应用电流测试数据与示功图诊断抽油机井故障

于守水

【摘 要】电流资料是抽油机井日常生产数据的组成部分之一，与产液量、含水率、示功图等共同组成了用以鉴别抽油井生产运行状况的动态资料。本文结合现场抽油机电流与示功图测试实例，分析了抽油杆漏失、断脱、皮带断、井卡等情况下上、下行电流与示功图的具体变化，指出实际操作中应两者结合判断，综合考虑，才能准确诊断油井工况。

【关键词】抽油机；电流；示功图；故障诊断

抽油机生产过程中，上、下行电流及示功图测试中发现抽油井工况变化较大，因此是最明显、最快捷的动态参数。通过分析电流和示功图，可了解抽油机负荷的变化、泵的工作状况，各项参数配合是否合理，是否受到砂、蜡、气、水的影响，油层供液能力是否充足，抽油杆工作是否正常等。由电流和示功图及时诊断分析抽油井工作状况，从而及时调整油井工作制度。

一、抽油机电流与示功图变化特点

在生产过程中，通过所辖区块油井动态参数的实时监测，总结、归纳出抽油机上、下行电流、示功图的变化规律，经验证，利用这些动态参数判断油井工况取得了良好的效果。

示功图是由载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。表示悬点载荷与位移关系的示功图称为地面示功图或光杆示功图。目前功图求产方法主要有求取泵有效冲程法、理论排量迭代法、作功法等三种。理论上比较成熟，可是每种单一方法在对推导泵功图的方程求解过程中，经过简化处理，计算过程中的摩擦阻力系数等的计算，相关参数如：原油密度，粘度，温度，各级杆径，流速等比较多，要求资料准确性较高。

图中a点表示上冲程的起始点。由于油管未锚定，因此在液柱重量由油管转移到抽油泵柱塞的过程中，油管会恢复其弹性变形，随着载荷的转移而逐渐缩短。该过程表现在泵功图上为斜的线段ab。当液柱载荷完全转移到杆柱上时，游动阀完全关闭，固定阀开启。对应于泵功图上的b点。另一方面，在液柱载荷转移的同时，杆柱由于受载要产生静变形。当液柱完全转移到抽油杆柱上时，静变形达到最大值。此时，悬点所受的载荷为静液柱重WO加上杆柱载油液中的浮重，对应于地面功图上的B点。

二、应用电流测试数据与示功图诊断实例

1.抽油机泵漏失判断

（1）泵漏原因分析：

抽油泵正常生产时，上沖程，抽油杆带动活塞向上运动，活塞上游动凡尔在油管内液柱作用下而关闭，并排出活塞冲程一段液体。与此同时，泵筒内压力下降，在环形空间的液柱压力作用下，固定凡尔打开，井内液体进入泵内，占据活塞所让出的空间；下冲程，抽油杆带动活塞向下运动.泵筒液柱受压缩，压力增加，当此压力等于环空液柱压力时，固定凡尔靠自重而关闭。活塞继续下行，泵内压力升高，当泵内压力超过油管内液柱压力时，泵内液柱即顶开游动凡尔，并将载荷转移到油管内。

泵漏失有三种情况：

1）球座是否刺损或球磨损。

2）凡尔球有杂物或其它硬物垫住，使球与球座密封不严.

3）由于结蜡影响，使凡尔不工作。

第一种情况只能通过作业处理，第二、三种情况可以通过热洗处理.处理不好只能作业处理。处理和预防泵漏失对两率的贡献极大，在每年的检泵作业井，也都存在着起出杆管泵无异常，说明在异常井诊断上有失误，存在处理方法不到位情况。只有诊断准确，才能为下步处理提供指导方法，因此提高异常井诊断的准确率，对降低两率起着相当重要的作用，尤其是对泵漏失井的处理。

（2）利用功图判断漏失类型

由于抽油泵工作环境十分恶劣，机械磨损或井下液体的腐蚀都会导致抽油泵漏失、失灵等故障，泵漏失可分为游动凡尔漏失、固定凡尔漏失、双凡尔漏失。

（1）游动凡尔漏。现象：量油产量下降、示功图增载缓慢、液面上升、上电流比正常时小，下电流正常，憋压时上冲程压力上升缓慢。将驴头停在上死点稳压，游动凡尔漏失稳不住。

（2）固定凡尔漏。现象：量油产量下降、示功图卸载缓慢、液面上升、上电流正常，下电流正常，憋压时上冲程压力上升，下冲程压力下降，压力憋得越高，上下冲程压力变化越大，将驴头停在下死点稳压，固定凡尔漏失稳不住。

（3）双凡尔漏。现象：量油产量下降，液面上升，增载卸载都很缓慢，图形圆滑，漏失严重时的功图与断脱功图相似，憋泵压力上升，稳压稳不住。

2.抽油杆断脱

2017年9月发现某井上、下行电流、示功图有明显改变，从曲线看上行电流突然下降，行电流突然上升，又查看示功图，发现示功图载荷明显减小，图形变窄，说明抽油井的井下负荷突然减小，从参数和图形分析该异常为断脱，经过与巡井工人联系现场查看证实为抽油杆断脱。原因分析采油井正常生产时悬点的最大载荷主要由两个方面构成。一个是抽油杆自身重量，另一个是液体重量，当抽油杆断脱后，悬点的载荷只有断点以上剩余杆的自重，当然要比原来小，只是由于抽油杆与井筒中液体摩擦力的作用，才使上下载荷线不重合，摩擦力大上下载荷线之问的差就相对大一些，反之就小一些。当抽油杆上行程时，由于井下一端负荷小，靠平衡块就能将驴头拉起，电机做功小，因此电流下降，下行时，由于井下负荷小，平衡块要靠电机做功才能将它举升上去，电机做功大，所以电流上升。断脱的部位越靠上，抽抽杆上部越轻，上行电流下降越多。

3.井卡

2012年4月发现某井上、下行电流突然升高，又查看示功图，发现功图明显改变，从参数和图形分析该异常为井卡，经与巡井人员取得联系现场查看核实为井卡。分析井卡后柱塞在泵筒无法移动只有抽油杆的伸缩变形，上冲程中悬点载荷先是缓慢增加，将被压缩而弯曲的抽油杆柱拉直，到达卡死点位置后，抽油杆柱因受拉而仲长，悬点载荷大幅度增加，下冲程中先是恢复弹性变形，到卡死点后抽油杆柱被压缩而发生弯曲，所以在卡死点的前后段示功图会有两个斜率段，由于柱塞被卡，导致抽油泵不能抽出液体。

4.皮带断

2018年1月发现某井上、下行电流明显下降，从曲线上看，该井电流突然下降，与此同时温度也随之下降，分析认为该异常为皮带断或油井偷停，经计量站巡井人员现场验证异常为皮带断。

原因分析：当抽油机皮带断后，电机处于空转状态，抽油泵停止工作，做功减少，因此电流下降，由于没有液体采出，温度也随之下降，抽油井停井与皮带断特征相近，这些只是地面故障，不会影响示功图的变化。

三、几点结论

（1）通过远程监测技术实时监测油井电流、载荷、示功图等参数变化，可及时判断油井生产情况，排除故障，实现节能降耗。

（2）在电流互感器发生损坏时，电机电流变化可造成假异常现象，因此，要及时排除类似故障。

（3）当抽油井的电流、示功图发生改变时，井下工况很可能发生了异常，单独应用上、下行电流或示功图判断抽油井工况还具有局限性，应综合其它参数变化进行综合判断，才能使故障诊断更准确。

【参考文献】

[1]王鸿勋，张琪.采油工艺原理.北京：石油工业出版社.