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简单介绍优化抽油杆扶正器的设计与应用?
来源:www.goodcasingtools.com 发布时间:2019年10月25日

1.偏磨机理分析

(1)杆偏磨受含水和沉没度的影响

研究表明,含水对杆管偏磨有明显影响,随着含水的上升,杆管偏磨呈明显上升趋势,80%以上偏磨井的含水高于85%;80%以上的偏磨井发生于沉没度低于300m的油井,50%以上的偏磨井发生于沉没度低于100m的油井。

(2)杆偏磨受井身结构的影响

由于钻井过程中,其质量不合格而造成的井筒不直,出现“直井不直”的现象,使油管和油杆之间产生偏磨。在斜井中,在造斜点以下管杆轴线与重力的方面有一个斜角,管杆就会在井筒轴线上垂直的方面有一个分力。这个分力会使油杆产生弯曲变形,使管杆产生偏磨。

(3)杆偏磨受油管的弯曲变形的影响

油管在上冲程时,由于泵的“活塞效应”使油管底部受到一个向上的虚拟力作用,而使油管产弯曲变形。此时抽油杆因受到较大的张力,而保持直线状态(即管弯杆直),这时弯曲的油管就会与拉直的油杆产生偏磨。

(4)受油杆的弯曲变形的影响

抽油杆在下行程时,抽油泵的游动凡尔对流体阻力、柱塞的摩擦阻力、抽油杆在运动中与井液产生的摩擦力以及“气击”和“液击”现象的影响,会给抽油杆下行造成很大的阻力,致使抽油杆下部发生弯曲变形。此时油管处于拉直状态(即管直杆弯),使管杆相互磨损。

(5)油井供液能力的影响

当抽油井的供液能力差、沉没低时,会造成泵的充满程度差。这时柱塞在下冲程时,会与液面之间产生液击载荷,从而增大油杆的弯曲变形,加大油杆的偏磨。

(6)杆柱组合的影响

油杆的偏磨主要是下冲程时,下部油杆由于下行阻力造成油杆弯曲。这主要是下行阻力大于油杆的临界压力,使油杆由于失稳而产生弯曲变形。杆柱组合级数越小,应力集中的机会越少,杆柱级别不同,受压段长度不同(即中性点长度不同)。三级组合时受压段最长,杆柱压力最大;一级组合时受压段最短,杆柱压力最小。

(7)油杆偏磨受抽汲参数的影响

抽油机的工作制度对抽油杆的偏磨有着重要的影响,冲次越快,杆振动越大,管杆的磨损速度越快;抽油泵的泵径越大,抽油杆的下行程式阻力越大,油杆的弯曲变形越大。

(8)油杆偏磨受腐蚀与磨损的联合作用的影响

有研究表明,当油井产出液中含有腐蚀性介质时,腐蚀和偏磨相互作用。当管杆磨损以后,加快了腐蚀的速度;而杆管被腐蚀后,其强度降低,磨损的速度也会加快。腐蚀和偏磨共同作用对管杆的损伤分别是腐蚀和偏磨单独作用的6倍和3倍。

2.油杆偏磨主要原因分析

(1)井眼轨迹复杂导致杆管偏磨客观存在

井身剖面设计为“直-增-稳”,实际是“直-增-稳-降”,井眼轨迹不合理,导致偏磨不可避免。

(2) 方位角变化频繁,也是导致偏磨的重要因素

(3)含水上升加剧油杆偏磨

随着含水的上升,降低了原油对管杆接触表面的润滑性,同时油杆中性点位置不断上移,偏磨段不断加长。

(4)腐蚀结垢使油杆偏磨雪上加霜

腐蚀结垢降低了管杆表面光滑度,增加了摩擦系数,导致偏磨加剧。目前腐蚀、结垢井达568口,占油井开井数(722口)78.7%,随着腐蚀结垢井数增加,偏磨井数在逐年增加,对油杆防磨提出更高的要求。

3.扶正技术的理论研究依据

(1)声波测试定量分析油杆偏磨

回声仪反映停抽声波曲线的平滑特征,与开抽时呈区域性剧烈变化的差异,其内在原因是开抽时杆管弯曲严重,造成杆管局部径向面积增大并呈不规则排列,使声波剧烈反射,揭示出管杆蠕动与偏磨区域。对声波曲线的科学分析,为防止杆管偏磨,制定有效的技术措施提供了依据。定量计算杆管偏磨段,例如油井方10-12 井声波测试曲线上表明在360米―850米有剧烈波动,与该区域7次杆断,8次管漏吻合。


(2)抽油杆扶正器的负载分析

在传递动力过程中,产品的负载因抽油杆柱的位置而不同,上部的扶正器负载大,下部的负载小。负载通常有下列几种:自身重量; 油管内柱塞以上液柱重量; 井口回压产生的压力;柱塞与泵筒、产品及其接箍与油管、油管与液柱、产品与液注之间的摩擦力以及液体内部粘滞力;管柱内液体对产品的浮力; 产品与液柱的惯性力;产品的弹性变形引起的振动力;液体与活塞运动不一致或泵未充满等因素引起的冲击载荷。上冲程过程中产品所受力产品在上冲程时主要承载负荷为产品本身自重,活塞以上液柱重量,摩擦力,井口回压产生的压力,产品与液柱惯性力。当产品向上运动时,重力、摩擦力、惯性力、回压产生的压力都对产品产生向下的拉伸力,只有浮力对产品柱产生不大的力,中和点靠下,产品不容易失稳,因此产品上冲程过程中产品基本处于拉伸状态,正常垂直井不会有因产品弯曲产生的偏磨。当井身达到一定井斜时,这时处于井斜段的产品在上行过程中才会产生摩擦。下冲程过程中产品所受力:在下冲程时主要承载负荷为自身重力,摩擦力,产品与液柱惯性力,振动力,冲击力。这些力中惯性力、摩擦力、冲击力等都作用力都向上,并且在下部受有最大轴向压力,这个轴向压力使其失稳弯曲并导致紧贴在油管内壁上,同时振动力产生的径向力也加剧弯曲,在生产过程中管杆发生相对运动,从而使得管杆发生偏磨。

(3)现场应用效果

通过对油杆偏磨机理的进行分析,对抽油杆上、下冲程过程中抽油杆稳定器所受力的分析,利用声波测试定量分析油杆偏磨段,针对不同偏磨情况,跟据不同井斜分类,合理配置扶正器密度,减小、延缓抽油杆柱的摩擦,现场应用效果较好,有效的延长了油井免修期。

短杆式:短杆式应用在油杆接箍处,起到扶正接箍,防止接箍直接作用在油管内壁,减少偏磨的作用。优点:易于安装,能够有效的保护油杆接箍,减少偏磨。缺点:过多的丝扣连接增多了杆脱的风险;安装方面增加了工作量;材质与油杆不同,在上下运行时产生载荷交变点,易发生金属疲劳而断脱。

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