應用電流測試數據與示功圖診斷抽油機井故障

于守水

【摘 要】電流資料是抽油機井日常生產數據的組成部分之一，與產液量、含水率、示功圖等共同組成了用以鑒別抽油井生產運行狀況的動態資料。本文結合現場抽油機電流與示功圖測試實例，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，指出實際操作中應兩者結合判斷，綜合考慮，才能準確診斷油井工況。

【關鍵詞】抽油機；電流；示功圖；故障診斷

抽油機生產過程中，上、下行電流及示功圖測試中發現抽油井工況變化較大，因此是最明顯、最快捷的動態參數。通過分析電流和示功圖，可了解抽油機負荷的變化、泵的工作狀況，各項參數配合是否合理，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診斷分析抽油井工作狀況，從而及時調整油井工作制度。

一、抽油機電流與示功圖變化特點

在生產過程中，通過所轄區塊油井動態參數的實時監測，總結、歸納出抽油機上、下行電流、示功圖的變化規律，經驗證，利用這些動態參數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系曲線所構成的封閉曲線圖。表示懸點載荷與位移關系的示功圖稱為地面示功圖或光桿示功圖。目前功圖求產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推導泵功圖的方程求解過程中，經過簡化處理，計算過程中的摩擦阻力系數等的計算，相關參數如：原油密度，粘度，溫度，各級桿徑，流速等比較多，要求資料準確性較高。

圖中a點表示上沖程的起始點。由于油管未錨定，因此在液柱重量由油管轉移到抽油泵柱塞的過程中，油管會恢復其彈性變形，隨著載荷的轉移而逐漸縮短。該過程表現在泵功圖上為斜的線段ab。當液柱載荷完全轉移到桿柱上時，游動閥完全關閉，固定閥開啟。對應于泵功圖上的b點。另一方面，在液柱載荷轉移的同時，桿柱由于受載要產生靜變形。當液柱完全轉移到抽油桿柱上時，靜變形達到最大值。此時，懸點所受的載荷為靜液柱重WO加上桿柱載油液中的浮重，對應于地面功圖上的B點。

二、應用電流測試數據與示功圖診斷實例

1.抽油機泵漏失判斷

（1）泵漏原因分析：

抽油泵正常生產時，上沖程，抽油桿帶動活塞向上運動，活塞上游動凡爾在油管內液柱作用下而關閉，并排出活塞沖程一段液體。與此同時，泵筒內壓力下降，在環形空間的液柱壓力作用下，固定凡爾打開，井內液體進入泵內，占據活塞所讓出的空間；下沖程，抽油桿帶動活塞向下運動.泵筒液柱受壓縮，壓力增加，當此壓力等于環空液柱壓力時，固定凡爾靠自重而關閉。活塞繼續下行，泵內壓力升高，當泵內壓力超過油管內液柱壓力時，泵內液柱即頂開游動凡爾，并將載荷轉移到油管內。

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.

3）由于結蠟影響，使凡爾不工作。

第一種情況只能通過作業處理，第二、三種情況可以通過熱洗處理.處理不好只能作業處理。處理和預防泵漏失對兩率的貢獻極大，在每年的檢泵作業井，也都存在著起出桿管泵無異常，說明在異常井診斷上有失誤，存在處理方法不到位情況。只有診斷準確，才能為下步處理提供指導方法，因此提高異常井診斷的準確率，對降低兩率起著相當重要的作用，尤其是對泵漏失井的處理。

（2）利用功圖判斷漏失類型

由于抽油泵工作環境十分惡劣，機械磨損或井下液體的腐蝕都會導致抽油泵漏失、失靈等故障，泵漏失可分為游動凡爾漏失、固定凡爾漏失、雙凡爾漏失。

（1）游動凡爾漏。現象：量油產量下降、示功圖增載緩慢、液面上升、上電流比正常時小，下電流正常，憋壓時上沖程壓力上升緩慢。將驢頭停在上死點穩壓，游動凡爾漏失穩不住。

（2）固定凡爾漏。現象：量油產量下降、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，將驢頭停在下死點穩壓，固定凡爾漏失穩不住。

（3）雙凡爾漏。現象：量油產量下降，液面上升，增載卸載都很緩慢，圖形圓滑，漏失嚴重時的功圖與斷脫功圖相似，憋泵壓力上升，穩壓穩不住。

2.抽油桿斷脫

2017年9月發現某井上、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，發現示功圖載荷明顯減小，圖形變窄，說明抽油井的井下負荷突然減小，從參數和圖形分析該異常為斷脫，經過與巡井工人聯系現場查看證實為抽油桿斷脫。原因分析采油井正常生產時懸點的最大載荷主要由兩個方面構成。一個是抽油桿自身重量，另一個是液體重量，當抽油桿斷脫后，懸點的載荷只有斷點以上剩余桿的自重，當然要比原來小，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的差就相對大一些，反之就小一些。當抽油桿上行程時，由于井下一端負荷小，靠平衡塊就能將驢頭拉起，電機做功小，因此電流下降，下行時，由于井下負荷小，平衡塊要靠電機做功才能將它舉升上去，電機做功大，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月發現某井上、下行電流突然升高，又查看示功圖，發現功圖明顯改變，從參數和圖形分析該異常為井卡，經與巡井人員取得聯系現場查看核實為井卡。分析井卡后柱塞在泵筒無法移動只有抽油桿的伸縮變形，上沖程中懸點載荷先是緩慢增加，將被壓縮而彎曲的抽油桿柱拉直，到達卡死點位置后，抽油桿柱因受拉而仲長，懸點載荷大幅度增加，下沖程中先是恢復彈性變形，到卡死點后抽油桿柱被壓縮而發生彎曲，所以在卡死點的前后段示功圖會有兩個斜率段，由于柱塞被卡，導致抽油泵不能抽出液體。

4.皮帶斷

2018年1月發現某井上、下行電流明顯下降，從曲線上看，該井電流突然下降，與此同時溫度也隨之下降，分析認為該異常為皮帶斷或油井偷停，經計量站巡井人員現場驗證異常為皮帶斷。

原因分析：當抽油機皮帶斷后，電機處于空轉狀態，抽油泵停止工作，做功減少，因此電流下降，由于沒有液體采出，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，不會影響示功圖的變化。

三、幾點結論

（1）通過遠程監測技術實時監測油井電流、載荷、示功圖等參數變化，可及時判斷油井生產情況，排除故障，實現節能降耗。

（2）在電流互感器發生損壞時，電機電流變化可造成假異常現象，因此，要及時排除類似故障。

（3）當抽油井的電流、示功圖發生改變時，井下工況很可能發生了異常，單獨應用上、下行電流或示功圖判斷抽油井工況還具有局限性，應綜合其它參數變化進行綜合判斷，才能使故障診斷更準確。

【參考文獻】

[1]王鴻勛，張琪.采油工藝原理.北京：石油工業出版社.