人工舉升理論第講抽油井偏磨

關(guān)于人工舉升理論第講抽油井偏磨第1頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月偏磨機理研究分析建立數(shù)學(xué)模型修正數(shù)學(xué)模型偏磨診斷措施優(yōu)化室內(nèi)試驗研究現(xiàn)場試驗優(yōu)化方案定型總體研究思路第2頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月主要匯報內(nèi)容抽油機井桿管偏磨機理研究井眼彎曲的影響上頂力影響法向力影響振動影響偏磨診斷及優(yōu)化設(shè)計軟件研究摩阻計算優(yōu)化措施分布圖加重砣設(shè)計低摩阻泵設(shè)計扶正器間距設(shè)計第3頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月井眼彎曲的影響第4頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月井眼彎曲的影響第5頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月井眼彎曲的影響第6頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月上沖程摩擦力摩擦力液柱重力慣性力桿柱重力v拉力下沖程摩擦力摩擦力閥阻力慣性力桿柱重力v浮力上頂力的影響摩擦力液柱重力慣性力桿柱重力v拉力摩擦力摩擦力液柱重力慣性力桿柱重力v拉力閥阻力慣性力v浮力摩擦力閥阻力慣性力v浮力摩擦力桿柱重力第7頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦力二級泵上頂力的影響第8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦力三級泵上頂力的影響第9頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在不同介質(zhì)中游動凡爾與球座的摩擦阻力計算上頂力的影響第10頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月井液與單位長度抽油桿之間的摩擦力式中：－井液的粘度－油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比－抽油桿柱最大下行速度

上頂力的影響第11頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油桿上頂力屈曲失穩(wěn)正弦屈曲螺旋屈曲超過臨界載荷上頂力影響第12頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿管的正弦屈曲臨界載荷其中：E為材料楊氏彈性模量，Pa；

I為截面的慣性矩，m4；

Lcr為泵端抽油桿柱在臨界載荷作用下中位點到泵端的距離，m；

q為軸向分布力，N/m。上頂力影響第13頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿管的正弦屈曲臨界載荷上頂力影響第14頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月正弦屈曲變形形態(tài)上頂力影響第15頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿柱發(fā)生正弦屈曲時的接觸力式中：

k為系數(shù)，k=1.1；

x2為中位點到泵端的距離，無因次；

xc為臨界狀態(tài)下中位點到泵端的距離，xc=3.325；

r為抽油桿接箍和油管內(nèi)壁之間的視半徑上頂力的影響第16頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿管的螺旋屈曲臨界載荷其中：E為材料楊氏彈性模量，Pa；

I為截面的慣性矩，m4；

Lhel為泵端抽油桿柱在臨界載荷作用下中位點到泵端的距離，m；

q為軸向分布力，N/m。上頂力影響第17頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿管的螺旋屈曲臨界載荷992.326.2537.825705.724.1129.2722477.221.8621.8319301.719.4915.4816螺旋屈曲臨界載荷（N）中位點到泵臨界長度(m)單位長度重量（N/m）直徑（mm）上頂力的影響第18頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿柱發(fā)生螺旋屈曲時的接觸力式中：q為接觸力，N/m；

Fa為軸向載荷，N；r為抽油桿接箍和油管內(nèi)壁之間的距離，m；

E為抽油桿的彈性模量，Pa；

I為抽油桿的截面慣性矩，m4。上頂力的影響第19頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月軸線螺旋屈曲示意圖

上頂力的影響第20頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

螺距由下式計算：

軸向力越大時，螺距越小。在泵端桿柱受軸向壓力最大，從泵端到中位點逐漸減小，所以在出現(xiàn)螺旋屈曲的情況下，下部螺旋較密，向上螺距逐漸增大。上頂力的影響第21頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月25mm桿柱螺距隨軸向力變化曲線上頂力的影響第22頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月油管抽油桿牛頓流體非牛頓流體上頂力的影響第23頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月法向力的計算模型由于聚合物可看成是一種冪律流體，所以應(yīng)用紊流狀態(tài)下，冪律流體管壁處剪切速率模型及上隨體maxwell流體模型計算可得出液體法向力與抽油桿偏心距之間的關(guān)系。法向力的影響第24頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月紊流狀態(tài)下管壁處剪切速率模型：

—剪切速率，；

—

—流體相對于抽油桿的速度，；

——流性指數(shù)，無因次；

——當(dāng)量直徑，；其中：法向力的影響第25頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第一法向應(yīng)力差

計算模型：其中：——第一法向應(yīng)力差，；——松弛時間，；——剪切速率，；——零剪切速率特性粘度，

法向力的影響第26頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月零剪切速率特性粘度是聚合物增稠能力的一種度量，是聚合物濃度趨于零時在零剪切速率下聚合物溶液的比濃粘度；當(dāng)溫度一定時，只與聚合物本身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。

零剪切速率特性粘度：松弛時間的計算：——松弛時間，；——Weissenberg數(shù)，；——有效長度，；；——流體平均流速，。法向力的影響第27頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油桿管截面示意圖如圖所示，由于偏心距的存在，抽油桿壁與油管內(nèi)壁之間的距離（環(huán)空厚度）是一個處處變化的量

法向力的影響第28頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖2-2所示，在△ABC中，偏心距e，抽油桿半徑r,油管內(nèi)徑R已知，利用余弦定理得：r2=e2+(R-δ)-2e(R-δ)cos(θ+90°)

法向力的影響第29頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月求解該方程得環(huán)空厚度為：

于是，法向力可由下式積分計算得到：

法向力的影響第30頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月法向力由下式計算：

——松弛時間

——零剪切速率特性粘度

——抽油桿半徑

——油管內(nèi)半徑

——相對流速

——流性指數(shù)，無因次

——偏心距法向力的影響第31頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月法向力與偏心距關(guān)系曲線法向力的影響第32頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月不同濃度下法向力隨流速的變化曲線法向力的影響第33頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月與采研實測法向力的對比分析

法向力的影響第34頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月與采研實測法向力的對比分析

n=3次/分理論法向力與實驗法向力對比表測點深度L（m）偏心距e（mm）實驗法向力（N/m）計算法向力（N/m）誤差（%）7260.0860.0789．3135130.2490.2442153170.5280.4917法向力的影響第35頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月與采研實測法向力的對比分析

n=4.5次/分理論法向力與實驗法向力對比表測點深度L（m）偏心距e（mm）實驗法向力（N/m）計算法向力（N/m）誤差（%）7250.0720.0731．413590.160.156．5153160.4840.4644．2法向力的影響第36頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月與采研實測法向力的對比分析

n=9次/分理論法向力與實驗法向力對比表法向力的影響第37頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月與采油一廠實測結(jié)果對比分析法向力的影響第38頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月法向力對比分析結(jié)果法向力隨偏心距的增大而增大，隨流速的增大而增大，隨聚合物濃度的增大而增大；在數(shù)值上，理論法向力與實測法向力也基本一致，偏差在10%以內(nèi)。法向力的影響第39頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月實測振動載荷

振動隨著井深的減小而增大

振動的影響第40頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月C――阻尼系數(shù)；――單位長度抽油桿的質(zhì)量，A――抽油桿柱的橫截面積；N――抽油桿柱內(nèi)的軸向力振動的影響第41頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油桿柱得振動位移響應(yīng)：振動的影響第42頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油桿柱的振動載荷由上式對x求偏導(dǎo)數(shù)求得：

振動的影響第43頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月理論計算振動載荷

振動的影響第44頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月軸向拉力及橫向振動力下的撓度沿井深分布

振動的影響第45頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月橫向振動力作用下?lián)隙茸兓€振動的影響第46頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月振動載荷對比分析結(jié)果振動載荷隨井深的增加而減小，即在井口振動載荷最大，向下逐漸減小。振動的影響第47頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月由以上分析可知，法向力隨偏心距增大而增大，振動力隨井深的增大而減小。在上部，橫向振動載荷最大，但由于軸向拉力也最大，所以產(chǎn)生的橫向撓度并不大（這個橫向撓度即可作為引起法向力的偏心距），因此上部法向力不大，即在上部，在影響偏磨的橫向載荷中，振動力起主要作用。而在下部正好相反，法向力起主要作用。振動的影響第48頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)化措施分布圖第49頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月上沖程摩擦力摩擦力液柱重力慣性力桿柱重力v拉力下沖程摩擦力摩擦力閥阻力慣性力桿柱重力v浮力第50頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月抽油桿柱的中和點位置確定

加重砣長度的計算

加重砣設(shè)計第51頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月由泵功圖推斷其他原因產(chǎn)生的摩阻第52頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月桿柱彎曲曲線的計算第53頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月在軸向拉力條件下抽油桿扶正器安放間距計算在軸向壓力條件下抽油桿扶正器安放間距計算扶正器安放間距的計算第54頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

Lc2Lc2/2Lc3Lc3/2Lc4Lc4/2S2=(Lc2+Lc3)/2S3=(Lc3+Lc4)/2Lc1Lc1/2S1=(Lc1+Lc2)/2Fa1Fa2Fa3Fa4F5FN1FN2FN3FN4FN5

扶正器安放間距的計算第55頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

扶正器安放間距的計算第56頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

聚驅(qū)井中使用常規(guī)泵存在的問題聚合物流體的粘彈性聚驅(qū)井中常規(guī)泵漏失量的計算低摩阻泵漏失量的計算低摩阻泵柱塞與泵筒摩擦力的計算低摩阻泵的設(shè)計的計算第57頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

聚驅(qū)井中使用常規(guī)泵存在的問題

聚合物濃度增加柱塞泵筒間摩擦增大上頂力增大桿柱偏磨加大泵的間隙摩擦力減小漏失量增加泵效降低應(yīng)用低摩阻泵與同樣間隙大小的泵相比減小了漏失量。提高了泵效。

與同樣漏失量的泵相比減小了柱塞與摩擦力。低摩阻泵的設(shè)計的計算第58頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

聚合物流體的粘彈性

低摩阻泵的設(shè)計的計算第59頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

聚驅(qū)井中常規(guī)泵漏失量的計算

假設(shè)液體為不可壓縮的，液體在縫隙中流動的水力半徑很小，呈層流流動，柱塞在每一位置的瞬間，流動做定常流處理，建立了泵筒與柱塞同心和偏心兩種情況下運動方程和邊界條件，引入無量綱坐標、無量綱速度和柱塞與泵筒偏心配合時的縫隙高度，并給出縫隙流流速、流量的解析解。低摩阻泵的設(shè)計的計算第60頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

低摩阻泵漏失量的計算D——泵徑

——偏心度

——泵間隙

——泵兩端壓差

——有效粘度

——柱塞長度

——柱塞運行速度低摩阻泵的設(shè)計的計算第61頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月