典型示功圖判定煤層氣有桿抽采故障類型

【摘要】煤層氣井下的生產狀況比較復雜，除了受井下因素影響外，還受到“機、桿、泵”的影響，更直接的是受到一直變化著的“砂、煤粉、氣、水”的影響，這樣導致出現故障后，解釋差錯率高，給及時分析井下工作狀況、掌握井下生產動態和組織下一步生產帶來了困難。本文通過典型示功圖對煤層氣有桿抽采故障進行判定，從而快速、有效的排除故障。

【關鍵詞】典型示功圖；煤層氣；有桿抽采；故障類型

作為一種新型綠色能源，煤層氣越來越受到人們的青睞，而煤層氣抽采一直是科學界一直討論的話題，根據抽采方式，大致可分為兩種方式：有桿抽采和無桿抽采，而現階段人們一直在用的是有桿抽采，如：游梁式抽采機、無游梁式抽采機。在有桿抽采中，井下的生產狀況比較復雜，除了受井下因素影響外，還受到“機、桿、泵”的影響，更直接的是受到一直變化著的“砂、煤粉、氣、水”的影響，這樣導致出現故障后，解釋差錯率高，給及時分析井下工作狀況、掌握井下生產動態和組織下一步生產帶來了困難。因此，需要研究一種辦法來解決以上問題，從而使煤層氣高效、安全、穩定地生產，而示功圖恰恰能夠解決以上問題，它是根據井下載荷隨位移的變化關系繪制出封閉的曲線圖，光桿示功圖是表示懸點載荷與位移關系的示功圖，在實際工作中以它作為分析深井工作狀況的主要依據。

因此，分析示功圖成了關鍵要點，既要全面了解井的生產情況、設備狀況和測試儀器的好壞程度，根據多方面的資料進行綜合分析，同時，又要善于從各種因數找出引起示功圖變化的主要因素，這樣才能快速判斷井下故障類型。

1、原理

煤層氣抽采是一個排水采氣的過程，通過泵的活塞在做往復運動，活塞在最低位置時，兩個凡爾之間有一余隙，此余隙內充滿了液體。當活塞下行快接近下死點時，固定凡爾關閉，游動凡爾打開。此時，活塞上下液體連通，光桿上只承受抽采桿在水中的重量；當活塞到達下死點開始上行的瞬間，游動凡爾立刻關閉，使活塞上下不連通。活塞要推動其上部的液柱往上移動，此時光桿承受抽油桿和活塞上液柱的重量。

示功圖是使用示功儀繪制出來的，示功儀上附帶傳感器，將傳感器固定在井上的光桿上，通過抽采機運動最少一個沖程，形成載荷和位移的關系圖，從而繪制出示功圖。理論示功圖是在五個假設條件之下，僅僅考慮了桿承受靜載荷時繪制出來的，所以圖形顯示為規則的平行四邊形。而實測示功圖是在砂、煤粉、水、氣和慣性載荷、震動載荷、沖擊載荷和摩擦阻力等因素的綜合影響下測出來的，除此之外，還要受到漏失、斷脫、碰泵、設備故障、儀器故障等的影響，因此實測示功圖比理論示功圖復雜的多，所以，我們要根據實測示功圖來判斷煤層氣抽采故障類型。

2、故障判定

泵正常工作時供液充足、泵的沉沒度大、泵閥基本不漏失，泵效高，游動閥爾和固定閥爾能夠及時開、閉，柱塞能夠迅速加載和卸載，見圖1。以下通過5種典型示功圖分析煤層氣有桿抽采故障類型：

2.1 振動影響：泵深超過800m時桿會發生有規律的振動，一般不會影響泵效，振動引起懸點載荷疊加在正常工作產生的曲線上 ，由于桿柱的振動為阻尼振動，所以出現逐漸減弱的波浪線，見圖2。

2.2 供液不足：供液不足為常見工況，當泵充滿系數小于0.6時，可以認為深井泵的工作制度不合理，泵的排出能力大于煤層的供液能力，造成沉沒度太小，液體充滿不了泵筒，見圖3。

2.3 抽油桿斷脫：抽采桿由于彈性疲勞，深井泵遇卡使桿柱超過拉伸屈服極限等原因而斷裂，見圖4。

2.4 卡泵：活塞因泵筒內沉砂、煤粉堆積或襯套受振動而錯位會使活塞被卡在泵筒的某一位置，見圖5。

2.5 上碰泵：防沖距過大，卡砂，減產，見圖6。

根據以上實測示功圖的分析，可以直觀的判斷出煤層氣抽采過程中故障類型，從而快速組織檢修，提高煤層氣抽采效率。

3、結語

示功圖分析故障在生產實際中取得了較好的經濟效益，可以準確判斷故障類型，得出井下實際情況，可對不同的井進行優化配置，快速組織檢修，節省人力物力，這對煤層氣井的日常管理和作業監督具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]吳偉，王瑋. 機械式有桿泵抽油井示功圖的識別[J]. 石油礦場機械，2007，04：16-18.

[2]劉益江，張學臣，李偉，孫汝儀. 抽油井示功圖綜合解釋[J]. 油氣田地面工程，2007，08：3-5.

作者簡介：鞠亞航（1988-），男，漢族，江蘇沛縣人，本科，助理工程師。研究方向：煤礦機械與煤層氣機械設計。