應(yīng)用電流測(cè)試數(shù)據(jù)與示功圖診斷抽油機(jī)井故障

于守水

【摘 要】電流資料是抽油機(jī)井日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)的組成部分之一，與產(chǎn)液量、含水率、示功圖等共同組成了用以鑒別抽油井生產(chǎn)運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)資料。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)電流與示功圖測(cè)試實(shí)例，分析了抽油桿漏失、斷脫、皮帶斷、井卡等情況下上、下行電流與示功圖的具體變化，指出實(shí)際操作中應(yīng)兩者結(jié)合判斷，綜合考慮，才能準(zhǔn)確診斷油井工況。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī)；電流；示功圖；故障診斷

抽油機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，上、下行電流及示功圖測(cè)試中發(fā)現(xiàn)抽油井工況變化較大，因此是最明顯、最快捷的動(dòng)態(tài)參數(shù)。通過(guò)分析電流和示功圖，可了解抽油機(jī)負(fù)荷的變化、泵的工作狀況，各項(xiàng)參數(shù)配合是否合理，是否受到砂、蠟、氣、水的影響，油層供液能力是否充足，抽油桿工作是否正常等。由電流和示功圖及時(shí)診斷分析抽油井工作狀況，從而及時(shí)調(diào)整油井工作制度。

一、抽油機(jī)電流與示功圖變化特點(diǎn)

在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)所轄區(qū)塊油井動(dòng)態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，總結(jié)、歸納出抽油機(jī)上、下行電流、示功圖的變化規(guī)律，經(jīng)驗(yàn)證，利用這些動(dòng)態(tài)參數(shù)判斷油井工況取得了良好的效果。

示功圖是由載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。表示懸點(diǎn)載荷與位移關(guān)系的示功圖稱為地面示功圖或光桿示功圖。目前功圖求產(chǎn)方法主要有求取泵有效沖程法、理論排量迭代法、作功法等三種。理論上比較成熟，可是每種單一方法在對(duì)推導(dǎo)泵功圖的方程求解過(guò)程中，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理，計(jì)算過(guò)程中的摩擦阻力系數(shù)等的計(jì)算，相關(guān)參數(shù)如：原油密度，粘度，溫度，各級(jí)桿徑，流速等比較多，要求資料準(zhǔn)確性較高。

圖中a點(diǎn)表示上沖程的起始點(diǎn)。由于油管未錨定，因此在液柱重量由油管轉(zhuǎn)移到抽油泵柱塞的過(guò)程中，油管會(huì)恢復(fù)其彈性變形，隨著載荷的轉(zhuǎn)移而逐漸縮短。該過(guò)程表現(xiàn)在泵功圖上為斜的線段ab。當(dāng)液柱載荷完全轉(zhuǎn)移到桿柱上時(shí)，游動(dòng)閥完全關(guān)閉，固定閥開(kāi)啟。對(duì)應(yīng)于泵功圖上的b點(diǎn)。另一方面，在液柱載荷轉(zhuǎn)移的同時(shí)，桿柱由于受載要產(chǎn)生靜變形。當(dāng)液柱完全轉(zhuǎn)移到抽油桿柱上時(shí)，靜變形達(dá)到最大值。此時(shí)，懸點(diǎn)所受的載荷為靜液柱重WO加上桿柱載油液中的浮重，對(duì)應(yīng)于地面功圖上的B點(diǎn)。

二、應(yīng)用電流測(cè)試數(shù)據(jù)與示功圖診斷實(shí)例

1.抽油機(jī)泵漏失判斷

（1）泵漏原因分析：

抽油泵正常生產(chǎn)時(shí)，上沖程，抽油桿帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞上游動(dòng)凡爾在油管內(nèi)液柱作用下而關(guān)閉，并排出活塞沖程一段液體。與此同時(shí)，泵筒內(nèi)壓力下降，在環(huán)形空間的液柱壓力作用下，固定凡爾打開(kāi)，井內(nèi)液體進(jìn)入泵內(nèi)，占據(jù)活塞所讓出的空間；下沖程，抽油桿帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng).泵筒液柱受壓縮，壓力增加，當(dāng)此壓力等于環(huán)空液柱壓力時(shí)，固定凡爾靠自重而關(guān)閉?；钊^續(xù)下行，泵內(nèi)壓力升高，當(dāng)泵內(nèi)壓力超過(guò)油管內(nèi)液柱壓力時(shí)，泵內(nèi)液柱即頂開(kāi)游動(dòng)凡爾，并將載荷轉(zhuǎn)移到油管內(nèi)。

泵漏失有三種情況：

1）球座是否刺損或球磨損。

2）凡爾球有雜物或其它硬物墊住，使球與球座密封不嚴(yán).

3）由于結(jié)蠟影響，使凡爾不工作。

第一種情況只能通過(guò)作業(yè)處理，第二、三種情況可以通過(guò)熱洗處理.處理不好只能作業(yè)處理。處理和預(yù)防泵漏失對(duì)兩率的貢獻(xiàn)極大，在每年的檢泵作業(yè)井，也都存在著起出桿管泵無(wú)異常，說(shuō)明在異常井診斷上有失誤，存在處理方法不到位情況。只有診斷準(zhǔn)確，才能為下步處理提供指導(dǎo)方法，因此提高異常井診斷的準(zhǔn)確率，對(duì)降低兩率起著相當(dāng)重要的作用，尤其是對(duì)泵漏失井的處理。

（2）利用功圖判斷漏失類(lèi)型

由于抽油泵工作環(huán)境十分惡劣，機(jī)械磨損或井下液體的腐蝕都會(huì)導(dǎo)致抽油泵漏失、失靈等故障，泵漏失可分為游動(dòng)凡爾漏失、固定凡爾漏失、雙凡爾漏失。

（1）游動(dòng)凡爾漏?，F(xiàn)象：量油產(chǎn)量下降、示功圖增載緩慢、液面上升、上電流比正常時(shí)小，下電流正常，憋壓時(shí)上沖程壓力上升緩慢。將驢頭停在上死點(diǎn)穩(wěn)壓，游動(dòng)凡爾漏失穩(wěn)不住。

（2）固定凡爾漏?，F(xiàn)象：量油產(chǎn)量下降、示功圖卸載緩慢、液面上升、上電流正常，下電流正常，憋壓時(shí)上沖程壓力上升，下沖程壓力下降，壓力憋得越高，上下沖程壓力變化越大，將驢頭停在下死點(diǎn)穩(wěn)壓，固定凡爾漏失穩(wěn)不住。

（3）雙凡爾漏?，F(xiàn)象：量油產(chǎn)量下降，液面上升，增載卸載都很緩慢，圖形圓滑，漏失嚴(yán)重時(shí)的功圖與斷脫功圖相似，憋泵壓力上升，穩(wěn)壓穩(wěn)不住。

2.抽油桿斷脫

2017年9月發(fā)現(xiàn)某井上、下行電流、示功圖有明顯改變，從曲線看上行電流突然下降，行電流突然上升，又查看示功圖，發(fā)現(xiàn)示功圖載荷明顯減小，圖形變窄，說(shuō)明抽油井的井下負(fù)荷突然減小，從參數(shù)和圖形分析該異常為斷脫，經(jīng)過(guò)與巡井工人聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)查看證實(shí)為抽油桿斷脫。原因分析采油井正常生產(chǎn)時(shí)懸點(diǎn)的最大載荷主要由兩個(gè)方面構(gòu)成。一個(gè)是抽油桿自身重量，另一個(gè)是液體重量，當(dāng)抽油桿斷脫后，懸點(diǎn)的載荷只有斷點(diǎn)以上剩余桿的自重，當(dāng)然要比原來(lái)小，只是由于抽油桿與井筒中液體摩擦力的作用，才使上下載荷線不重合，摩擦力大上下載荷線之問(wèn)的差就相對(duì)大一些，反之就小一些。當(dāng)抽油桿上行程時(shí)，由于井下一端負(fù)荷小，靠平衡塊就能將驢頭拉起，電機(jī)做功小，因此電流下降，下行時(shí)，由于井下負(fù)荷小，平衡塊要靠電機(jī)做功才能將它舉升上去，電機(jī)做功大，所以電流上升。斷脫的部位越靠上，抽抽桿上部越輕，上行電流下降越多。

3.井卡

2012年4月發(fā)現(xiàn)某井上、下行電流突然升高，又查看示功圖，發(fā)現(xiàn)功圖明顯改變，從參數(shù)和圖形分析該異常為井卡，經(jīng)與巡井人員取得聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)查看核實(shí)為井卡。分析井卡后柱塞在泵筒無(wú)法移動(dòng)只有抽油桿的伸縮變形，上沖程中懸點(diǎn)載荷先是緩慢增加，將被壓縮而彎曲的抽油桿柱拉直，到達(dá)卡死點(diǎn)位置后，抽油桿柱因受拉而仲長(zhǎng)，懸點(diǎn)載荷大幅度增加，下沖程中先是恢復(fù)彈性變形，到卡死點(diǎn)后抽油桿柱被壓縮而發(fā)生彎曲，所以在卡死點(diǎn)的前后段示功圖會(huì)有兩個(gè)斜率段，由于柱塞被卡，導(dǎo)致抽油泵不能抽出液體。

4.皮帶斷

2018年1月發(fā)現(xiàn)某井上、下行電流明顯下降，從曲線上看，該井電流突然下降，與此同時(shí)溫度也隨之下降，分析認(rèn)為該異常為皮帶斷或油井偷停，經(jīng)計(jì)量站巡井人員現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證異常為皮帶斷。

原因分析：當(dāng)抽油機(jī)皮帶斷后，電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，抽油泵停止工作，做功減少，因此電流下降，由于沒(méi)有液體采出，溫度也隨之下降，抽油井停井與皮帶斷特征相近，這些只是地面故障，不會(huì)影響示功圖的變化。

三、幾點(diǎn)結(jié)論

（1）通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油井電流、載荷、示功圖等參數(shù)變化，可及時(shí)判斷油井生產(chǎn)情況，排除故障，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

（2）在電流互感器發(fā)生損壞時(shí)，電機(jī)電流變化可造成假異?，F(xiàn)象，因此，要及時(shí)排除類(lèi)似故障。

（3）當(dāng)抽油井的電流、示功圖發(fā)生改變時(shí)，井下工況很可能發(fā)生了異常，單獨(dú)應(yīng)用上、下行電流或示功圖判斷抽油井工況還具有局限性，應(yīng)綜合其它參數(shù)變化進(jìn)行綜合判斷，才能使故障診斷更準(zhǔn)確。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王鴻勛，張琪.采油工藝原理.北京：石油工業(yè)出版社.