典型示功图判定煤层气有杆抽采故障类型

【摘要】煤层气井下的生产状况比较复杂，除了受井下因素影响外，还受到“机、杆、泵”的影响，更直接的是受到一直变化着的“砂、煤粉、气、水”的影响，这样导致出现故障后，解释差错率高，给及时分析井下工作状况、掌握井下生产动态和组织下一步生产带来了困难。本文通过典型示功图对煤层气有杆抽采故障进行判定，从而快速、有效的排除故障。

【关键词】典型示功图；煤层气；有杆抽采；故障类型

作为一种新型绿色能源，煤层气越来越受到人们的青睐，而煤层气抽采一直是科学界一直讨论的话题，根据抽采方式，大致可分为两种方式：有杆抽采和无杆抽采，而现阶段人们一直在用的是有杆抽采，如：游梁式抽采机、无游梁式抽采机。在有杆抽采中，井下的生产状况比较复杂，除了受井下因素影响外，还受到“机、杆、泵”的影响，更直接的是受到一直变化着的“砂、煤粉、气、水”的影响，这样导致出现故障后，解释差错率高，给及时分析井下工作状况、掌握井下生产动态和组织下一步生产带来了困难。因此，需要研究一种办法来解决以上问题，从而使煤层气高效、安全、稳定地生产，而示功图恰恰能够解决以上问题，它是根据井下载荷随位移的变化关系绘制出封闭的曲线图，光杆示功图是表示悬点载荷与位移关系的示功图，在实际工作中以它作为分析深井工作状况的主要依据。

因此，分析示功图成了关键要点，既要全面了解井的生产情况、设备状况和测试仪器的好坏程度，根据多方面的资料进行综合分析，同时，又要善于从各种因数找出引起示功图变化的主要因素，这样才能快速判断井下故障类型。

1、原理

煤层气抽采是一个排水采气的过程，通过泵的活塞在做往复运动，活塞在最低位置时，两个凡尔之间有一余隙，此余隙内充满了液体。当活塞下行快接近下死点时，固定凡尔关闭，游动凡尔打开。此时，活塞上下液体连通，光杆上只承受抽采杆在水中的重量；当活塞到达下死点开始上行的瞬间，游动凡尔立刻关闭，使活塞上下不连通。活塞要推动其上部的液柱往上移动，此时光杆承受抽油杆和活塞上液柱的重量。

示功图是使用示功仪绘制出来的，示功仪上附带传感器，将传感器固定在井上的光杆上，通过抽采机运动最少一个冲程，形成载荷和位移的关系图，从而绘制出示功图。理论示功图是在五个假设条件之下，仅仅考虑了杆承受静载荷时绘制出来的，所以图形显示为规则的平行四边形。而实测示功图是在砂、煤粉、水、气和惯性载荷、震动载荷、冲击载荷和摩擦阻力等因素的综合影响下测出来的，除此之外，还要受到漏失、断脱、碰泵、设备故障、仪器故障等的影响，因此实测示功图比理论示功图复杂的多，所以，我们要根据实测示功图来判断煤层气抽采故障类型。

2、故障判定

泵正常工作时供液充足、泵的沉没度大、泵阀基本不漏失，泵效高，游动阀尔和固定阀尔能够及时开、闭，柱塞能够迅速加载和卸载，见图1。以下通过5种典型示功图分析煤层气有杆抽采故障类型：

2.1 振动影响：泵深超过800m时杆会发生有规律的振动，一般不会影响泵效，振动引起悬点载荷叠加在正常工作产生的曲线上 ，由于杆柱的振动为阻尼振动，所以出现逐渐减弱的波浪线，见图2。

2.2 供液不足：供液不足为常见工况，当泵充满系数小于0.6时，可以认为深井泵的工作制度不合理，泵的排出能力大于煤层的供液能力，造成沉没度太小，液体充满不了泵筒，见图3。

2.3 抽油杆断脱：抽采杆由于弹性疲劳，深井泵遇卡使杆柱超过拉伸屈服极限等原因而断裂，见图4。

2.4 卡泵：活塞因泵筒内沉砂、煤粉堆积或衬套受振动而错位会使活塞被卡在泵筒的某一位置，见图5。

2.5 上碰泵：防冲距过大，卡砂，减产，见图6。

根据以上实测示功图的分析，可以直观的判断出煤层气抽采过程中故障类型，从而快速组织检修，提高煤层气抽采效率。

3、结语

示功图分析故障在生产实际中取得了较好的经济效益，可以准确判断故障类型，得出井下实际情况，可对不同的井进行优化配置，快速组织检修，节省人力物力，这对煤层气井的日常管理和作业监督具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]吴伟，王玮. 机械式有杆泵抽油井示功图的识别[J]. 石油礦场机械，2007，04：16-18.

[2]刘益江，张学臣，李伟，孙汝仪. 抽油井示功图综合解释[J]. 油气田地面工程，2007，08：3-5.

作者简介：鞠亚航（1988-），男，汉族，江苏沛县人，本科，助理工程师。研究方向：煤矿机械与煤层气机械设计。