含聚抽油机井杆管偏磨治理技术研究与应用

理论研究及室内室验表明 ,导致见聚抽油机井偏磨的主要原因是法向力 ,下行阻力对偏磨也会造成一定影响。通过杆管偏磨机理研究并根据粘弹性流体室内实验研究结果 ,研制出了适用于对全井抽油杆进行扶正的扶正环及配套工艺 ,制定了全井扶正、大流道三级泵、统一杆径、旋转抽油杆等偏磨防治措施。经对 795 9口井的现场试验证明 ,该措施对防偏磨是有效的 ,经济效益显著 ,投入产出比为 1∶18 4。     

抽油机井偏磨防治技术

针对萨中油田注聚合物井杆管偏磨问题,通过大量理论研究和室内试验,详细分析了偏磨现象产生的机理,确定了聚合物溶液对抽油杆柱系统产生的法向力和下行阻力2个影响因素,有针对性地制定大流道三级泵、全井扶正、统一杆径、定期旋转抽油杆配套防偏磨措施。经过2年的实践,效果显著,获得了可观的经济效益。     

定向井抽油杆三维力学模型及在偏磨中的应用

杆管偏磨是油田开发过程中有杆泵生产面临的重要问题, 井眼弯曲和抽油杆柱失稳屈曲是导致杆管偏磨的重要原因。文章依据微元分析理论, 对运动状态下的抽油杆柱进行了受力分析, 建立了描述抽油杆柱在定向井中受力状态的三维力学模型, 模型采用波动方程的形式, 考虑了井眼轨迹、 杆柱组合、 抽油泵以及流体的影响,通过有限差分法进行求解。实例计算表明, 该模型可以较为准确地预测定向井中抽油杆的偏磨位置以及偏磨程度。     

抽油杆柱综合防偏磨技术

为预防抽油杆柱偏磨,延长抽油杆使用寿命,研制试验了抽油杆柱综合防偏磨技术.介绍了抽油机井抽油杆柱井下旋转、防偏磨技术及其试验效果.抽油杆防脱器与旋转器配合使用可使抽油杆柱旋转;抽油杆防偏磨器、抽油杆抗弯防磨副的配合使用可起到防偏磨的作用.所使用的井下工具简单,无需改变地面和井下设备,其原理可靠,理论依据充分,适用于具有明显中性点的油井,对每口油井都要有针对性地进行设计、计算才能达到较理想的效果.井下抽油杆旋转器是一种多功能的井下工具,不但能使抽油杆柱旋转,而且能起到抽油杆井下减震器的作用,具有超中程效果,可提高抽油机井泵效,延长检泵周期.     

含水与沉没度对杆管偏磨的影响研究

通过对抽油机井最小载荷随含水和沉没度变化规律及杆管摩擦磨损规律的实验研究,找出了含水、沉没度对杆管偏磨的影响规律。高含水抽油机井在低沉没度条件下运行时,抽油泵因严重供液不足而产生液击,会加剧抽油杆柱振动,降低抽油机悬点最小载荷,从而减少抽油杆柱的轴向分布力与杆管产生偏磨的临界轴向压力,加大了下冲程时抽油杆柱下部受压段的长度,容易造成抽油杆柱屈曲而导致杆管偏磨。高含水是导致杆管偏磨速度加快的主要原因。     

基于 Algor 有限元软件的杆管偏磨研究

运用Algor有限元软件对抽油杆柱和油管进行实体建模和网格划分,以抽油杆柱力学规律和运动模型为基础,建立了抽油杆柱仿真运动模型,以抽油机悬点运动规律、抽油杆柱下端（泵柱塞）受力和杆柱沿程重力分布为约束条件,计算分析了在一个抽汲周期内不同时刻抽油杆柱沿程径向位移分布规律、最大径向位移和中性点分布特征,对比分析了扶正器安装前后抽油杆柱径向位移的变化,为防偏磨扶正器安装设计提供理论依据;以油井的现场偏磨情况与理论仿真结果进行对比分析,验证了仿真结果的正确性。     

防窜式抽油杆扶正器研制及应用

随着油田进入高含水开发后期,抽油机井杆管偏磨问题日益突出.大庆油田已经采取了许多防偏磨措施,抽油杆扶正器被广泛应用在杆管偏磨井中,具有较好的防偏磨效果.但是油田在用抽油杆扶正器存在质量参差不齐,扶正器在抽油杆上窜动,且成本高等问题.研制的新型防窜式抽油杆扶正器有效地解决了以上问题,在杆管偏磨抽油机井中应用,具有良好的效果.     

高效节能抽油泵消除偏磨的实际机理分析

介绍了高效节能抽油泵(以下简称为节能泵)的结构及其特点,指出杆管偏磨的主要成因是:抽油杆柱下行时阻力过大导致抽油杆柱中和点以下的抽油杆柱弯曲,与油管接触产生偏磨.重点介绍了节能泵如何利用其独特的结构以及液压反馈原理使抽油杆柱下行时完全处于拉伸状态,从而解决了困扰工程技术人员多年的偏磨问题.     

基于弹性体振动理论的抽油杆柱三维振动分析

抽油杆工作时存在横向振动、纵向振动和扭转振动,3个方向的振动相互耦合便得到抽油杆柱的实际振动。利用弹性体振动理论,将抽油杆柱看成质量连续分布的弹性体,分别建立抽油杆柱3个方向振动的动力学模型,在合适选取的初始条件和边界条件下,研究了振动模型解析解和数值解的求解方法。为了解抽油杆柱在运动中的实际振动规律和动力学性能,研究抽油杆柱偏磨机理和防偏磨措施打下了理论基础。     

水驱抽油机井杆管偏磨原因的力学分析

建立了铅垂油井杆管偏磨临界轴向压力的计算公式.杆管偏磨的临界轴向压力只取决于抽油杆直径与轴向分布力;应用波动方程建立了抽油杆柱轴向分布力的模拟方法;建立了供液不足油井液击力的计算公式,改进了柱塞下行阻力的计算方法.系统分析了油井生产条件与生产参数对杆管偏磨的临界轴向压力与柱塞下行阻力的影响.分析结果表明:(1)含水与沉没度对杆管偏磨有显著影响,高含水油井在低沉没度下运行会明显降低杆管偏磨的临界轴向压力;(2)当油井供液不足时,柱塞下冲程时泵内将产生液击,并加大柱塞下行阻力;(3)抽汲参数增加不仅导致抽油杆柱振动加剧,降低了杆管偏磨的临界轴向压力,而且也加大了柱塞下行阻力.当抽油杆柱在上述一个或几个条件共同作用下达到偏磨临界条件时,杆管将产生偏磨.     

抽油杆柱与油管偏磨机理及偏磨点位置预测

结合油田生产实际,对抽油杆柱与油管系统的磨损介质类型和磨损机理进行了分析,建立了抽油杆三维力学综合分析模型,利用VisualBasic6.0语言和Matlab6.0语言开发了相应的仿真分析软件系统,并进行了三维井眼轨迹对抽油杆柱受力变形的影响研究。利用该软件系统,可以确定抽油杆柱与油管严重偏磨点的位置。使用新型抗摩擦接箍,可使定向井抽油杆柱偏磨的程度大幅度下降,从而节省修井时间并提高油井寿命。     

大港南部油田有杆泵井偏磨机理探讨及综合防治

大港南部油田部分油井抽油杆和油管偏磨严重，造成抽油杆断脱、油管漏失及频繁作业，严重影响了油田的正常生产。通过对165口因杆管偏磨造成抽油杆断脱、油管漏失的井进行调查分析，结合抽油杆下行阻力理论计算，发现造成杆管偏磨的主要原因是高冲次、高含水、低沉没度导致抽油杆下行弯曲和井斜变化大。结合生产实际提出了抽油杆底部集中加重、中性点扶正、配套应用大流道泵减少抽油杆下行弯曲；底部减少加重、偏磨段连续扶正、上部延伸保护和井口旋转减少井斜偏磨；确定合理的生产参数减少杆柱共振等综合配套防治技术。现场应用表明，提出的方法可有效地改善大港南部油田偏磨现象。     

利用低摩阻柱塞抽油泵提高泵效及防偏磨技术的应用

大庆油田杆管偏磨井数逐年增多,严重影响了聚合物驱采油效果和规模应用。对杆柱屈曲的原因、规律和偏磨状态以及偏磨机理进行了分析,研制并应用聚合物驱低摩阻柱塞泵解决了摩阻小、漏失量也小的难题。实施了防偏磨配套技术,研制了3种杆串在线测试仪,解决了杆管偏磨的问题,延长了杆管工作寿命,提高了泵效。     

地面驱动螺杆泵抽油杆柱动力学分析技术及其应用

地面驱动螺杆泵抽油杆柱动力学分析是杆柱设计、失效机理分析的关键技术.针对细长抽油杆柱旋转运动时沿井深和井眼圆周方向与油管内壁产生碰撞接触的问题,建立了抽油杆柱非线性动力学模型.利用构造动力间隙元来描述旋转抽油杆与油管的随机碰撞接触状态,并与空间梁单元相结合,建立了旋转抽油杆柱动力学分析方法.在大庆油田B2-6-41等井的应用结果表明,井口扭矩计算平均值与实际测试值的相对误差为1.5%.根据求得的时域内抽油杆柱受力变形值以及与油管柱碰撞接触力,计算了抽油杆柱动强度和扶正器安放位置.利用该方法设计的抽油杆柱能够安全可靠地运行,使检泵周期超过550d.     

有杆泵井管杆磨蚀机理及应用研究

根据国内油田有杆泵井管杆偏磨腐蚀的现状，并以胜利油田偏磨井为例，指出了进一步开展管杆偏磨腐蚀(磨蚀)机理研究的必要性。对目前国内外管杆偏磨腐蚀理论研究进展和应用研究防治现状做了概括述评，指出了存在的问题，并提出了下一步研究的方向。     

抽油杆柔性减磨器的研制与应用

冀东油田近年来采用多种防偏磨技术并取得一定效果,但大斜度抽油泵井的检泵周期短、作业和材料更换成本增加的问题仍然很严重。通过建立抽油杆杆柱的力学模型进行受力分析研究,用柔性抽油杆取代常规抽油杆可减小杆柱所承受的摩擦力,进而研制了抽油杆柔性减磨器,该工具的上下2部分可以做小角度的相对转动。通过在抽油杆杆柱上加入抽油杆柔性减磨器,使杆柱在运动过程中与油管管柱轴线方向保持一致,减轻了杆管蹩劲现象,减小了抽油杆所受到的摩擦力。现场应用结果表明,该技术应用300 d,偏磨损坏的油管和抽油杆的长度由原先的各200 m分别减少到0.15 m、0 m,大幅度减少抽油机井杆管偏磨及因偏磨导致的检泵作业次数及作业和材料更换费用。     

H级抽油杆许用应力计算API方法适应性生分析与改进

鉴于H级超高强度抽油杆良好的力学性能,2009年开始,在长庆油田推广应用,截至2015年年底应用井数已经超过2.6万口.但在应用过程中,一直沿用常规API许用应力计算方法,尚未建立针对H级抽油杆的许用应力计算方法,造成H级抽油杆杆柱设计保守,浪费严重,间接增加了油田开发成本.在分析API许用应力计算方法基础上,建立了基于H级抽油杆许用应力计算API方法,分析了主要影响因素,为H级超高强度抽油杆杆柱优化设计、合理利用提供了依据.     

聚合物驱井内流体作用于抽油杆的侧向力解析

为了分析采出液中聚合物溶液的黏弹性效应对聚合物驱机采井杆管偏磨的影响,基于流体内部的应力状态分析,推导出了井筒内流体作用于抽油杆上侧向力的计算公式。以Maxwell模型作为聚合物采出液的本构关系,建立了采出液在偏心环空内流动时的数学模型。采用数值方法得到了环空内的速度场,并以此为基础计算了环空内的侧向力。分析结果表明,杆管环空的偏心和采出液中聚合物的弹性是产生侧向力的原因。侧向力随抽油杆的往复运动呈现出周期性的变化规律,滞后于抽油杆运动约1/4周期相位。在上、下冲程中沿杆长均匀分布有侧向力,极易超过使抽油杆发生弯曲变形所需的最小载荷而产生偏磨,且其偏磨现象比水驱井严重。     

H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法

为了有效使用H级抽油杆,对其许用应力计算方法和疲劳寿命预测方法进行了研究。在对H级抽油杆进行室内拉伸试验的基础上,计算了其抗拉强度与屈服强度的比值,根据该比值将H级抽油杆API最大许用应力计算系数由0.562 5修改为0.716 3;拟合建立了H级抽油杆的应力-疲劳曲线,折算了H级抽油杆在应力比为0.1条件下的极限疲劳应力;通过H级抽油杆在不同介质中和不同冲次下的疲劳测试,获得了含水率和冲次与抽油杆寿命的关系。研究的H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法,在长庆油田杏南作业区10口井进行了应用,结果表明,利用该方法对H级抽油杆进行优化设计可以改善其受力条件,充分发挥H级抽油杆的性能,使其满足现场生产对杆柱应力、寿命的需求。