绘制并解释理论示功图
示功图(1)
7、计算抽油机悬点（驴头）最大、最小载荷
• 抽油机在抽汲中悬点除抽油杆和液柱重量，还有惯性载荷、振动载荷、摩檫载 荷等，同时井下沉没压力井口回压对悬点载荷也有影响，要准确计算悬点载荷 是比较困难的。一般按以下简便公式计算： • 最大载荷： PI最大＝P′液＋P杆（b＋Sn2/1440） PI最小＝P杆（b－Sn2/1440） (只考虑液柱和抽油杆重量及抽油杆惯性载荷) • 最小载荷： PII最大＝(P′液＋P杆)（1＋Sn2/1790） PII最小＝P杆（b－Sn2/1790） （考虑液柱的惯性载荷）具体选用应与实测结果对比后确定。 式中：P′液――作用在活塞整个截面积上的液柱重量（千克）； P杆――抽油杆在空气中的重量（千克）； b---------抽油杆柱在液体中减轻重量系数；b＝（1－r液/r钢）r钢为钢的相对密度；r液 为抽汲液体的相对密度；式中P′液＝Fr液L r液――抽汲液重度（N/m3） L―――下泵深度（m） F―――活塞截面积（m2） • 如果沉没压力与井口的回压的差别很大，需要考虑时则： P′液＝F（r液L折液＋P回） L折液――折算动液面深度（套压等于零时，为实测深度）； P回――井口回压（Pa）
实测示功图分析与典型示功图特征 （规律）
实测示功图的特征
• 示功图的特征： 任何事物都有其一定的规律和特殊性 可循，示功图也不列外，测试仪器在正常的情况下其测 出的同一类问题的不同油井的图形形状都是基本相似的。 不相似也只是载荷的大小与图形大小而已，是有它的规 律可循的，这就是所谓的典型示功图，因为深井泵出现 同一类问题的本身它都超越不出泵必然发生的工况范围， 这一共性是产生图形相似的必然结果。因此基于这一点 为了加深判断分析将其编成“口诀”的形式以便加深记 忆和理解。
绘制并解释理论示功图
P
B’ P’液 A
λ B
S活 C
P’杆
D S活 S光
D’ λ
0
S
例题：
某井采用Φ62mm的油管为（f管为 11.9cm2）,Φ19mm的抽油杆(f 杆为 2.85cm 2），泵径为38mm，下泵深度 800m，冲程1.5m，原油密度860kg/m3， 力比为810N/mm ，减程比为1:30，绘制 出该井的理论示功图。负 荷 Nhomakorabea(
P
0
S
(
)
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 解： 查表知：q'杆=2.05kg/m=20.09N/m； q'液=0.97kg/m=9.506N/m， 则：P'杆＝ q'杆L＝20.09*800=16072N P'液＝ q'液（L－H沉） ≈q'液L ＝9.506*800 ＝7604.8N
理论示功图的绘制
理论示功图的概念
是在理想的状况下， 是在理想的状况下，只考虑驴头所 承受的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， 弹性变形，而不考虑其它因素影响，所 绘制的示功图。 绘制的示功图。
一、理论示功图的解释
当液体载荷全部传递到悬点之后（即抽油杆和油 AB线称加载线，表示悬点上行时，游动凡尔关闭, B’B相当于活塞与泵筒发生相对位移之前，悬点上 当卸载完毕后（D点），活塞与泵筒发生相对位移。 CD线称卸载线，表示下冲程开始后，固定凡尔关 管的弹性变形结束后的B点）加载完毕。悬点以不 液柱载荷由活塞传递到悬点的过程， 行的距离（ B’B ＝λ）， 悬点以不变的载荷P小至下死点A。 闭，液体载荷由悬点转移到油管上的过程。 变的载荷P大上行到上死点C，BC＝S活。
示功图分析
特征分析理论示功图—(动 静载＋弹性变形 示功图 特征分析理论示功图 动、静载＋弹性变形)示功图
这个图形是一般常见的地面示功图。 这个图形是一般常见的地面示功图。实际生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， 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， 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、 点偏高 下冲程时c、 点偏低 点偏高， 点偏低， 是动载荷影响的值。 冲程时 、b点偏高，下冲程时 、d点偏低，P1 和P2是动载荷影响的值。 是动载荷影响的值
理论示功图
从图中我们可以看出，A点为下死点，B点为上死点，斜线AB表示光杆负荷增 加的增载线，斜线CD表示光杆负荷减小的卸载线。
理论示功图特征分析— 理论示功图特征分析—无弹性形变的示功图
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 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， ，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， 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，如图所示该理论示功图的特征： 功图中应该是长方形的，如图所示该理论示功图的特征：ab//cd， ， bc//da。一般抽油井井深浅、小泵径、粗抽油杆及小冲数抽油条件下 。一般抽油井井深浅、小泵径、 生产时，有可能出现类似的水平、长方形的实测示功图。 生产时，有可能出现类似的水平、长方形的实测示功图。
示功图分析专题
授课目的
示功图分析
图1
图2
图中的二条虚线，是分析用的最大和最小理论载荷 线。图1为稀油井的泵正常工作的示功图。图2为稠油 井的泵正常工作的示功图。此图形的特点是：上载荷 线高于最大理论载荷线，下载荷线低于最小理论载荷 线，四个角比较园滑。
二、供液能力差的示功图
B1 WL
λ
Sp
B C
λ
A Wr D D1
Sp
S
这样，在静载荷作用下悬点理论示功图为平行四边形ABCD。曲线所圈 闭面积的大小表示泵做功的多少。ABC为上冲程的静载荷变化线，AB为加 载线，在加载过程中游动凡尔和固定凡尔同时处于关闭状态；在B点以后加 载完毕，变形也就结束，活塞与泵筒开始发生相对位移，同时固定凡尔打开， 液体进入泵筒并充满活塞所让出的泵筒空间。BC是吸入过程（活塞冲程用 Sp表示），BC＝Sp，在此过程中游动凡尔一直处在关闭状态。CDA为下冲 程静载荷变化线。CD为卸载线，在卸载过程中，游动凡尔和固定凡尔同时 处于关闭状态，在D点以后，卸载完毕；变形结束时，活塞开始与泵筒发生 向下的相对位移，游动凡尔被顶开而开始排液。DA＝Sp为排出过程，在排 出过程中，固定凡尔一直处于关闭状态。
2007年3月
内容提要
一、抽油泵的工作原理 二、理论示功图绘制
三、典型示功图分析
一、抽油泵的工作原理 二、理论示功图绘制
三、典型示功图分析
抽油泵分类
管式泵
1、油管
2、锁紧卡
杆式泵
1、油管
2、锁紧卡
3、活塞
4、游动凡尔 5、工作筒 6、固定凡尔
3、活塞
4、游动凡尔 5、工作筒 6、固定凡尔
泵的工作原理
套管 油管 抽油杆
示功图-分析
示 功 图 分 析 专 题通过理论示功图、典型示功图的学习，能够判断实测示功图，以了解油层的生产能力和设备的工作状况，从而进一步制定合理的技术措施。
一、理论示功图的绘制与解释 理论示功图：是认为抽油泵不受任何外界因素影响，泵能够完全充满，光杆仅承受静载荷不考虑惯性力时所绘制的示功图。
从图中我们可以看出，A 点为下死点，B 点为上死点，斜线AB 表示光杆负荷增加的增载线，斜线CD 表示光杆负荷减小的卸载线。
二、典型示功图分析所谓典型示功图是指某一因素十分明显，其示功图形状代表了该因素影响下的基本特征，因此典型示功图分析是示功图分析的基础。
1、泵工作正常的示功图（图1）：这类示功图与理论示功图差异不大，为一近似的平行四边形，除了抽油设备的轻微振动引起一些微小波纹外，其它因素的影响不明显。
图1 图2 2、惯性载荷影响较大的示功图（图2） ：由于下泵深度，光杆负荷大，抽汲速度快等原因在抽油过程中产生较大的惯性载荷，在上冲程时，因惯性力向下，悬点载荷受惯性影响较大，上死点A 上升到A ＇，AA ＇即是惯性力的影响增加的悬点载荷，直到B ＇点才增载完毕，在下冲程时，因惯性力向上使悬点载荷减少，下死点由C 降低到C ＇，直到D ＇才卸载完毕，这样一来使整个示功图较理论示功图沿顺时针方向偏转于一个角度，活塞冲程由S 活增大到S 活＇。
3、气体影响的示功图（图3）：由于在下冲程未余隙内还残存一定数量的气体，上冲程开始后，泵内压力因气体膨胀而不能很快降低，使固定凡尔滞后打开，卸载变慢，示功图右下角呈“刀把形”。
泵余隙越大，气量越多“刀把”越明显。
图3 图44、充不满泵筒的示功图（图4）：沉没度太小，供液不足，液体不能充满泵筒。
其特点是下冲程中悬点载荷不能立即变小，只有当活塞接触到液面时才迅速卸载，所以卸载线较气体影响的卸载线陡而直。
5、间隙漏失（图5）：排出部分漏失的示功图：上冲程时泵内压力降低，活塞两端产生压差使活塞上央的液体经排出部分不严密的地方漏到活塞下部的工作筒内，由于漏失到活塞下部的液体向上的顶托，悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢，直到活塞上行速度大于漏失速度时悬点载荷才达到最大。
示功图
吸入部分和排出部分都漏失时的示功图
排出部分和吸入部分同时漏失时的理论示功图
排出部分和吸入部分同时漏失
吸入部分和排出部分都漏失时的示功图
广9-7
广12-2
供液能力差对示功图的影响
广平8 (2007.7.5)
供液能力差时的理论示功图 广2-8 (2007.1.22)
供液能力差对示功图的影响
周16平1
11月15日 液面1568m, 分析为管漏
油管断对示功图的影响
起压0.2MPA--15个冲程-0.2MPA 液25-0吨，沉没度41905米 起出第83根φ62mm油管 脱扣，共有2根油管扣坏， 20根杆体偏磨，另有10 根接箍偏磨；
油管断对示功图的影响
该井抽蹩20冲 程,0.4MPa不变 产量0，沉没度井口 第54根油管公扣断
λ = λ1 + λ 2 =
(
一、理论示功图的绘制和解释
当采用二级抽油杆柱时： 当采用二级抽油杆柱时：
P杆=q杆1L1+q杆2L2
p液 L1 L L λ＝ ( + 2 + ) E f 杆1 f杆 2 f管
当采用二级油管柱时： 当采用二级油管柱时：
p液 L L管1 L管2 λ＝ ( + + ) E L杆 f管1 f管2
一、理论示功图的绘制和解释
S光——光杆冲程，米； S活——活塞行程，米； P杆——抽油杆柱在井液体中的重量，
公斤；
P液——活塞以上的液柱重量，公斤； P静= P杆+P液——光杆承受的最大静
负荷，公斤；
λ1——抽油杆伸缩长度，米； λ2——油管伸缩长度，米； λ=λ1+λ2——冲程损失，米。
二、典型与实测示功图的分析和解释
示功图(1)
• a——气体溶解系数，m3/(m3.MPa), • P沉——柱塞上行时的泵内压力，即泵的沉没
压力，MPa;(不考虑泵阀阻力）； • W——含水百分数。
有关名词解释
• 游动阀：装在抽油泵柱塞上随柱塞作往复运动可将泵内液体排出的单向球阀。 • 固定阀：随泵筒固定在油管柱上，井内流体可通过它进入泵内的单向阀。 • 阀罩：深井泵阀用于限制阀球运动范围的部件。 • 防冲踞：为防止深井泵工作过程中柱塞与固定阀发生碰撞，在下泵时将柱塞座于固定
统称。
• 惯性载荷：由于抽油杆柱和油管中的液柱随悬点作变速运动所产生的惯性力在悬点上 引起的载荷。
• 抽油杆柱的振动：在抽油过程中，液柱载荷周期性作用在抽油杆柱上引起抽油杆柱的 纵向振动。
• 抽油杆柱的固有频率：抽油过程中抽油杆柱自身振动的频率。其值等于钢中声速除以4 倍的杆柱长度。NO=C/4L
示功图的解释和绘制
• 什么叫示功图？理论示功图？ （1）、示功图：示功图是用动力仪测出能够反应出深井泵在上下一个冲程 中工作情况好坏的图形，其图上被封闭的面积表示深井泵在一次往复运动 中泵所作的功，所以叫示功图。 （2）、示功图：抽油机井示功图的纵坐标表示光杆载荷，横坐标为光杆位 移行程，柱塞在上下一个冲程中动力仪相应画出一个载荷与光杆位移的函 数关系曲线，即示功图。可概括的认为是单位时间内深井泵活塞所作的功， 即排液的多少。
• 光杆功率：抽油机光杆提升井液和克服井下损耗所需的功率。 • 有效功率：用于有效举升井液体的功率，其值等于抽油井的产液量与有效举升高度的
乘积。 • 地面抽油装置效率：光杆功率与抽油装置电机输入功率比值的百分数。 • 抽油井系统效率：举升液体的有效功率与抽油机电机输入功率比值的百分数。 • 抽油参数优选：根据油井流入动态（IPR）和设备能力，确定合理的下泵深度、泵径、
示功图的绘制与分析
示功图的绘制与分析摘要:截止到09年底～大港油田采油五厂共有生产井536口～其中电泵井33口～占6.16%～螺杆泵井44口～占8.21%～自喷井18口～占3.36%～抽油机井441口～占82.3%。
从这些数据就可能看出～抽油机井采油是我们油田目前应用最广泛的一种机械采油方式。
油田生产往往是在野外进行～地理位置分散～自然环境恶劣～井下工况复杂～造成抽油机井的故障诊断不及时和故障处理不及时～严重影响油田的产量和经济效益。
因此～抽油机的故障诊断一直是油田生产领域的一个难题。
及时分析抽油机工况～给出可靠边的故障诊断结果和建议～对提高油田生产效率和经济效益有着及其重要的意义。
抽油泵是抽油机井的重要组成之一～其工作状况的好坏～将直接影响到抽油井系统效率的高低。
为此～我们做为采油工～就需要经常对其进行分析～以便采取相应的措施～以保证泵正常工作。
但由于抽油泵的工作环境在井下～它的工作状态咱们是看不到的～同时～它在工作中还会受到制造质量～安装质量、砂、蜡、水、气、稠油等多种因素的影响～为了了解泵真实的工作情况～我们可以通过悬点载荷的变化对其进行分析～最常用的方法是通过动力仪将泵的工作过程变换成曲线记录下来～正好可以形成一个封闭的图形～这个图形我们就叫它为示功图。
关键词:示功图抽油机广泛分析工作环境因素图形主义抽油机井示功图是描绘抽油机井驴头悬点载荷与光杆位移的关系曲线,是解释抽油泵抽吸状况最有效的手段。
主要包括示功图的相关知识、理论示功图的绘制及典型示功图的分析三个部分，此次课程的主要目的是使学习者能够掌握理论示功图绘制方法，并通过典型示功图的特征对其进行正确的判断，为分析抽油泵的抽吸状况提供参考依据。
首先，我们先来看第一部分示功图的相关知识。
换句话说，咱们分析示功图最终目的是为了了解抽油泵的抽吸状况，那么无论是在绘制也好，分析示功图也好，我们首先必须了解抽油泵是如何工作的,我们先来看一下什么是抽油泵,抽油泵也称深井泵，它是有杆泵机械采油的一种专用设备。
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D’
19.8
o
S
50
第四步：求出冲程损失在图上的长度，并画出 理论示功图。
λ=P'液L/E (1/ f杆+1/ f管) = 7604.8*800/2.1*107(1/2.85+1/11.9) =0.126m =126mm
冲程损失在图上的长度B'B=126/30=4.2mm
P 4λ.2
S活
B’
B
C
P'杆＝ q'杆L P '液＝ q '液（L－H沉）=q液L
P’杆—抽油杆柱在井内液体中的重量，牛顿；P’液—活塞以 上液柱重量，牛顿；q’杆—每米抽油杆在液体中的重量，牛 顿/米； q’液—活塞以上每米液柱重量，牛顿/米；H沉—沉 没度，米。 L—抽油杆长度，米 （现场常用泵挂深度代 替）。
P
B’ P’液
第三步：计算光杆负荷上在纵坐标上的长度
下冲程：OA＝ P'杆/力比＝16072/810=19.8mm 上冲程：OB’= （P'液+P'杆)/力比
＝（7604.8＋ 16072 ）/810 ＝ 9.4＋19.8 ＝29.2mm
光杆冲程在图上的长度为AD' =1500/30=50mm
P
B’
C
9.4
A
已知： f管＝11.9cm2 ， f 杆＝2.85cm 2， 泵径为38mm，L=800m，S光=1.5m， ρ油＝860kg/m3 ， E=2.1*107N/cm2， 力比：810N/mm，减程比为：1:30。
第一步：作直角坐标系，以实测图的基线为横坐标表 示冲程；通过实测图的最左端坐纵坐标，表示光杆上 的负荷。
Pλ
S活
B’
B
C
P二、理论示功图的绘制方法
1、以实测图的基线为横坐标表示冲程；通过实测图的 最左端坐纵坐标，表示光杆上的负荷。
负P
荷
()
0
S (冲程)
2、根据该井的抽汲参数，求出P’杆、P’液。然后根据 P’杆、P’液实测时支点的力比(驴头负荷/驴头负荷在图上的长 度)，计算出P’杆和P’液在图上的位置。分别以P’杆、P’液为高 作横坐标的平行线，使B’C=AD’=S光，最左端到最右端的长度 为S光（减程比＝冲程在图上的长度/光杆实际冲程）。
2.30
2.06
2.05 2.04
7/8
22
3.80
3.07
2.75
2.73 2.72
1
25
4.91
4.17
3.74
3.71 3.70
各种泵径在不同原油相对密度的液柱重量
抽油泵直径 mm
活塞以上每米液柱重量，kg/m
在相对密度 在相对密度 在相对密度 0.80的原油中 0.86的原油中 0.90的原油中
P’杆 A
0
S光
C
D’
S
3、求出λ及其在示功图上的长度（根据减程比来 画）。 在图上画出AB线和CD线，则平行四边形ABCD即 为绘制的理论示功图。
λ= λ1+ λ2= P '液L/Ef杆+ P '液L/Ef管 = P '液L/E (1/ f杆+1/ f管)
λ—冲程损失，米； λ1 —抽油杆伸缩长度， 米；λ2 —油管柱伸缩长度，米； E —弹性系数， 2.1×1011牛/米； f杆—抽油杆截面积，平方米； f管—油管环形截面积，平方米。
9.4
A 19.8
D’
D 4λ.2
o
S
S活
50
抽油杆在空气和不同相对密度原油中的重度
公称直径 直径
mm
mm
5/8
16
截面积 cm2
2.00
在空气中
1.64
抽油杆密度,kg/m
在相对密度 在相对密度
0.8的原油
0.86的原油 中
中
在相对密 度0.9的 原油中
1.47
1.46 1.45
3/4
19
2.85
28
0.49
0.53
0.56
32
0.64
0.69
0.72
38
0.91
0.97
1.02
44
1.22
1.31
1.37
56
1.97
2.12
2.22
70
3.08
3.31
3.46
理论示功图的绘制
理论示功图的概念
是在理想的状况下，只考虑驴头所 承受的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 绘制的示功图。
一、理论示功图的解释
A液B行当管变当悬C闭B’DB的点柱液的卸线，线相载体弹载载 以称距液称当荷 载 性 完加荷 不离卸体于由 荷 变 毕P载变（载载活大线的活 全 形 后荷线上塞B，’塞 部 结 （载由，行B与表传 传 束荷D表悬到＝泵点示P递递后示点上λ筒小）悬到到的转下至死）发，点B悬悬冲移下点生，活点上点点程到死C相塞），行的之开油点对与加B时过后管始AC位泵载。＝，程（后上移筒完S游，即，的活之发毕。动抽固过前生。凡油定程，相悬尔杆凡。悬对点关和尔点位以闭油关上移不,。
Pλ
S活
B’
B
C
P’液
P’杆 A
0
D
D’
λ
S活
S
S光
例题：
某井采用Φ62mm的油管为（f管为 11.9cm2）,Φ19mm的抽油杆(f 杆为 2.85cm 2），泵径为38mm，下泵深度 800m，冲程1.5m，原油密度860kg/m3， 力比为810N/mm ，减程比为1:30，绘制 出该井的理论示功图。
负P
荷
()
0
S (冲程)
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
解： 查表知：q'杆=2.05kg/m=20.09N/m； q'液=0.97kg/m=9.506N/m，
则：P'杆＝ q'杆L＝20.09*800=16072N P'液＝ q'液（L－H沉） ≈q'液L ＝9.506*800 ＝7604.8N