桿管偏磨機(jī)理及防治對(duì)策

大慶石油學(xué)院石油工程分院主講人：曹廣勝教授抽油機(jī)井桿管偏磨機(jī)理及防治對(duì)策1包含的內(nèi)容（1）含水原油黏溫關(guān)系及流變特性測(cè)定；（2）井筒溫度分布計(jì)算；（3）建立井眼軌跡描述模型；（4）抽油桿管柱受力計(jì)算數(shù)學(xué)模型的建立；（5）桿管偏磨判定方法研究；（6）抽油桿柱偏磨域的確定；（7）防偏磨措施研究；（8）抽油桿柱偏磨仿真軟件編制。

2一、抽油機(jī)井桿管偏磨原因的理論分析1、抽油桿柱受力分析

上部受拉下部受壓}中和點(diǎn)2、影響偏磨程度的因素

偏磨程度{井身結(jié)構(gòu)桿管柱尺寸及組合井液水力參數(shù)原油物性生產(chǎn)參數(shù)3二、含水原油黏溫特性及流變性測(cè)定

對(duì)于井筒中的不同位置，混合流體的流動(dòng)速度，剪切速率和溫度各不相同，相應(yīng)的流體表觀黏度及水力摩阻亦不同。因此，需要測(cè)定不同溫度、不同含水率下原油的黏－溫特性及流變特性。1、原油黏溫特性測(cè)定圖1歡2-13-513井含水原油粘溫特性曲線(xiàn)圖2歡13-5114井含水原油粘溫特性曲線(xiàn)4圖3齊14-313井含水原油粘溫特性曲線(xiàn)圖4齊2-8-3110c含水原油粘溫特性曲線(xiàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)判斷各個(gè)區(qū)塊的油樣黏溫特性規(guī)律相似，原油黏度隨溫度的升高遞減，隨含水率的升高黏度遞減。

52、含水原油流變特性測(cè)定

圖5溫度30℃時(shí)原油流變特性曲線(xiàn)圖6溫度40℃時(shí)原油流變特性曲線(xiàn)圖7溫度50℃時(shí)原油流變特性曲線(xiàn)歡2-13-513井不同溫度下原油流變特性曲線(xiàn)6圖8溫度60℃時(shí)原油流變特性曲線(xiàn)圖9溫度70℃時(shí)原油流變特性曲線(xiàn)歡2-13-513井不同溫度下原油流變特性曲線(xiàn)圖10

溫度80℃時(shí)原油流變特性曲線(xiàn)7三、抽油機(jī)井桿柱受力計(jì)算

1、井筒壓力梯度分布計(jì)算（3）應(yīng)用壓力梯度公式迭代求出井筒壓力分布（2）計(jì)算段、下的物性參數(shù)（1）計(jì)算段井筒間距的，82、載荷計(jì)算模型（1）靜載荷

上沖程：下沖程：，（2）動(dòng)載荷上沖程：

下沖程：

式中：Wr

—懸點(diǎn)上的桿柱重量

Wl

—柱塞上的液柱重量Wr′-抽油桿柱在液柱中的重量

Wdu

—懸點(diǎn)承受的慣性載荷9（3）摩擦載荷

扶正器與油管壁間摩擦力

下沖程桿柱與液柱間摩擦力

10抽油桿接箍在液體中的下行摩擦力

流體通過(guò)游動(dòng)閥的水力摩阻泵柱塞與襯套之間的摩擦力11（4）懸點(diǎn)最大與最小載荷

上、下沖程的懸點(diǎn)最大加速度：

上沖程：下沖程：

12四、抽油機(jī)井桿柱強(qiáng)度校核及偏磨判定

1、抽油桿柱的強(qiáng)度校核

（1）奧金格公式法

求出最小應(yīng)力和最大應(yīng)力：求出應(yīng)力變化的幅值：

求出折算應(yīng)力：

強(qiáng)度校核：

，13（2）古德曼方法求出最小應(yīng)力和最大應(yīng)力：求計(jì)算最大許用應(yīng)力：

強(qiáng)度校核：

抽油桿的使用系數(shù)使用介質(zhì)APID級(jí)桿APIC級(jí)桿無(wú)腐蝕性1.001.00礦化水0.900.65含硫化氫0.700.50抽油桿的使用系數(shù)142、桿柱偏磨失穩(wěn)的判定標(biāo)準(zhǔn)

（1）壓桿穩(wěn)定性的計(jì)算

偏磨判斷條件：臨界力和臨界應(yīng)力計(jì)算：

材料鋼木材鑄鐵1.8～3.02.5～3.54.5～5.5穩(wěn)定安全系數(shù)

15（2）提高壓桿穩(wěn)定性的措施提高壓桿的臨界力和臨界應(yīng)力

壓桿的臨界應(yīng)力圖

1）減小壓桿的支撐長(zhǎng)度

2）選擇合理的截面形狀3）改善桿端的約束情況可見(jiàn)壓桿的臨界應(yīng)力與材料力學(xué)性能和壓桿的柔度有關(guān)，而柔度又綜合了壓桿的長(zhǎng)度、約束情況和橫截面的慣性半徑等影響因素。16五、防偏磨措施研究

1、桿柱下部使用加重桿設(shè)計(jì)

（1）加重系統(tǒng)的原理

（2）抽油桿柱中和點(diǎn)位置的確定

（3）需加重桿的重量為

圖5-1加重系統(tǒng)原理圖1—抽油桿；2—油管；3，6—加重砣；4—接箍；5—過(guò)度管；7—柱塞；8—泵筒172、抽油桿柱下部使用扶正器

圖5-2

抽油桿抽扶正器結(jié)構(gòu)示意圖18（2）垂直井扶正器的配置間距

1）受力分析

抽油桿柱受力分析

引起抽油桿柱彎曲的主要因素是

與

計(jì)算公式如下：

2）中和點(diǎn)確定

3）扶正器安裝位置與間距

（為整數(shù)）

19（3）斜井抽油桿扶正器的配置間距

抽油桿柱和油管壁之間的徑向間隙δ為：

梁中點(diǎn)的最大撓度f(wàn)max

為：扶正器合理配置間距L1應(yīng)滿(mǎn)足：

1）按抽油桿柱彎曲變形確定的合理配置間距202）按井眼幾何尺寸確定的合理配置間距扶正器的合理配置間距應(yīng)取兩者之間的小值，即：

21軟件的研制及應(yīng)用實(shí)例

1、軟件封面

222、輸入井號(hào)及相應(yīng)參數(shù)后界面233、運(yùn)行軟件后界面244、計(jì)算偏磨仿真曲線(xiàn)后界面

255、采用加重桿扶正后界面266、采用扶正器扶正后界面27計(jì)算結(jié)果討論及偏磨原因分析

1、偏磨影響因素分析

（1）含水率對(duì)偏磨的影響

含水率對(duì)偏磨高度的影響（2）沖程對(duì)偏磨的影響

沖程對(duì)偏磨的影響

含水率%51020304050607080偏磨高度m51110.5256.1354.4480.8586.8431.2210.6187.2沖程

m4.83.22.5偏磨高度

m256.1142.9764.6928（3）沖次對(duì)偏磨的影響

沖次對(duì)偏磨的影響

（4）