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(chǎn)狀況比較復(fù)雜，除了受井下因素影響外，還受到“機(jī)、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(dǎo)致出現(xiàn)故障后，解釋差錯(cuò)率高，給及時(shí)分析井下工作狀況、掌握井下生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和組織下一步生產(chǎn)帶來(lái)了困難。本文通過(guò)典型示功圖對(duì)煤層氣有桿抽采故障進(jìn)行判定，從而快速、有效的排除故障。

【關(guān)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(lái)越受到人們的青睞，而煤層氣抽采一直是科學(xué)界一直討論的話題，根據(jù)抽采方式，大致可分為兩種方式：有桿抽采和無(wú)桿抽采，而現(xiàn)階段人們一直在用的是有桿抽采，如：游梁式抽采機(jī)、無(wú)游梁式抽采機(jī)。在有桿抽采中，井下的生產(chǎn)狀況比較復(fù)雜，除了受井下因素影響外，還受到“機(jī)、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(dǎo)致出現(xiàn)故障后，解釋差錯(cuò)率高，給及時(shí)分析井下工作狀況、掌握井下生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和組織下一步生產(chǎn)帶來(lái)了困難。因此，需要研究一種辦法來(lái)解決以上問(wèn)題，從而使煤層氣高效、安全、穩(wěn)定地生產(chǎn)，而示功圖恰恰能夠解決以上問(wèn)題，它是根據(jù)井下載荷隨位移的變化關(guān)系繪制出封閉的曲線圖，光桿示功圖是表示懸點(diǎn)載荷與位移關(guān)系的示功圖，在實(shí)際工作中以它作為分析深井工作狀況的主要依據(jù)。

因此，分析示功圖成了關(guān)鍵要點(diǎn)，既要全面了解井的生產(chǎn)情況、設(shè)備狀況和測(cè)試儀器的好壞程度，根據(jù)多方面的資料進(jìn)行綜合分析，同時(shí)，又要善于從各種因數(shù)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(gè)排水采氣的過(guò)程，通過(guò)泵的活塞在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞在最低位置時(shí)，兩個(gè)凡爾之間有一余隙，此余隙內(nèi)充滿了液體。當(dāng)活塞下行快接近下死點(diǎn)時(shí)，固定凡爾關(guān)閉，游動(dòng)凡爾打開(kāi)。此時(shí)，活塞上下液體連通，光桿上只承受抽采桿在水中的重量；當(dāng)活塞到達(dá)下死點(diǎn)開(kāi)始上行的瞬間，游動(dòng)凡爾立刻關(guān)閉，使活塞上下不連通。活塞要推動(dòng)其上部的液柱往上移動(dòng)，此時(shí)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(lái)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(guò)抽采機(jī)運(yùn)動(dòng)最少一個(gè)沖程，形成載荷和位移的關(guān)系圖，從而繪制出示功圖。理論示功圖是在五個(gè)假設(shè)條件之下，僅僅考慮了桿承受靜載荷時(shí)繪制出來(lái)的，所以圖形顯示為規(guī)則的平行四邊形。而實(shí)測(cè)示功圖是在砂、煤粉、水、氣和慣性載荷、震動(dòng)載荷、沖擊載荷和摩擦阻力等因素的綜合影響下測(cè)出來(lái)的，除此之外，還要受到漏失、斷脫、碰泵、設(shè)備故障、儀器故障等的影響，因此實(shí)測(cè)示功圖比理論示功圖復(fù)雜的多，所以，我們要根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖來(lái)判斷煤層氣抽采故障類型。

2、故障判定

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

2.1 振動(dòng)影響：泵深超過(guò)800m時(shí)桿會(huì)發(fā)生有規(guī)律的振動(dòng)，一般不會(huì)影響泵效，振動(dòng)引起懸點(diǎn)載荷疊加在正常工作產(chǎn)生的曲線上 ，由于桿柱的振動(dòng)為阻尼振動(dòng)，所以出現(xiàn)逐漸減弱的波浪線，見(jiàn)圖2。

2.2 供液不足：供液不足為常見(jiàn)工況，當(dāng)泵充滿系數(shù)小于0.6時(shí)，可以認(rèn)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(méi)度太小，液體充滿不了泵筒，見(jiàn)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(guò)拉伸屈服極限等原因而斷裂，見(jiàn)圖4。

2.4 卡泵：活塞因泵筒內(nèi)沉砂、煤粉堆積或襯套受振動(dòng)而錯(cuò)位會(huì)使活塞被卡在泵筒的某一位置，見(jiàn)圖5。

2.5 上碰泵：防沖距過(guò)大，卡砂，減產(chǎn)，見(jiàn)圖6。

根據(jù)以上實(shí)測(cè)示功圖的分析，可以直觀的判斷出煤層氣抽采過(guò)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(jié)語(yǔ)

示功圖分析故障在生產(chǎn)實(shí)際中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，可以準(zhǔn)確判斷故障類型，得出井下實(shí)際情況，可對(duì)不同的井進(jìn)行優(yōu)化配置，快速組織檢修，節(jié)省人力物力，這對(duì)煤層氣井的日常管理和作業(yè)監(jiān)督具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)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(jī)械與煤層氣機(jī)械設(shè)計(jì)。