示功图理论Word格式文档下载.docx

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分析抽油泵工作状况常用地面实测示功图，即悬点载荷同悬点位移之间的关系曲线图，它实际上直

由于抽油井的情况较为复杂，在生产过程中，深井泵将受到制造质量、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，实测示功图的形状很不规则。

为了正确分析和解释示功图，常需要以理论示功图及典型示功图为基础，进而分析和解释实测示图。

一、理论示功图分析

图10-1T静载荷理论示功團

静载荷作用的理论示功图为一平行四边形，如图10-17

所示。

一一「为上冲程静载变化线，其中丄-为加载线。

加

生相对位移，固定阀开始打开液体进泵，故丄］为吸入过程，并且'

'

Z_J为卸载线。

卸载过程中，游动阀和固定阀均处于关闭状态,

此时活塞与泵筒开始发生相对位移，游动阀被顶开，泵开始排液,

故DA为排出过程，并且'

_'

2•惯性和振动载荷作用的理论示功图

结果因惯性载荷的影响使静载荷理论示

考虑惯性载荷的理论示功图是将惯性载荷叠加在静载荷上,功图被扭曲一个角度，并且变为不规则四边形」】L丄‘，如图10-18

由于抽油杆柱

当考虑振动载荷时，则将由抽油杆振动引起的悬点载荷叠加在四边形的振动发生在粘性液体中，为阻尼振动，因此振动载荷的影响将逐渐减弱。

另外，由于振动载荷的方向具有对称性，反映在示功图上的振动载荷也是按上、下冲程对称的。

3.气体影响下的理论示功图

由于气体很容易被压缩，表现在示功图上便是加载和卸载缓慢。

如图10-19所示，气体影响下示

功图的典型特征是呈现明显的“刀把”形在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气，上冲程开始后泵

内的压力因气体膨胀而不能很快降低，使吸入阀打开滞后（上点）、加载缓慢。

下冲程由于气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，排出阀打开滞后（匕'

■点），因此使得卸载变得缓

慢（-_）

4.漏失影响下的理论示功图

漏失的影响与漏失程度、运动过程以及抽汲速度有关。

即：

漏失越严重，对示功图影响越大；

漏失

排出部分漏失的影响只发生在上冲程，由于运动速度的影响，出现加载缓慢和提前卸载现象，如10

-20所示。

吸入部分漏失的影响只发生在下冲程，由于运动速度的变化，出现卸载缓慢和提前加载现象，

如图10-21

典型示功图分析

典型示功图是指某一因素影响十分明显，示功图的形状反映了该因素影响的基本特征。

尽管实际情

况很复杂，但总是存在一个最主要因素，因此可根据示功图判断泵的工作状况。

1）图10—22

图10—22正常示功图

图10-25充不满彩晌

图10-26排岀稠漏尖

图10-29吸入倒和排肥

稠同时漏尖

图10-30活塞遇卡

图10-31抽袖杆斷底

E10-33嗅势弱"

稍油带喷井

2）图10—23

3）图10—24为气体影响下的典型示功图。

图10—25为充不满影响的典型示功图。

二者的差别在

于：

当泵充不满时，下冲程中悬点不能立即卸载，只有当活塞遇到液面时才迅速卸载。

因此，充不满示功图的卸载线陡而直，并且有时因振动载荷的影响常出现波浪线。

4）图10—26和图10—27分别为排出阀漏失和吸入阀漏失的典型示功图。

图10—28为吸入阀严重

漏失的示功图。

图10—29为吸入阀和排出阀同时漏失的示功图

5）图10-30为活塞遇卡示功图。

由于在遇卡点上、下，抽油杆柱受拉伸长和受压缩短、弯曲，表

6）图10—31为抽油杆断脱的示功图。

因悬点载荷仅为剩余杆柱重量，载荷大大降低。

7）图10—32和图10—33为不同喷势及不同粘度的带喷井示功图。

三、抽油井计算机诊断技术

抽油井计算机诊断技术是将实测地面示功图利用数学的方法，借助于计算机求出抽油杆柱任一截面

上的载荷与位移，同时绘出井下抽油泵的示功图，以此判断并分析抽油泵乃致整个抽油设备的工作状况。

1.诊断技术的理论基础

把抽油杆柱作为一根井下动态的传导线，其下端的泵作用为发送器，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据处理，就可定量地推断泵的工作情况。

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

沪1/（兀t）?

8乜Ou）血（砒）

i-=a5—-C—-—

上"

（10-107）

式中；

，：

――抽油杆柱任一截面（、处）在任意时刻

阻尼系数。

师）导+乞（口■證+qsinn

（10-108）

2«

_i

（10-109）

由于式（10—107）中不包括重力项，所以动载荷函数；

「是采用悬点总载荷减去抽油杆柱重量后得

到的。

図）及%）中的傅立叶系数可分别由下述的公式求得。

口厂一

曲

4二一

%=—|^E/（/）cosw^

在上述边界条件下，在抽汲周期丄’内应用分离变量法可求得方程（10-107）的解，即抽油杆柱任意

根据虎克定律，

37晋，则任意深度，断面上的动载荷函数为

深度

.断面上的位移函数为

1/（扎0-%x+1°

+F[2（x）皿用加+吧（x）sinnai]

（10-110）

图10—34抽油泵的理谕示功图

正常示功图’6）油管未锚定，5）气律影响t

W）供硕不足：

＜e）#岀部分漏失；

（f）lR入部分漏笑

在•时刻，：

断面上的总载荷等于动载荷-1'

.'

■'

：

1加上：

断面以下的抽油杆柱的重量。

2•诊断技术的应用

把地面示功图数据用计算机进行数字处理后，由于消除了抽油杆柱的变形和粘滞阻力以及振动和惯

性的影响，将会得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下示功图，如图10—34

图10—34（a）表明理想情况下（油管锚定、无气体影响和漏失等）泵的示功图为一矩形，长边为活塞冲程，短边为液体载荷。

图10—34（b）为一平行四边形，由于其存在冲程损失，表明油管未锚定。

图10—34（c）为油管锚定，只有气体影响泵的理论示功图。

活塞的有效排出冲程为■'

?

，泵的

充满程度则为\U

图10—34（d）较气体影响的卸载线陡直，反映出供液不足。

图10—34（e）和⑴

当多种因素共同影响时，将会给正确地判断各个因素的影响程度带来一些困难，然而，用井下泵的

示功图仍比用地面光杆示功图判断要简单得多。

第九节有杆泵系统设计计算的APIRP11L方法

APIRP11L方法是美国有杆抽油研究公司在归纳和总结电模拟研究成果的基础上提出的，其特点是以无量纲量表示的一系列图表和简单的计算公式所组成。

一、基本假设

1）

2）

3）

4）泵完全充满（没有气体影响）

5）

6）

5）抽油机是完全平衡的，并且假定传动效率为100

8）

9）计算最大扭矩时，认为最大、最小载荷发生在曲柄位于

二、基本示功图

计算所采用的示功图如图10—35

川=0丹甩二粉+如甩二粉N“PP砒二冊+艸MP也二町-林式中

一一悬点最大载荷，N

相当于载荷,N

图10-35APT基本示功图

一m――悬点最小载荷，n

:

――相当于载荷'

了,N

\—r与上冲程最大动载荷之和,n\――下冲程最大动载荷,n

三、无量纲自变量

f

1）-,J.■'

i（或’），无量纲冲次。

它是冲次与抽油杆柱的固有频率之比。

其中，为单级抽

油杆柱固有振动频率，，'

一Jl"

；

J:

为多级抽油杆柱的固有振动频率，的值一

般在1〜1.2

2），无量纲液柱载荷。

由于等于冲程损失久，因此该无量纲自变量是冲程损失

"

-；

与冲程「的比值，又称为无量纲冲程损失。

J为抽油杆柱弹簧常数，「—丄卩二（抽油杆长

度一等于下泵深度■）

四、

无量纲因变量

匚｛…，用来计算光杆最大载荷的量纲

1的最大动载荷函数;

，用来计算光杆最小载荷的量纲

1的最大动载何；

上-f-，用来计算最大扭矩的量纲

1的扭矩；

4）

叫阻，用来计算光杆功率的量纲

1的载荷；

用来计算活塞冲程的量纲1

的活塞冲程。

五、

计算方法

应用API方法计算各有关参数的公式和方法见表10-3

表10-3API方法的计算公式与计算方法

计算参数

计算公式

量纲1的量的计算方法

图示

活塞冲程勺,旳

图10-36

泵的排量FD,新妝

最大载荷序甩,N

PPRL=+的/洱）工隔

0.1020.3*040.5

06

0105W20304050

■Fq.

4

/

—

一I

r

z

£

&

一

0.10.20.30.40.50.6N

05：

0.3：

图10-36S护与N]N；

的关系曲线

pi

AC

au-jIrx/x>

a.rr/v/jvq

02*

0.1：

ao.

is

21o

o

图10-38届感与N/N°

图10-392?

7«

乞与N/肌

4321098

劣2弓

-2

2

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