基于井液流动和接箍效应的抽油杆柱偏磨机理

在分析目前杆管偏磨理论所存问题的基础上,探讨了井液流动以及接箍对抽油杆柱受力的影响,建立了井液在抽油杆柱和油管组成环状管道中流动时产生压差力的计算模型,给出了抽油杆柱中和点的计算方法,并利用实例进行了验证。实例分析表明:井液流动产生的压差力随着冲程和冲次乘积的增大而增大,随着抽油杆柱和油管之间过流面积的减小而增大,随着井液动力黏度的增大而增大;压差力造成杆柱的中和点位置上移,偏磨范围增大。该方法弄清了抽油杆柱在实际运动中的受力状况,为进一步研究杆管偏磨机理打下了理论基础,对杆管偏磨防治措施的研究具有重要的指导意义。     

水驱高含水油井杆管偏磨原因的力学分析

建立了抽油机井杆管偏磨原因力学分析的力学模型。给出了垂直油井杆管偏磨临界轴向压力的计算公式和抽油杆柱轴向分布力的模拟方法 ;推导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。系统分析了含水与沉没度对杆管偏磨临界轴向压力与柱塞下行阻力的影响。分析结果表明 :(1)高含水油井在低沉没度下运行会明显加剧抽油杆柱的轴向振动 ,降低杆管偏磨的临界轴向压力 ;(2 )对于高含水低沉没度运行的油井 ,若油井供液不足将使柱塞下冲程泵内产生液击 ,柱塞下行阻力会明显增加。因此 ,高含水油井在低沉没度下运行时 ,抽油杆柱轴向振动的加剧或液击都会严重恶化抽油杆柱的受力或直接导致杆管产生偏磨     

水驱高含水油井杆管偏磨原因的力学分析

建立了抽油机井杆管偏磨原因力学分析的力学模型。给出了铅垂油井杆管偏磨临界轴向压力的计算公式和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。系统分析了含水与沉没度对杆管偏磨临界轴向压力与柱塞下行阻力的影响。分析结果表明(1)高含水油井在低沉没度下运行会明显加剧抽油杆柱的轴向振动,降低杆管偏磨的临界轴向压力;(2)对于高含水低沉没度运行的油井,若油井供液不足并使柱塞下冲程泵内将产生液击,柱塞下行阻力会明显增加。因此,高含水油井在低沉没度下运行时,抽油杆柱轴向振动的加剧或液击都会严重恶化抽油杆柱的受力或直接导致杆管产生偏磨。     

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.     

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。     

考虑附加力的大斜度井抽油杆三维力学模型

根据抽油杆柱的约束条件和井斜角、方位角的变化等边界条件,充分考虑浮力、惯性力等附加作用力的影响,建立了大斜度井抽油杆的三维受力模型,研究了模型求解的边界条件及计算方法。应用VB语言编写计算程序,并在老168-斜56井进行实例计算,计算结果与实测数据的误差在10%以内,可满足工程要求。分析结果表明,在定向大斜度井中,抽油杆在井眼轨迹增斜段及狗腿处所受的支撑力、摩擦力较大,会造成局部应力集中;由于上冲程轴向力比下冲程大,轴向力分解出的支撑力、支撑力产生的摩擦力也比下冲程大,下冲程在中和点以下,抽油杆受压而可能发生弯曲失稳。因此,在增斜段、狗腿处及中和点以下需重点采取防偏磨、防弯曲失稳措施。     

水驱抽油机井杆管偏磨力学机理研究

垂直井中抽油杆柱产生偏磨现象是下冲程抽油杆柱在油管内产生屈曲变形引起的，文章分析了引起抽油杆柱偏磨的力学原因，编制了抽油杆柱受力计算程序，并用于实际计算。     

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。     

直井抽油杆柱扶正器安装位置及安装间距

通过分析抽油杆柱在下冲程的受力状况，建立相应的力学模型，推导出抽油杆柱在下冲程时的弯曲变形挠度方程，得出直井抽油杆柱中和点以下部分在受压状态下发生正弦弯曲的结论，进而给出了抽油杆柱扶正器的最佳安装位置及安装间距的计算公式，并列出据此计算出的不同冲程和冲次下扶正器的安装间距值。实例计算表明，按上述公式计算确定的扶正器安装位置与现场实际要求基本相符，按计算结果安装扶正器后，抽油杆及接箍没有发生偏磨。指出加重杆的作用是十分重要的。     

偏阀式防偏磨抽油泵的研制与应用

为了防止杆管偏磨,延长抽油杆与油管的使用寿命及检泵周期,研制了25—225TH4.5—1.2—FP型偏阀式防偏磨抽油泵。该抽油泵主要由上接头、游动阀、柱塞、泵筒、固定阀、加重杆、加重杆尾锥等组成。下冲程时,加重杆的重力可以抵消抽油杆柱所受的阻力,防止抽油杆柱的失稳变形。试验证明,该泵的各项性能指标均符合GB/T 18607—2001《抽油泵及其组件规范》要求,可以改善抽油杆柱的受力状态,很好地解决了有杆泵采油井的杆管偏磨问题。     

水平井抽油加重杆柱设计方法

本文首先分析了水平井中抽油杆柱的受力特点,讨论了水平井中抽油杆柱加重的位置与必要条件。应用纵横弯曲连续梁柱理论得到了求解带扶正器的抽油杆柱的轴力、弯矩和挠度计算公式;以修正的Goodman应力图为强度准则,并考虑杆柱刚度条件,提出了水平井中抽油杆柱加重设计的方法。最后给出了某油田1口井的抽油杆柱设计实例,说明了该万法的正确性。     

抽油杆柱脱扣的机理分析

在分析抽油杆柱各部分工作特性的基础上, 就各种扭矩的作用方向、大小和时间对抽油杆柱脱扣的影响作了机理分析。分析结果表明：（１） 扭制钢丝绳的变形扭矩Ｍｇ 在上下行程变向是杆柱脱扣的主要影响因素;（２） 中和点以下杆柱螺旋弯曲产生的扭矩Ｍｎ 主要在螺旋弯曲段对杆柱发生作用;（３） Ｍｇ 对杆柱中上部的作用大, 使杆柱在中上部脱扣的几率较大, 但由于中和点处于杆柱下部, 其附近杆柱受Ｍｇ 和Ｍｎ 作用变化最为频繁, 且还承受附加弯矩Ｍｎ 及轴向压力作用, 故杆柱下部脱扣的频率反而最高。     

新型防脱防偏磨装置设计

抽油杆偏磨断脱是制约油田高效采油的关键因素。为节约采油成本,提高采油效率,提出一种新型防脱防偏磨装置。该装置兼具防偏磨、防脱扣、防砂卡和减阻的功能。通过杆柱受力分析、装置整体有限元分析与拉压试验和疲劳试验相结合,确定了中和点位置以及结构的安全可靠性,对扶正套外流场进行数值模拟分析,分析结果表明:流经扶正套的压力损失约为2.2 kPa;新型防脱防偏磨装置节流效应不大,压力损失小,能耗低,进一步验证了其过流能力。通过防偏磨试验和防脱扣试验确定了新型抽油杆防脱防偏磨装置工作性能的可靠性。新型防脱防偏磨装置能降低抽油杆柱的断脱率,可为相关设计和应用提供借鉴与参考。     

热洗井空心抽油杆下入深度的计算模型

空心抽油杆应用于油井热洗工艺,可有效解决高含蜡油井定期清蜡问题,克服了常规热洗对油层的污染和产量恢复期长的弊端。但是,通常在确定它的下入深度时只考虑了原油的析蜡点,而忽视了井筒温度场和井下单流阀开启压力的影响。以井筒长度微元为单位,依据井筒能量平衡方程建立了井筒流动与传热数学模型,计算出热洗溶蜡拐点温度,确定空心抽油杆下入深度。然后,考虑热洗泵车施加的开启压力,进行了空心抽油杆的轴向应力校核。现场50余口油井应用表明,建立的模型可靠性高,平均节省空心抽油杆120 m,且抽油机正常运行最大载荷平均下降18.35%,既满足了油井清蜡需要,又节省了油井开发成本。     

安装助抽减载装置的多级抽油杆力学行为分析

有杆泵采油生产中的细长抽油杆在各种复杂载荷的作用下断脱现象时有发生,且随着泵挂深度的增加,抽油泵效率亦有所下降,严重影响了油井的正常生产。一些油田相继采用助抽器来解决上述问题,但未取得应有效果,主要是助抽器安装不合理及与抽油泵型号不匹配造成的。提出一种新的安装使用方法,分析了安装助抽装置后的多级抽油杆的力学行为,推导出此种情况下多级抽油杆的变形量及应力计算公式,并结合实际算例进行验证,以期指导工程应用。     

定向井抽油杆柱系统的准静态分析

在定向井有杆抽油系统中,为避免抽油杆柱直接和油管壁接触,必须按照一定的方法安装扶正器.安装扶正器后,杆住的受力与变形分析都不同于直井.本文就准静态条件下,运用纵横弯曲连续梁理论对定向井抽油杆柱系统的受力与变形进行分析,为定向并抽油杆柱的设计提供依据.     

抽油杆脱扣原因及脱扣部位的分布规律

抽油杆的脱扣是多种因素共同作用的结果，主要影响因素有初始上扣预紧力不足、交变外载荷、振动力、抽油杆螺旋弯曲变形和悬绳器钢丝绳打扭产生扭矩等几个方面。脱扣部位的分布规律除取决于各种松扣载荷的大小和作用区域外，还受上扣预紧力Ｐ’及原油粘度的影响。一般原油粘度油井，当Ｐ＇严重不足时绝大部分脱扣发生在轴向应力零点以下部位；随着Ｐ＇的增大，零点以下部位脱扣次数减少，脱扣部位上移，但脱扣周期延长。高凝高粘原油油井，脱扣频率加快，零点以上部位脱扣几率增大。     

旁通阀液力反馈抽油泵研究及应用

在稠油井以及偏磨井,由于抽油杆工作条件恶劣,在上冲程时抽油杆的拉应力增加; 而下冲程时阻力大,抽油杆柱的中和点之下处于受压状态,存在交变载荷,造成泵效低、杆管偏磨严重。通过分析井下抽油设备受力状态,对常规抽油泵结构进行了创新和改进,研制了一种旁通阀液力反馈抽油泵。该泵型采用液力反馈技术,为杆柱下行提供动力,克服稠油井、偏磨井井中杆柱下行摩阻,避免下行杆柱弯曲,同时提高泵的充满度,延长有杆泵系统的正常生产周期。泵阀采用弹簧复位球阀,柱塞两端设计防砂结构,适用于斜井、稠油井,并提高了泵效。     

钢丝绳采油系统动力学模型及其差分方程

对直井中的钢丝绳连续油杆采油系统建立了绳杆子系统纵向振动的动力学分析模型及其一种差分求解方程,包括方程求解的边界条件,初始条件,并给出了差分方程的收敛条件,模型中利用了绳杆联结处力,位移的连续条件和位移的泰勒级数展开式,从而解决了钢丝绳和加重杆这两种不同材料特性的绳杆组合问题,这种模型及其分方程配以相应的定解条件后,不仅可用于钢丝绳连续抽油杆采油系统的绳杆优化设计,行为预测,也可用于该系统的工况诊断以及绳杆强度分析。