油井功图计量及专家诊断系统
(完整)抽油机井示功图分析
下步措施: 控气
或调整防冲距
（3）、供液不足: 特点: 其卸载线与气体影响的卸载线相比较，陡而直 下步措施: 间开、优化生产参数或注汽
供液不足
（4）、泵漏失对示功图的影响特点: 游动凡尔漏失: 上冲程悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载变缓， 上冲程后半冲程悬点载荷提前卸载
工作筒内衬套乱
结论
1、示功图分析影响因素多，需要结合油井实际生产 资料进行综合分析。
2、示功图分析为管杆优化设计和提高抽油机系统效 率提供参考。
3、抽油机示功图分析是油水井分析的依据，有助于 我们有针对性提出日常科学管理措施。
4、示功图分析结合综合评价软件可实现油井智能化 控制。
2 、抽油机采油系统的工作流程
系统工作时, 电动机通过皮带和减速 器带动曲柄作圆周运动, 曲柄通过连杆机 构的游梁, 以支架上的轴承为支点做上下 摆动, 通过驴头把游梁前端的往复摆动转 变为悬点的上下往复运动, 悬点带动抽油 杆柱、抽油泵柱塞做上下往复直线运动, 实现机械采油。
当活塞上行时, 活塞上的游动阀关闭, 泵筒上的固定阀打开, 井筒中的油液进入 泵筒, 同时柱塞之上的一部分液体排入地 面输油管线, 活塞下行时, 游动阀打开, 固 定阀关闭, 活塞之下抽油泵泵筒内的液体 进入油管内, 如此循环工作, 井液就源源不 断地被采出。
kN kN
80 70 60 50 40 30 20 10 0 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 m
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 m
整改措施:（1）对地层能量不足的井, 要选择合理地 工作制度, 如调小生产参数, 换小泵, 也可采取间隙 抽油的管理方式。（2）根据油层实际条件, 也可以采 取压裂或酸化油层, 提高油层供液能力的方法。
抽油井功图诊断与分析
7、结蜡或油稠
由于油井结蜡油稠，使杆柱上下行均增加了磨擦力，使上行 程增载，下行程减载，使示功图变“胖” 。W266-1井2007年 10月5日诊断为油稠，最大载荷88.8KN，最小载荷25.4KN,液 面井口，日产液3.3吨，含水38%,运动粘度703.8mpa.s（一般 油井运动粘度10-20mpa.s左右）。
NW72-158打水前后功图变化
NW72-158打水前测试的功图
NW72-158打水2方后20分钟测试的功图
NW72-158打水2方后10分钟测试的功图
NW72-158再打水1方后10分钟后测试的功图
NW72-158井工作制度:38*4.8*4;产量:7.4*1*86;日产气458方;套压1.5MPa,液 面1821米,沉没度181米，功图为供液不足。从NW72-158井打水2方，再打水1方 的功图变化来看,打水后,测试的三个功图面积明显增大，变为正常功图。
6、双漏(泵双漏)
双漏功图特征为加载线与卸载线为凹凸曲线，严重双漏时为黄瓜条 形状。W33-127井2008年10月8日诊断为严重双漏,日产液0吨，最 大载荷81.5KN， 2008年11月10日上作业发现泵筒内结垢，将游动 凡尔座、固定凡尔座刺坏。
6、双漏(底部断脱)
双漏（底部断脱）功图与泵双漏功图形状相同。W33-202井2008年 10月15日诊断为双漏，最大载荷74.4KN，套压0.8MPa，液面 1593m，日产液0吨，2008.10.18日上作业发现泵上第1根抽油杆 断。
第二部分
典型示功图
1、正常；2、供液不足；3、气体影响；4、游漏；5、固漏； 6、双漏（泵漏、杆底部断脱、底部油管漏、泄油器销子脱）； 7、结蜡或油稠；8、泵卡；9、泵部分脱出工作筒；10、上挂； 11、下碰；12、上部油管漏；13、杆中上部断脱；14、抽喷； 15、进油通道堵塞；16、特殊井
抽油机井诊断技术(专题)
cg
dr
m
-阻尼系数
—抽油杆直径
d t —油管内径
dt dr
三、诊断技术的理论基础
振动方程的有限差分解法 位移：
u r i. j 1 2u r i , j u r i , j 1 t 2 u r i 1, j 2u r i , j u r i 1, j ar 2 x r
3、分类器的建立 设aij表示输入示功图矩阵A的元素值，而bij表示某一标准示功图 的参考矩阵B的元素值。则两个矩阵的匹配值(cost of matching) R(A,B)以两个矩阵相应元素绝对值之和表示：
10 20
R (A , B ) aij bij
i 1 j 1
式中aij与bij分别为1或0。显然 R(A,B)值越小表示两个矩阵越相 近。将输入矩阵与所有标准示功图的参考矩阵进行对比，将其值由小 到大排队，则井下示功图所表示的可能泵况，应是匹配值最小的。这 种方法称为绝对差分类器。
轮廓线内赋1的示功图矩阵
四、利用模式识别技术识别井下示功图
（一）网格法(Grid Method)
3、分类器的建立
描述井下示功图特征的矩阵，称为“输入矩阵”。用同样方法可 以将不同井下工况的标准示功图制成参考矩阵，下图就是一种中度液 击的参考矩阵。
四、利用模式识别技术识别井下示功图
（一）网格法(Grid Method)
gr
x r
2
r1
2 2r cr t
(1 c r t )
r 2
1 (1 c r t )
r 3
r
(1 c r t )
r 4
油井计量原理及功图分析(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。
采油井场工况监控系统-四化
5、维护保养
①必须按规定定期标定（规定每6个月标定一次），并做好标定记录和检定合格资料。
②根据维保计划定期维护，清理油污，紧固锁销，紧固各插销螺栓（建议每3月一次）。 ③校正传感器的安装位置，保证受力均衡。 ④根据工作时间累积和系统提示电池电压，更换电池（维修人员）。
⑤油井作业时，派专人拆卸、清洗传感器，登记、封装收存，专井专用，不能互换。
⑥检查、紧固挂在悬绳上的保险螺栓。为防止悬绳器偏载挤飞伤人。
主讲：王克华
四、光杆冲程检测（游梁抽油机）
1、死点位置发送器
用于测量抽油机游梁-光杆下死点位置，并根
据光杆一个冲程周期 T 间接测量光杆位移。 位置信号发送器一般采用非接触接近开关及信 号发射电路实现有线、无线位置的测量。 常用接近开关为霍尔开关。
输出在4～20mA范围内即可认为正常。
⑤ 设置（无线式）：用专用手操器组态、设置传感器井号 ID、冲程、下死点、通讯等。 ⑥注意所有连接部位的防潮、防锈，保证连接可靠、拆装方便。
主讲：王克华
五、远程测控终端 RTU
1、组成 RTU由主控模块、配套开关电源、接线端子 、外置通讯接收天线等组成。 电量数据采集器与RTU并排放置。安装在抽 油机变频控制柜内。控制柜可起到防雨、防 晒、防尘作用。
地面功图转化成井下泵功图、找
出泵柱塞有效冲程 Se 求日产量。
Qt = 1440
p 2 Dp SN 4
Se
Q ——日产液量，m3/d； DP——泵径，mm； N ——冲次r/min； Se——柱塞有效冲程。 K ——产量校准系数。
主讲：王克华
二、功图检测过程(游梁抽油机）
位移传感器：将光杆位移转换为 数字信号发送给RTU。 死点位置发送器：光杆经过下死 点位置时接通，给负荷传感器一 开始信号，用来判断起始点位置 ，并测量冲程周期T（用于计算 T/200时间间隔所对应的位移。 负荷传感器：从下死点开始每隔 T/200秒采集一次光杆负荷，通过 无线通讯发送数据给RTU 远程测控单元（RTU）：接收存储光杆 载荷、位移数据，并通过有线/无线网 络上传到指挥中心功图服务器上。 电参数采集器：连续采集电机电 压电流，计算功率电能。通过串 口RS232通讯发送数据给RTU。
抽油井示功图
3. 某井采用21/2”的油管，3/4”的抽油杆，泵径为38毫米，下 泵深度为800米，冲程为1.5米的数据生产，其原油密度为860 kg/m3，测示功图时采用第二支点，力比为800N/mm，减程 比1/30，试绘制该井的理论示功图。 4. 某井测示功图如下所示，已知泵效为40%，试计算：
1） 泵的充满系数β （2） 由于气体影响而使泵效降低的数值ηg'。 （3） 由冲程损失而使泵效降低是数值ηλ' （4） 其他因素而使泵效降低数值η其他
2.点线面的含义 Abc为上冲程，ab为加载线，a点为 下死点，游动凡尔和固定凡尔均关 闭； Bc为活塞上冲程，b点游动凡尔关 闭，固定凡尔打开，活塞上行；
11
cba为下冲程，cd为减载线，c点为上死点，游动凡尔和固定凡 尔均关闭； D点，游动凡尔打开，固定凡尔关闭；活塞开始下行； Da线为活塞下冲程。 注意：1.各点的位置和凡尔开关情况；
25某井采用212的油管34的抽油杆泵径为38毫米下泵深度为800米冲程为15米的数据生产其原油密度为860kgm测示功图时采用第二支点力比为800nmm减程比130试绘制该井的理论示功图
抽油井的生产分析
目的
了解油层及设备的工作状况
测量液面的位置动（静）测井底压力 分析水井界面及工作制度 与含水的关系
抽油井井底流动方程：
Q＝K(Hs-Hf)=K(Lf-Ls)
K
L
Q －L
H
Q －H
f
S
S
f
K ─采油指数，t/d·m；
l 采油指数的大小反映油层供油能力的好坏。
2
“折算液面”——把在一定套压下测得的液面，折算到套管
压力为零时的液面。
L fc
功图计量与工况智能分析技术在大港油田的应用
功图计量与工况智能分析技术在大港油田的应用发表时间：2019-05-20T16:42:07.377Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：李智[导读] 摘要：本文从功图计量与工况智能分析技术的技术原理、有杆抽油系统数学模型的建立、泵功图的计算、有效冲程的识别及计算结果的修正五个方面对该技术进行了详细的阐述，重点介绍了功图计量与工况智能分析系统的构建及其拓展的功能，实现了生产数据的实时采集、产量自动计产、油井远程监控、油井故障诊断、动液面实时监测、系统效率实时监测、报表自动生成等功能，简化了流程，降低了投资、减少了用工总量，提高了油田数字化管理水平 (大港油田第三采油厂)摘要：本文从功图计量与工况智能分析技术的技术原理、有杆抽油系统数学模型的建立、泵功图的计算、有效冲程的识别及计算结果的修正五个方面对该技术进行了详细的阐述，重点介绍了功图计量与工况智能分析系统的构建及其拓展的功能，实现了生产数据的实时采集、产量自动计产、油井远程监控、油井故障诊断、动液面实时监测、系统效率实时监测、报表自动生成等功能，简化了流程，降低了投资、减少了用工总量，提高了油田数字化管理水平。
关键词：功图法；计量；工况诊断；系统效率；动液面；在线监测 1 功图计量与工况智能分析技术 1.1技术原理“功图法”油井计量技术是依据抽油机井深泵工作状态与油井产液量变化关系[2]，从能真实反映抽油系统有杆泵工况的示功图入手，把定向井有杆泵抽油系统视为一个复杂的三维振动系统（抽油杆、油管和液柱三个振动子系统），在一定的边界条件和初始条件下建立该系统的三维空间力学、数学模型及算法，在不同井口示功图激励下的泵功图响应，采用矢量特征法对泵功图进行分析及故障进行识别，提取泵示功图的矢量特征，确定泵的有效冲程，得出油井地面折算有效排量，再结合其它生产参数实现工况智能分析。
1.2有杆抽油系统数学模型把定向井有杆泵系统视为一个复杂的三维振动系统，考虑抽油杆、液柱及油管三个子系统在三维空间的振动耦合和与抽油杆位移、速度、应变、应力和载荷之间随时间变化的因素[3]，建立相关模型。
油田数字化管理概论
平台建立综合数据库，将生产数据存储于数据库。基于这些数据，实 现数据自动统计，自动生成各种样式报表、图表，从而为分析优化决策提 供数据基础。
数据智能分析
平台集成地质、工艺、油藏管理以及其它优化专家系统。实现油田产 能分析、单井动态分析、故障分析、生产参数优化分析、油藏分析等，并
做出决策优化建议措施，从而为油田生产开发提供科学的依据及建议，提
（二）平台建设思路
生产数据管理
采集监控诊断
数字化平台
分析优化决策
智能调度控制
（二）平台建设思路
为实现上述六大目标，平台将利用 “采集监控诊断、生产数据管理、 分析决策优化、智能调度控制的一体化数字管理思想” 为建设思路，集 成各自动控制系统、计量系统、诊断系统、优化分析系统、专家系统以及 视频监控等系统，实现油田的数字化生产管理。
综合数据库四平台框架生产管理系统生产管理系统数据自动采集异常自动报警单井电子巡井远程自动控制油田自动调度油井动态分析生产数据管理应急指挥抢险设备数据管理四平台框架智能专家系统智能专家系统工艺专家系统地质专家系统油藏油田管理四平台框架平台部署图四平台框架五业务功能分布图生产监测功图采集远程控制报警监测视频监测车牌识别生产数据分析统计管线泄露监测井口数据视频上传至增压站
智能专家系统
综合数据库
（四）平台框架
油井数据
综合数据库
实时数据库
注水数据 站数据 管线数据 灌区数据
…
综合数据库
静态数据
动态数据 作业数据
关系数据库
专家数据
应急数据 设备数据 …
（四）平台框架
生产管理系统
生产管理系统
数 据 自 动 采 集
异 常 自 动 报 警
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油井功图计量及专家诊断系统
一、系统简介
示功图测量是抽油机井工况分析诊断的一种有效手段，该系统运用传感器技术、无线采集技术、无线网络数据传输即全无线技术，实现了油井远程液量计量、数据后期处理以及部分专家故障诊断和管理功能，为综合应用功图、电参、压力、温度等多元数据的实时油井故障综合诊断分析及优化设计提供基础支持；克服了以往的油井的产液量、故障状况、效率与损耗状况、泵运行状况等细节单井运行信息反馈不及时或无法反馈的问题，达到了国内同类产品相当水平。
我公司将常见抽油机故障做了基础分类，依据一级筛选诊断和二级诊断即故障类型16条规则作为专家系统推理依据，利用功图特征法，建立知识库或专家库，实现常见典型故障诊断。
见下图。
油井功图计量及专
家诊断系统以“功图法”
作为油井计量及诊断的
技术手段，是基于地面示
功图和泵的示功图以及
故障诊断技术发展而来
的油田量油新技术。
通过
功图量油法和计算机技
术、通信技术的结合实现
了油水井远程监测、液量
自动计量及分析，提高了油田自动化管理水平，降低了产能建设投入和运行成本，实现了提山东世通信息科技有限责任公司 0546-8226773 7770781 1 / 7
高油井系统效率的目的。
本系统概括起来就是围绕一个中心、整合五大技术、提供十大功能、实现四大目标；
围绕一个中心：优化油井生产整合五大技术：自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程方法以及油气田开发技术。
提供十大功能：实时采集、数据管理、生产动态预测、实时工程分析、故障诊断、远程计量、系统效率及损耗分析、生产参数、实时优化设计、措施方案发布、智能控制。
实现四大目标：提高油井产量、系统效率、油田数字化水平和简化地面流程。
二、系统主要功能模块简介
2.1、数据录入模块
针对油井的基础数据，例如泵径、杆柱组合、油藏参数、设备参数、油井管理等信息进行人工录入或从油田开发数据库导入。
该模块可对油井工况监控和故障诊断结果进行实时报警，可以设置报警的种类、各种报警的展现方式（如报警信息的颜色、声音），并可以选择报警的井范围。
安装油井功图量油及诊断综合系统软件的任何计算机终端都能实时收到故障的语音、颜色、闪烁报警。
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2.2、采集监控报警模块
2.3、工况诊断报警模块
2.4、实时诊断模块（扩展模块）
根据实时采集的功图、电流、扭矩、压力等数据，实现油井的诊断。
通过几何特征法、矢量特征法、差分曲线法、人工神经网络法、综合诊断法等多种方法，对抽油机井气锁、凡
尔漏失、断脱等二十多种故障，进行自动诊断。
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2.5、远程液量计量模块
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该模块以实测示功图、压力、温度、转速、电参数等采集参数作为分析有杆/无杆泵工
作状况的主要依据，建立先进的、适用的油水井系统数学模型及算法；诊断出油水井工况和存在的问题；计算出各种复杂工况下的油井的产液量；同时进行各种有效的数据分析与统计。
该软件模块与油井数据采集硬件系统构成了油井远程监控、液量自动计量，可以替代或简化油井计量流程，撤消计量站，以降低产能建设投入和运行成本。
三、系统组成即主要设备及平台简介
3.1 前端设备采集
（1） 量程：0～150kN 精度：优于1％F.S ；
（2） 工业环境设计：防护等级 IP67；工作环境温度：－40～＋85℃ ；
（3） 无线数字化传感器网络通讯，有效通讯距离≥200m。
ISM 工作频段载波，无需申
请频点。
GFSK 窄带调制，同时采用了高效前向纠错信道编解码技术，提高低功耗
情况下数据通讯可靠性；
（4） 供电：内置 3.6V/19Ah 高能电池；采用休眠与间歇工作机制，30 分钟采集一幅功 图的使用频率，可工作12 个月左右；
（6） 远程无线维护；
（7） 与STR-11 型号RTU 配套实现全无线功图采集；
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（8） 适合于直径小于 40mm 光杆的抽油机井动态载荷测量。
开口式设计。
防脱螺栓安 全设计；
3.2手操器：PDA\PPC\MOBILE
1)操作系统：WINDOW MOBILE/WINCE
2)533MHZ以上
3)微型功图采集系统
3.3.智能无线接收RTU
本RTU通过无线通信的方式能够接收本公司的无线温度传感器、无线压力传感器、无线载荷位移一体化功图传感器、无线载荷传感器、无线角位移传感器的数据，并通过modbus通信协议输出给用户；
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通信频段：430MHz~450MHz；
无线通信距离：200米；
供电：9~30VDC，2W
工作环境温度：－40～＋85℃；
3.4.智能无线GPRS独立模块
该模块和RTU可以灵活组网。
3.5.数据库服务器及应用程序服务器
1) WIN2003以上等，Sqlserver 2005
2)功图计量及专家诊断后台
3）PDA等手操器与系统平台同步模块
4）底层通信模块
5）其它等
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