、地面设备三个子系统构成。
要保持有杆抽油系统高效地运作，必须使三个子系统相互协调工作，而机抽井井下示功图的诊断技术则是保障深井泵高效工作的主要技术。
它可以及时地对深井泵故障进行诊断，分析故障原因，采取有效措施，提高系统效率。
本文着重介绍深井泵诊断数学模型的求解过程及其应用。
深井泵的诊断数学模型结合了描述杆柱动力学特征的波动方程和抽油机悬点运动规律，上边界考虑了常规型抽油机的运动规律，下边界考虑了深井泵的受载情况，在求解波动方程时，采用有限差分法求解，利用经验公式求解阻尼系数，通过求解波动方程、确定泵处的载荷和位移，绘制井下示功图，对泵的工况进行诊断。
基于上述理论，特别是在深入研究示功图形态、故障特征以及生产设备条件的基础上，将井下示功图大致分为窄条或不出液类、完全上冲程特征故障类、完全下冲程特征故障类以及上下冲程特征故障类，使其更易于故障诊断。
关键词：机抽井；示功图；波动方程；有限差分；故障诊断AbstractIn the oil industry of the world, the rod pumping is a leading mode in mechanical recovery, both in its number of wells and in production it occupies the major part of mechanical oil production. Sucker-rod pumping is a kind of artificial lifts which has a very strong systematicness. The rod pumping system is composed by three parts, layer, wellbore and surface equipment, which must work in phase to make the rod pumping system running with high efficience and energy saving. But the diagnostic technology of downhole dynagraph showes a principal means for deep-well pump to work safely and effectively. It can diagnosis the failure of deep-well pump timely, analysis reason of failure, take effective measures and improve system efficiency.This article focuses on the process of solving mathematical model of deep-well pump and appliance of it. The mathematical model of deep-well pump unites wave equation which describes dynamic features of string and the laws of suspension centre moving. The up boundary condition considers the laws of conventional-type pump moving, the down boundary condition considers conditions of deep-well pump bearing force. Using finite difference to solve wave equation and adopting empirical equation to solve damping factor. Through solving the wave equation , solving loading and displacement of pump and drawing downhole dynagraph , It can diagnosis condition of pump.Based on the above theory, Particularly on the basis of researching downhole dynagraph, feature of fault and conditions of production equipment depthly , downhole dynagraph can be classified into several kinds ,the reason as it can diagnosis condition of pump conveniently.Key Words:Pumping Well; Dynagraph Card; Wave Equation; Finite Difference;Fault Diagnosising目录第1章引言 (1)1.1 研究的目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (1)1.3 本文主要工作 (3)第2章井下示功图诊断技术的理论基础 (5)2.1 泵的工作原理 (5)2.2 波动方程的建立 (7)2.3 机抽井井下示功图诊断的数学模型 (9)2.4 诊断模型的有限差分解 (10)第3章诊断模型的求解过程 (12)3.1模型求解 (12)3.2 节点载荷和位移的求解 (15)3.3 阻尼系数的确定 (17)第4章分析井下示功图 (18)4.1 几种典型情况下的井下理论示功图 (18)4.2 示功图故障分类 (19)第5章程序设计 (22)第6章实例分析 (24)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第1章引言1.1 研究的目的及意义有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今为止在采油生产中一直占主导地位的人工举升方式。
示功图分析与计量系统研发与应用
EXCHANGE OF EXPERIENCE 经验交流摘要：基于油田生产动态数据和静态数据，将地面功图转化成井下泵功图，并结合工况诊断，建立一套油井液量计算和工况诊断分析的综合系统。
该系统实现油井无线连续计量，简化地面工艺流程，减少用工需求，降低人工劳动强度，提升综合效益，为油田各层级用户提供专业的决策依据，为油田精细化管理提供技术支撑。
关键词：工况诊断；连续计量；精细化管理目前，油田产液量计量方法主要有两相分离、翻斗计量和三相分离计量方法，其普遍存在应用装置多、工艺过程长、投入较多等问题，难以适应地面系统优化简化的要求。
为了提高计量的时效性，采用功图法计量技术，建立合适的计量模型，利用软件技术完成产液量实时连续计算。
一、系统设计（一）总体架构系统整体架构包括三大系统：数据提取系统、示功图计算系统、数据展示系统。
整体架构如图1所示：图1 示功图分析与计量架构1.数据提取系统（1）单井基础数据。
从采油厂生产管理相关的Oracle 数据库或油田公司A2系统的油井基础数据库中自动提取油井井号、油井基础数据、原油物性数据、杆柱组合数据等信息。
（2）示功图数据。
系统从A11数据接口中读取功图数据，存储到示功图计算数据库中，同时从采油厂的实时库中读取启停时间、启停机状态数据，以及油井电参、压力等数据[1]。
2.示功图计算系统。
示功图计算采用“综合诊断法”计算原理，该方法以工况诊断为基础，以功图识别为核心，充分考虑油井自身井况的对功图的影响；各个故障工况有独立的模型，能够保证各种复杂或故障工况下产液量计算准确性。
3.数据展示系统。
数据展示系统主要完成数据发布、数据管理、数据提交功能。
数据发布是对示功图计算结果进行全面展示，包括单井分析数据、区块综合数据、异常工况报警提示；数据管理是通过客户端和Web程序管理单井计量配置、单井参数设置，维护整体软件的用户设置、操作权限设置等；数据提交是指将计算结果提交到相应的计量结果数据库中。
《示功图诊断》PPT课件
范
地
减产
面 示
必需换泵 衬套上部“拉槽〞时功 图
功 此图是泵的缸套被磨坏、“拉槽〞， 图 上，下曲线呈对称性缺损面积。
规
应下放长度
范 地 面 示
脱出点
减产
管式泵或整筒泵
柱塞上行程脱出任务筒时功图
功 图
此图阐明柱塞在上行过程中脱出 任务筒，需求下放光杆，对小防
冲距。
规
范
不出油
地
必需换泵
面
衬套间隙大，各节不“对中〞时功图
cd线为卸载线，da线是下 冲程过程，a点是下冲程 死点
1 没有弹性形变的实际示功图
该实际示功图的特征： ab // cd, bc // da.
普通抽油井井深浅、小泵径，粗抽油杆及 小冲数抽油条件下消费时，有能够出现类似的 程度、长方形的示功图。
一、实际示功图特征分析
2 弹性抽油杆静载时示功图
实践上金属是有弹性会‘形变〞的 ，因此使增载过程ab和卸栽过程cd 都不是直上直下的，而是受力后伸 长，卸载后缩短。这一交形过程是 由于抽油杆伸长和油管缩短、抽油 杆缩短和油管伸长所呵斥的。以下
3 〔动、静载＋弹性形变〕示功图
由于动载荷的影响，示功图的上、下行程 不是程度的，但只需bc//da,而且ab//cd，就是泵 任务正常。否那么就是泵出现了问题。
图2-3中所示的行程线与程度线之间的夹角 α越大，阐明动载越大，另外冲数越快，动载 也越大。
二、规范地面示功图
规
范
地
面
充溢系数100％的正常功图
3 〔动、静载＋弹性形变〕示功图
实践消费中抽油杆是要接受静载和动载的 。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，抽油杆接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。如图2-3所示。
大庆外围低产低渗油田抽油机井电参法推演示功图现场试验
管理·实践/Management&Practice1现状截止2020年底，某外围采油厂油井开井6403口，其中抽油机井5923口，占开井数的92.5%，机采方式以抽油机为主。
目前，对抽油机井进行监测或诊断工况，主要是通过示功图判断井下工况，示功图是连接抽油机井地面系统和井下系统的关键节点，分析方法成熟，标准统一，实用性强，多年来油井示功图始终是判断油井运行状况不可或缺的手段之一。
但是，目前现场测试示功图，还存在以下几方面问题：1）通常示功图测试录取周期为每月1次，录取周期相对较长。
2）当载荷、工况变差时，问题发现不及时性，容易错过最佳清防蜡及问题核实日期，导致问题恶化，严重时会影响产量。
3）工人测试劳动强度大，生产效率低，数据的准确性得不到保证。
4）目前安装变频配电箱的抽油机井逐年增多，其频率变化直接影响了运行冲次，由于现场调参比较方便，导致现场示功图测试分析不能够及时。
5）还存在零点易漂移失真问题，同时需要定期标定[1]。
目前随着油田信息技术的进步，智能数字化管控平台已经成为各油田的发展，不仅可以实时诊断和分析抽油机井工况，而且降低工人劳动强度，既提高了经济效益，又注重社会效益的长远发展。
因此，通过抽油机井电参法示功图的现场应用，利用油井上易测得的电动机功率参数，实现了电参与示功图的实时转换和同步采集，减少了手持示功图仪器现场操作的不安全因素，同时还降低了前线工人测试工作量。
2电参法反演示功图基本原理2.1主要功能模块组成目前，在现有不停机间抽控制配电箱基础上，进行改造添加了几个主要模块，实现电参示功图的现场试验：智能控制处理器、曲柄位置传感器、电动机转速传感器以及三相电参监测传感器[2]，主要功能模块安装位置见图1。
图1主要功能模块安装位置智能控制处理器：属于核心元器件，主要用于同时根据同步采集的电动机转速、电参和曲柄位大庆外围低产低渗油田抽油机井电参法推演示功图现场试验卢成国王秋实（大庆油田有限责任公司第八采油厂）摘要：抽油机示功图是判断抽油机井工况的重要手段之一，方法虽然成熟但需要耗费大量人力和物力，并且故障诊断自动化程度低，尤其还不能及时进行反映，因此需要一种新的测试方法迫在眉睫。
示功图工况诊断分析与应用
西北油田分公司塔河采油一厂采油四队
示功图工况诊断分析与应用
2010年10月
汇报提纲
汇报提纲 ★一、深井泵的结构与工作原理 ★二、理论示工图 ★三、典型示功图的特征及分析 ★四、实测示功图的分析与措施 ★五、总结
一、深井泵的结构与工作原理
1.1、深井泵的结构
1、管式整筒深井泵结构：
主要由工作筒、游动凡尔、固定凡尔、活塞、（衬套、游动凡尔、固定 凡尔座、凡尔罩，上、下压紧接箍、泄油器、加长短接，拉杆）组成。
五、总结
4、检泵、修井投产后不出液的原因： 修井投产开抽就不出液，判断其不出原因比分析其它功图难度 要大，其原因是没有正常功图进行对比，再则井口无产液不好判断 泵阀功况，测出的图形一般都在下负荷线附近，这是因为抽油杆在 底部断脱、游动阀失灵、固定阀失灵、活塞不进工作筒、卸油器打 开、进油部分严重堵塞、油管脱落及油管在中下部漏失严重、液面 低于泵挂都会产生此类图形，确切判断不出原因必须了解井下管串 结构，液面高度；井口压力、抽油机平衡状况，上下电流值等。并 采取简单可行的验证措施进行排查，找出原因采取相应措施使油井 快速投产。
★ 2、判断功图为气体影响还是供液不足，不仅要观察功图的现状，而且
还要结合产液量、产气量、泵挂、液面、排量等数据，进行综合分析。
★ 3、对我队目前抽油井实测功图进行分析可得：在井正常生产的情况下，
供液不足与气体影响较为常见。
★ 4、针对我队实际情况，由于GK2H区块为高含蜡井，所以，出现蜡堵情
况比较平凡，要周期性的对该区块的井进行测功图，观察有没有蜡堵情况。
二、理论示功图
1、弹性抽油杆理论示功图
2、没有弹性变形的理论示功图
二、理论示功图
3、静载、弹性变形的理论示功图
示功图诊断技术在油田生产管理中的应用
示功图诊断技术在油田生产管理中的应用作者：张刚张玲黄晓鹏来源：《科技资讯》 2012年第34期张刚张玲黄晓鹏(吐哈油田三塘湖采油厂新疆哈密 839009)摘要:示功图的计算机诊断技术是六十年代采油工程上重大成果之一。
目前,这项技术在美国、加拿大、等国,已作为检测抽油系统工况不可缺少的手段之一,在油田生产管理中被广泛地应用着。
油井示功图它不仅能在不停产的情况下取得大量有用的数据,简化了井下直接测试工作,而且能随时监控油井动态,使之在最佳工作方式下生产,为最优化抽油技术和抽油井监测与控制管理阶段开辟了道路。
关键词:示功图诊断油田生产管理中图分类号:TE4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)12(a)-0150-01通过对示功图,特别是泵示功图的计算、分析,可以准确地获得抽油系统的井下设备、地面设备和油井本身的工作动态。
这是一种科学的定量分析方法,所得到的结果基本上是消除了人为因素影响的结果,它与分析人员的技巧和经验无关,也不再需要根据在光杆上得到的示功图,来猜测抽油系统的井下工作状况。
随着油田开发工作的进展,大部分油井停喷后必须采取机械采油的方式来生产。
当前,机械采油方式中,有杆泵抽油机井占全国油井总数的94%;即使下电潜泵生产井数较多的油田如中原油田,抽油机井也占总生产井树的80%以上。
低压、低渗透、低产量的油田全部采用有杆泵生产。
由于抽油机井生产状况复杂,深井泵下入油井深处(从全国统计数据来看,平均的泵挂深度1500 m之多,浅的油田600～800 m,而中原油田的抽油井较深,平均泵挂在1650 m。
目前国内泵挂最深的井已超过3000 m,对于下玻璃钢抽油杆生产的油井,泵挂深度很容易超过3000 m,油井还可增产)。
泵的工作状况是否正常,必须使用诊断仪器来测试,用动力仪或诊断仪来测井下功图判断泵况,用回声仪测井下液面判断深井泵是否沉没在液面以下工作,还可以测电机电流或采用井口憋压方法来判断生产状况。
示功图测录概要
一、压电式示功装置
晶体切片电荷符号与受力方向关系
2018/10/25
一、压电式示功装置
压电式压力传感器 注意： 在高压测量中，常利用石英晶体的纵向 压电效应，晶体的机械强度高。为使传感器 有较高的灵敏度，多采用并联式的多晶片组 合压电元件。 低压测量利用晶体的横向压电效应，受 压时机械强度较低，但增加晶体切片的长度 与宽度的比值，即可提高灵敏度。
2018/10/25
一、压电式示功装置
压电式压力传感器 横向压电效应：沿机械轴（Y—y轴）方向受力 所产生的压电效应 。沿机械轴方向作用有 力FY时，仍在与电轴垂直的平面上产生电荷 qY，它的大小为： q y k31 a Fy
b
式中 a——晶体切片的长度； b——为晶体切片的厚度； k31——横向压电系数。
2018/10/25
二、电阻应变式示功装置
测量电路
2018/10/25
二、电阻应变式示功装置
特点： 它不存在类似于压电系统的信号直流漂 移、随机零线及工作点漂移问题； 静态标定较容易，一般用的放大器较普 及，工作稳定性好，测量精度较高； 传感器较便宜，但尺寸大、输出小、寿 命短； 由于载波频率的限制，其高频特性稍差。
2018/10/25
动态参数采集和处理系统
一、系统组成与原理 动态压力测录方法 连续测量：测录过程是在某一循环中连续进行的，最 终得到的是一条连续变化的压力曲线。 离散测量：称为采样集点法。 1）横向集点法：对应一系列确定的压力值，采集当 缸内被测压力与之相平衡时的曲轴转角(或活塞位 移 )。 2）纵向集点法 ：在一系列曲轴转角下(或对应某些 时刻)，采集相应的压力信号值。
2018/10/25
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示功图监控诊断计量系统》是通过现场传感器设备采集示功图、开停 机信息等数据，然后传送到数据处理单元ＲＴＵ，ＲＴＵ通过ＣＤＭＡ或ＧＰＲＳ无线 网络将数据传输到服务器，计算、处理后；通过油田局域网进行浏览查询。
泵的实际排量计算公式：
Ｑ∥＝Ｋ×Ｓ／／ｘ１１
Ｓ／／＿一柱塞有效行程长度，。（１ｉｐ：＾Ｄ段长度）
ＲＴＵ可以接收存储５００米内的６口井功图数据及开停井信息，并通过ＧＰＲＳ
等公网上传到服务器。
图１系统数据采集流程示意图 《示功图监控诊断计量系统》中油井产液量的计量是以油井示功图为 基础，确定液体进入柱塞，柱塞做有用功的行程，按有效冲程计算每个冲 程的产液体积，然后利用油管内的混合液的密度计算出油井产液量。
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价值得到了充分的体现。 （２）数据标定设备
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《示功图监控诊断计量系统》在应用过程中，正常生产井要求每月标 定一次示功图：系统中整天内出现８个以上异常示功图，必须进行示功图 标定；现场生产井参数发生变化时。必须进行示功图标定；作业开井工况 稳定后，必须进行示功图标定；示功图计量液量与分离器计量液量，误差 超过±１５％时，必须进行示功图标定。
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图３现场测量示功图活塞有效行程选取示意图
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图４现场数据采集设备示意图 《示功图监控诊断计量系统》中，二合一传感器采用了起点位置加拉 线式标定获取位移，保证了测试的准确性，每次作业后只需使用标定机标 定即可，避免了加速度测量位移造成的误差大、不稳定、影响产液量计量 精度等缺点。二合一传感器与信号发送器之间一一对应，保证了源头数据 图２油井计量产液量原理示意图 的准确性，并彻底摒弃了过去的有线测量方式，全部采用无线传输，改变 了原来系统安装设备多，前期投入资金多，后期维护成本多的问题，使用
图６报警流程运行图
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示功图监控诊断计量系统流程与作用
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 李敬恩 中原油田采cal Trade 2013,5(z2)
矿级监控人员接到队级的“即时发现对话框”报警信息传递后，十分 钟内填写审核意见，填写的内容会自动反馈到队级的报警系统中，若矿级 监控人员无填写审核意见，计算机也自动记录未处理报警信息的记录。 在报警即时发现对话框弹出的同时，报警“即时处理对话框”也同时 弹出，采油队监控人员必须在两小时之内录入报警信息处理结果，并上传 矿级监控中心，否则两小时之后矿级报警软件中自动弹出报警处理结果提 示，同时计算机自动记录队级监控人员未处理报警处理结果信息的记录ａ 未及时处理的报警信息矿级监控人员十分钟之内再次督促采油队，否则计 算机自动记录矿级监控人员未及时处理的报警信息。 厂级单位可以任意查看每一个报警信息和处理结果，并对采油矿、采 油队监控人员进行考核。通过这一系统的运行，实现了人机绑定，监控人 员由“要我监控”转变为“我要监控”。 （４）实现油井工况分析优化决策功能，科学优化单井管理措施 《示功图监控诊断计量系统》中油井工况分析优化决策功能通过与采 油厂《单井综合查询系统》、《作业管理系统》与本系统中单井产液量查 图５现场标定设备示意图 油井示功图现场标定首先查看传感器、信号发送器以及数据处理单元 ＲＴＵ的工作状况，现场进行测试油井示功图，检查传感器与远程数据处理 单元（ＲＴＵ）的信号通讯是否正常并读取传感器或ＲＴＵ中存储的功Ｉ訇数据， 然后重新设置信道、井名等参数，并对传感器的冲程、位移进行标定。 （３）实现功图载荷报警及生产现场管理功能，提高运行时率时效 《示功图监控诊断计量系统》中当单井出现示功图载荷报警时，系统 自动弹出“即时发现对话框”与“即时处理对话框”，队级监控人员十分 钟之内必须填报“即时发现对话框”，将报警信息传递到矿级监控中心， 否则十分钟之后矿级报警软件中自动弹出报警提示，同时计算机自动记录 队级监控人员未处理报警信息的记录。 询功能、单井示功图查询功能的有机对接，实现了单井工况诊断、井下技 术状况、油井生产状况的多角度分析，油井工况诊断分析结果更加准确， 工况优化的对策措施制定更加科学。 二、结束语 ｌ、通过对油井工况分析优化决策功能的应用，实施参数调整措施，实 现单井的高效、低能耗生产。 ２、通过对油井工况分析优化决策功能的应用，及时进行油井参数调整， 制定科学单井间开措施。
示功图监控诊断计量系统流程与作用
李敬恩 中原油田采油二厂油藏经营管理一区
摘要；本文探讨了示功Ｉ訇监控诊断计量系统的流程，在现场仪器设备上，通过测量原理与仪器结构的改进，从技术上保证了现场数据采集及传输的稳 定性和准确性，从而使现场采集数据真实可用：在系统软件开发上，通过系统数据整合与共享，从功能上实现了油井示功图浏览查询、油井产液量计量查询、 油井示功图载荷报警、油井工况分析优化，并以此为手段加强现场管理，加快了１＇ｏｌ题井处理节奏，改变了传统油井管理模式的惯性思维方式和工作习惯， 提高了运行管理的时率时效。 关键词：示功图监控计量系统稳定性准确性
一、示功图监控诊断计量系统现场应用 （１）现场仪器设备的可靠性与稳定性 数据采集设各现场数据采集设备主要包括无线二合一传感器：定时采 集位移、载荷数据、绘制示功图发送到ＲＴＵ，自身存储最近４８小时内的示 功图数据。信号发送器：每个周期给二合一传感器一个开始、结束信号用 来判断起始点位置，向ＲＴＵ实时发送开停机报警信息。数据处理单元（ＲＴｕ）：