【正文】 載過程，游動(dòng)凡 爾和固定凡爾處于關(guān)閉 狀態(tài)；在 D點(diǎn)卸載完 畢，變形結(jié)束，柱塞與 泵筒發(fā)生向下相對(duì)位 移，游動(dòng)凡爾被頂開、 排出液體。 DA為排出過程，固定凡 爾處于關(guān)閉狀態(tài)。 40 人工舉升理論 圖 329 考慮慣性和振動(dòng)后的理論示功圖 S/2 41 人工舉升理論 (二 )典型示功圖分析 典型示功圖： 某一因素的影響十分明顯，其形 狀代表了該 因素影響下的基本特征的示功圖。 圖 330 有氣體影響的示功圖 ① 氣體影響示功圖 D D ? S ? ?g = AD? AD ? = 充滿系數(shù)： 氣鎖 42 起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。 人工舉升理論 ②充不滿影響的示功圖 充不滿現(xiàn)象： 地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。 圖 331 充不滿的示功圖 液擊現(xiàn)象： 泵充不滿生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引 43 人工舉升理論 ① 排出部分的漏失 圖 332 泵排出部分漏失 S pu = B ?C ? 柱塞的有效吸入行程： ? = B?C? / S 泵效： 44 人工舉升理論 ② 吸入部分漏失 圖 333 吸入凡爾漏失 S ped = D?A? 柱塞的有效吸入行程： ? = D?A? / S 泵效： 45 人工舉升理論 圖 334 吸入凡爾嚴(yán)重漏失 46 人工舉升理論 ③ 吸入部分和排出部分同時(shí)漏失 圖 335 吸入凡爾和排出凡爾同時(shí)漏失 47 人工舉升理論 柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時(shí)，在抽汲過程中柱塞無法 移動(dòng)而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。 圖 336 活塞卡在泵筒中部 48 人工舉升理論 在抽汲過程中，游動(dòng)閥和固定閥處于同時(shí)打開狀態(tài)，液 柱載荷基本加不到懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取 決于噴勢(shì)的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。 圖 337 噴勢(shì)強(qiáng)、油稀帶噴 圖 338 噴勢(shì)弱、油稠帶噴 49 hC b q r? g L = 位置取決于斷脫點(diǎn)的位置。 人工舉升理論 抽油桿柱的斷脫位置可 根據(jù)下式來估算： 圖 339 抽油桿斷脫 抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)以上的抽油桿 柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的 圖 342 管式泵活塞脫出工作筒 人工舉升理論 圖 340 出砂井 50 圖 343 防沖距過小活塞碰 固定凡爾的示功圖 圖 341 結(jié)蠟井 人工舉升理論 三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù) 抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)： 抽油井計(jì)算機(jī)診斷的內(nèi)容： ①計(jì)算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖； ②估算泵口壓力； ③判斷油井潛能； ④計(jì)算活塞沖程和泵效； ⑤檢驗(yàn)泵及油管錨的機(jī)械狀況； ⑥計(jì)算和繪制扭矩曲線，并進(jìn)行平衡和功率的計(jì)算與分析。 51 光桿示 功圖 數(shù)學(xué)模型 計(jì)算機(jī) 井下示 功圖 抽油設(shè) 備工況 52 抽油桿 抽油泵 井下動(dòng)態(tài)信 號(hào)的傳導(dǎo)線 信號(hào)發(fā)送器 力 波 設(shè)備工況 人工舉升理論 (一 )診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ) 示功儀 信號(hào)接收器 信號(hào)記錄 應(yīng) ? t ? x + ? (? n cos n? t + ? n sin n? t ) + ? (? n cos n? t + ? n sin n? t ) 53 ? U ( x , t ) ? t U ( x , t ) 2 2 2 ? ? 2 U ( x , t ) 2 ? c = a 人工舉升理論 應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動(dòng)方程描述： 用以截尾傅立葉級(jí)數(shù)表示的懸點(diǎn)動(dòng)負(fù)荷函數(shù) D(T)及光桿 位移函數(shù) U(t)作為邊界條件： n n =1 n n =1 D(t ) = U (t ) = ? o 2 ? 0 2 +0 D(t ) cos n? tdt +0 D(t ) sin n? tdt +0 U (t ) cos n? tdt +0 U (t ) sin n? tdt ? ? x + + ? (O ( x) cos n? t + P ( x) sin n? t ) 2EA 2 + ? ( 54 人工舉升理論 n = 0,1,2L n n = 1,2,L n n = 0,1,2,L n n = 1,2,L n ? T ? ? T ? ? T ? ? T ? ? n = ? n = ? n = ? n = 用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度 x 斷面的位移隨 時(shí)間的變化： n n n r n =1 0 0 U ( x, t ) = 根據(jù)虎克定律： ?U ( x, t ) ?x F ( x, t ) = EAr 抽油桿柱任意深度斷面上的動(dòng)負(fù)荷函數(shù)隨時(shí)間的變化為： sin n? t )] ?Pn ( x) ?x ? 0 2EAr ?On ( x) ?x cos n? t + F ( x, t ) = EAr [ n n =1 + ? ( 1 + 1 + ( ) ? 1 + 1 + ( ) 2 (? + ? EAr n n ) 55 , 2 2 C 2 n? C n? n? a 2 n? a 2 ? n ? n ? ? n? n EAr (? n + ? n ) ?n = ? n? n + ? n ? n 2 2 K n = ? n = ? n = 人工舉升理論 抽油桿柱任意深度斷面上的動(dòng)負(fù)荷函數(shù)隨時(shí)間的變化為： sin n? t )] ?Pn ( x) ?x ? 0 2 EAr ?On ( x) ?x cos n? t + F ( x, t ) = EAr [ n n =1 式中： On ( x) = ( K n ch? n x + ? n sh? n x) sin ? n x + (?n sh? n x + ? n ch? n x) cos? n x Pn ( x) = ( K n sh? n x + ? n ch? n x) cos? n x ? (?n ch? n x +? n sh? n x) sin ? n x 56 人工舉升理論 抽油桿柱系統(tǒng)的阻尼力： 粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。 粘滯阻尼力： (1) 桿、接箍與液 體之間的粘滯摩擦力； 非粘滯阻尼力： (1) 桿、接箍與油管 之間的非粘滯性摩擦力； 阻尼系數(shù)確定 (2) 泵閥的流體壓力損失等。 (2) 光桿與盤根之間的摩擦力； (3) 泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。 2?? 1 4 ? r r ln m B2 m ?1 57 人工舉升理論 ]} L A ? a 2 ? L 1 a sin ? L a + cos { + ( B1 + 1)[ B1 + C = Dt Dr m = ?1 2 2lnm B1 = (m2 ?1)2 lnm B2 = m4 ?1? 真實(shí) 阻尼 每一個(gè)循環(huán)中系統(tǒng)消除等值阻尼力時(shí) 的能量與消除真實(shí)阻尼時(shí)的能量相同 等值 阻尼 58 人工舉升理論 (二 )診斷技術(shù)的應(yīng)用 3. 計(jì)算和分析抽油機(jī)扭矩、平衡及功率 59 人工舉升理論 (三 )診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r (1) Gibbs S (1966年） 主要特點(diǎn)： 考慮了抽油桿的慣性，而忽略了液柱的慣性； 目前計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 (2) Doty D R. amp。 Smith (1981年 ) 主要特點(diǎn)： 同時(shí)考慮了抽油桿和液柱的慣性。 (3) 余國安等三維振動(dòng)預(yù)測(cè)模型 (1989年 ) 主要特點(diǎn)： 同時(shí)考慮了桿、液、管的慣性與振動(dòng)。 (4) 示功圖識(shí)別技術(shù)的發(fā)展 人工智能 (AI)技術(shù)。 使用模式識(shí)別技術(shù)、專家系統(tǒng)及神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來判斷泵的工作狀況。 60 人工舉升理論 附錄 A： API RP 11L 方法 計(jì)算內(nèi)容： (1)柱塞沖程； (2)泵排量； (3)光桿最大載荷； (4)光桿最小載荷； (5)最大扭矩； (6)光桿馬力； (7)有效平衡值。 特點(diǎn)： (1) 經(jīng) API專家組推薦，于 1967年公開發(fā)表； (3) 由以無因次量表示的一系列圖表和簡(jiǎn)單計(jì)算公 式所組成； (2) 歸納和總結(jié)了電模擬研究成果； (4) 以公報(bào)形式發(fā)表了 1100多張以無因次量表示的模 擬示功圖，可用類比分析。 61 人工舉升理論 一、基本假設(shè) (1) 普通型游梁式抽油機(jī)； (2) 低滑差，即轉(zhuǎn)數(shù)隨負(fù)載變化很小的硬特性電動(dòng)機(jī)； (3) 模擬的是上粗下細(xì)的級(jí)次桿； (4) 泵完全充滿 (沒有氣體影響 )； (5) 井下摩擦正常； (6) 油管錨定； (7) 抽油機(jī)完全平衡，且傳動(dòng)效率為 100%； (8) 未考慮具體抽油機(jī)的幾何特性； (9) 計(jì)算最大扭矩時(shí)，認(rèn)為最大、最小載荷發(fā)生在曲 柄位于 75176。 和 285176。 處。 二、基本示功圖 最大載荷 人工舉升理論 考慮動(dòng)載的 示功圖 靜載示功圖 最小載荷 最大載荷系數(shù) 最小載荷系數(shù) 62 63 人工舉升理論 三、自學(xué)要求 (1) 基本示功圖上各符號(hào)的意義； (2) 桿、管彈性常數(shù)和彈簧常數(shù)的物理意義； (3) 五個(gè)無因次變量的物理意義； (4) 圖 352~圖 357的特征。 例如：圖 352和圖 353(p174~175