抽油杆柱纵向螺旋弯曲对脱扣的影响

抽油杆柱在下行程时,杆柱中和点以下部分受压失稳,发生包括扭转和弯曲在内的空间螺旋弯曲变形。杆柱接头螺纹在失去预紧力和受振动力作用下产生松扣,弯曲变形扭矩则加快了下部接头的脱扣速度。为预防或减少抽油杆柱脱扣,一是减少或避免抽油杆柱发生螺旋弯曲变形,二是上紧接头螺纹,达到要求的上扣预紧力。     

孤岛油田注聚区油井防偏磨探讨

1．聚合物驱油井偏磨机理 （1）轴向力。杆柱在抽油的过程中，抽油杆上某一位置，在综合力作用下，所受合力为零，该点即为抽油杆柱的受力中和点。中和点上部受拉，下部受压。当所受压力大于临界载荷时，杆柱失稳，导致弯曲偏磨，造成杆断或管漏。     

新型抽油机井加重技术

抽油机井在下冲程运行过程中由于上顶力的作用,杆柱处于受压状态,导致杆管偏磨现象的发生。新型抽油机井杆柱加重技术采取柱塞加重的方法改善抽油机井运行过程中的杆柱受力状况,使杆柱处于受拉状态,降低摩擦阻力。并且该加重技术操作简单,实用性强。     

直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

将直井地面驱动螺杆泵采油杆柱简化为在油管内偏心旋转的杆柱。考虑了杆柱偏心旋转惯性离心力、轴向力对杆柱横向弯曲变形的影响。应用可移动双向弹簧元模拟杆管接触状态,并考虑了杆体、结箍以及扶正器与油管间隙不同对杆柱挠度约束的差别,建立了螺杆泵采油杆柱在油管内受力变形的有限元仿真模型。仿真结果表明：抽油杆柱在油管内偏心旋转会产生陀螺效应,杆柱在油管内变形形态呈下密上疏的螺旋状,这是直井地面驱动螺杆泵采油系统杆管偏磨的主要原因之一。杆柱与油管接触段长度主要取决于转速、下泵深度和偏心距等参数。当转速较高时,几乎所有接箍均与油管内壁接触,也会出现杆体与油管内壁接触的现象。     

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。     

江河矿抽油杆断脱的探讨与对策

通过对有杆泵采油井引起抽油杆柱发生弯曲变形的载荷分析，得出抽油杆柱在下行程中存在一个中位点，中住点以下的部位受压，杆柱将失稳形成空间螺旋弯曲，与管壁产生多个接触点，杆柱所受交变载荷及摩擦栽荷而易断脱，同时导致油管偏磨严重，为此，提出了预防抽油杆断脱的措施。     

加装减载器的抽油杆柱设计方法研究

减载器可降低抽油机悬点载荷,但改变了抽油杆柱的受力状态,常规的多级抽油杆柱组合已不适用于加装减载器的杆柱组合。考虑减载力的影响,基于静等强度准则,结合减载器处杆柱应力状态,提出了杆柱组合的改进设计方法,并应用当量应力条件对设计杆柱进行强度校核,实现了加装减载器的抽油杆柱设计。现场应用表明:既降低了悬点载荷,又改善了杆柱应力状态,可延长杆柱使用寿命。     

抽油杆柱联接螺纹脱扣原因分析及预防措施

抽油杆柱运行中经常发生联接螺纹脱扣现象。对抽油杆柱及联接螺纹进行受力分析。结果表明，脱扣是由于抽油杆在上下行程运行中和点位置发生变化，使得在中和点区间内的螺纹联接轴力方向呈周期性的交替改变，并在动力效应作用下而产生的。为此，提出了加强预紧扭民增设记松装置的预防措施。     

抽油杆柱应力测试与数据分析

在井筒条件下,抽油杆柱系统的受力极其复杂,尤其在斜井中,杆柱的受力状态更加复杂,在此受力工况下,杆柱疲劳极限降低,更容易发生疲劳破坏;若防偏磨措施配套不合理,在磨损部位易造成应力集中,抽油杆柱在短期会发生断脱现象。为了提高抽油井杆柱优化设计与防偏磨配套水平,引进了抽油杆柱应力测试技术。通过在直井、斜井2种情况下的应力测试,得到比较接近实际的抽油杆柱的受力状态。对比理论计算,找到了理论计算方法与实际情况下的差异,分析了斜井侧向力的大小及其分布,这有利于优化杆柱设计和防偏磨配套,并可减少杆柱疲劳、偏磨损害。     

流体作用下钻柱运动状态试验研究

考虑钻柱在井口、井底的位移边界条件和力边界条件,建立了直井内钻柱与钻井液耦合动力学试验装置,进行了不同激振频率、不同轴向激振力、不同排量条件下的杆柱振动试验和不同轴向激振力、不同转速、不同排量条件下的杆柱旋转试验。试验结果表明,激振频率、转速和循环流体是影响钻柱运动状态的主要因素。在空气介质的情况下,随着激振频率的增加,杆柱的横向位移基本保持不变,轴向激振力、轴向加速度有显著增加;在循环流体作用下会减小轴向激振力、轴向加速度的增长趋势。在空气介质的情况下,随着转速的增加,轴向激振力变化不大,而钻柱的横向位移、杆柱轴向加速度均呈现出增加的趋势;但在循环流体的作用下,轴向激振力、振幅及钻柱的加速度振幅都降低,加速度振幅也显著降低。可见,流体循环可明显改善杆柱振动。     

新型抽油杆柱加重系统

为了减少抽油杆柱在下行程中受压弯曲造成与油管的摩擦,研制了新型抽油杆柱加重系统。系统由加重砣、接箍及过渡管与原抽油杆柱配套组成,工作时不改变原抽油机系统的运行方式及基本配置,安装加重砣后,通过接箍上的过渡管使上部加重砣的质量作用在下面的加重砣上,最后全部作用于泵柱塞,中和点下移到柱塞上,使杆柱全部处于受拉状态。18口井的应用表明,加重系统可改善抽油机井运行中的受力状况,降低摩擦阻力,减少能耗。     

液力平衡式防偏磨抽油泵

胜利油田针对油井管杆偏磨的问题，研制出了一种特出结构的抽油泵——液力平衡式防偏磨泵并获得国家专利。该泵改变了原有抽油泵的吸、排液方式，实现了下行程吸液、上行程排液的工作方式。它的最大特点是：在下行程吸液过程中，柱塞靠一个较大的液压反馈力作用自动下行并下拉抽油杆，使抽油杆始终处于拉伸状态，     

抽油杆柱的受力分析

目前关于作用在抽油杆柱上的各种力的检测以及那些使油杆柱产生弯曲趋向的载荷的关系已经存在。在反对真实力作为杆柱弯曲的决定参数的同时，应把重点放在有效力上，实例计算显示了有效张力在上部杆柱以及近泵处抽油杆柱的分析及加重杆设计中的重要地位。     

玻璃钢－钢抽油杆柱振动频率的有限元法计算

合理设计玻璃钢－钢抽油杆柱，可使该混合杆柱的纵向振动固有频率更接近抽油机的工作频率，实现泵的超行程，从而增加产液量。本文建立了混合杆柱的有阻尼纵向自由振动有限元模型，并采用兰索斯法求解这一多自由度的ＭＣＫ型特征值问题。经实例计算，有限元法比ＡＰＩ计算法和Ｔｒｉｐｐ计算法精确，适用性强，可用于不同类型混合杆柱的设计计算。     

井下单螺杆抽油泵杆柱受力分析与设计

在井下单螺杆抽油泵系统中，抽油杆柱既传递扭矩又承受轴向载荷，其受力状态与常规抽油系统中的抽油杆柱大不相同。对井下单螺杆抽油泵杆柱进行了受力分析，并建立了杆柱设计与计算的力学模型。提出了井下单螺杆抽油泵杆柱设计的原则和在二向应力状态下等强度组合杆柱设计和计算的方法：为降低杆柱摩阻和油液压头损失，应尽量采用小规格的D级抽油杆，在小规格的抽油杆柱的最大工作应力大于抽油杆的许用应力时再选用大一规格的抽油杆。此方法可利用计算机编程进行杆柱设计与计算，其程序简单易行，适用于现场工程设计计算。最后给出了设计与计算实例。     

玻璃钢－钢抽油杆柱振动频率的有限元法计算

合理设计玻璃钢－钢抽油杆柱，可使该混合杆柱的纵向振动固有频率更接近抽油机的工作频率，实现泵的超行程，从而增加产液量。本文建立了混合杆柱的有阻尼纵向自由振动有限元模型，并采用兰索斯法求解这一多自由度的ＭＣＫ型特征值问题。经实例计算，有限元法比ＡＰＩ计算法和Ｔｒｉｐｐ计算法精确，适用性强，可用于不同类型混合杆柱的设计计算。     

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。     

机械强扭式井下杆柱旋转工艺的研究与应用

有杆泵机采系统中和点下部杆柱的失稳弯曲会造成杆管泵之间的偏磨。杆柱底部加重并配套扶正器可以在一定程度上缓解中和点至滑杆间杆管的偏磨,但是滑杆自身以及柱塞偏磨却得不到有效解决。基于此,开展了底部杆柱旋转抗磨工艺技术研究,发明了机械强扭式井下杆柱旋转器。将该旋转器安装在杆柱中和点以下一定位置,通过均置滑块与闭环轨道的精密配合联动机构,依靠上、下交变载荷变抽油杆的直线往复为正向旋转,强制带动工具以下包括柱塞在内的杆柱实现整体旋转抗磨。机械强扭式井下杆柱旋转工艺在现场应用21井次,6井次已收到延长油井免修期效果。其中,沔26斜-3井使用该工艺后减少了柱塞间隙漏失量,日产油由使用前的0.7 t增至1.3 t,日增油0.6 t,有效期68 d,累计增油41 t。     

抽油机井井下故障工况仿真数学模型的研究(上)

从泵示功图入手,从力学角度出发,研究了抽油机井发生气锁、液击和泵下碰时抽油泵的运动规律以及杆柱断脱时断脱点的运动规律,建立了其数学模型,并得到了满意的仿真结果,即仿真结果基本能够反映出抽油机井在各种故障下的特征。进一步的杆柱断脱仿真试验还表明:杆柱断脱位置越靠上,断脱后悬点载荷的振动越严重;井液的粘度越小,杆柱断脱后悬点载荷的振动衰减越慢。运用给出的数学模型编制成仿真软件,便可实现对抽油机井在各种故障工况下的运动规律的研究。     

水平井抽油杆柱接触摩擦试验研究

介绍了水平井抽油杆柱模拟试验架和模拟试验情况。通过模拟抽油杆柱和接箍与管壁的接触状态，测定摩擦力随负载的变化曲线以及负载－应变曲线，可为水平井抽油杆柱的受力分析和模拟试验的定量研究提供依据和方法。试验井身的轴线为同一平面内的直线段和曲线段。井口用机械传动方式模拟杆柱运动；井底采用重块加载来模拟杆柱的泵挂负载；负载变化通过增减加重块实现；悬点力采用全桥应变片电路通过静态应变仪测定。这项试验为水平井抽油杆柱的三维有限元分析提供了对比数据。