抽油井杆管偏磨应力分析与治理对策

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1、抽油井杆管偏磨应力分析与治理对策胜利油田河口釆油厂釆油四矿四队王飞张斌摘要：抽油机深井泵采油中，油管与抽油杆偏磨是造成抽油机井躺井的主要因素，通过对油管与抽油杆之间偏磨损伤机理的分析研究，找出了影响偏磨速度的因素，提出了减缓偏磨速度的方法，取得了较好的经济效益。关键词：偏磨机理；应力分析；减缓；对策随着油田不断深入开发，综合含水逐渐上升，油井的偏磨、腐蚀等情况不断加剧。有杆泵油井生产过程中，由于井身结构限制、管柱失稳和管杆弹性变形、产出液性质影响等因素，造成抽油杆与油管之间总是存在接触磨损现象，导致油并油管磨损漏失、抽油杆磨损断脱等问

2、题，严重影响油井检泵周期。而且随着油W开发的进一步深入，低品位油藏相继投入开发，油井泵挂深度加大，同时开发产出液物性逐渐变差等因素都从不同程度上加剧了油井管杆偏磨问题的发牛.。消除或减缓抽油杆及油管的偏磨速度，延长检泵周期是提高油W开发效益的重要路径。1抽油杆与油管偏磨机理偏磨损伤的成因是抽油杆与油管之间发生相对运动，相对运动在抽油杆与油管接触面产生的接触应力大于油管与抽油杆的表面接触疲劳强度，从而导致接触面的损耗，接触应力越大,油管与抽油杆的损耗越快。损耗的直接结果是导致油管裂缝或抽油杆接箍断或抽油杆脱。治理管杆偏磨损伤的核心是如何

3、减小油管与抽油杆表面的接触应力，减缓管杆磨损的速度。2偏磨速度影响因素2.1接触砬力分析根据赫兹公式接触应力计算方法如下：2.1接触应力分析根据赫兹公式接触应力计算方法如下：式中：σH、Fn、b、ρ、E分别代表：最大接触皮力，作用在接触面上的载荷，接触长度，综合曲率半径，综合弹性模量其中综合曲率半径ρ=ρlρ2/(ρ2±ρl),正号用于外接触，负号用于内接触，ρ2代表油管偏磨点内半径，ρl代表抽油杆偏磨点外半径。由上式可以看出，影响汕管与抽汕杆接

4、触面接触应力大小的主要是四种因素，作用在接触面上的载荷、综合曲率半径、综合弹性模量、和接触长度。2.2接触面载荷分析假设节箍作为一个质点，那么抽油杆在偏磨点附近的运动，可以认为是质点围绕汕管摩擦点作向心运动，向心力即是接触面上的载荷。计算如下：式中：m，n:s，r，，fυ分别代表：抽油节箍质量，冲次，冲程，偏磨点拐弯半径，向心力，摩檫系数。由上式可以看出，在同一口井的同一偏磨点，偏磨接触面上的载荷的大小与冲次的平方成正比，冲次变小，作用在接触面上的载荷也随之变小，接触应力σH也将变小，偏磨减轻。2.3综合曲

5、率半径分析在采油生产中，抽油杆是在油管内部来冋做上下运动的，属于内接触，在公式ρ=ρlρ2/(ρ2±ρl)中适用于负号，因此当抽汕杆偏磨点外半径ρl越接近于油管偏磨点内半径ρ2时，综合曲率半径ρ越人，接触应力σH则越小，偏磨将随之减轻。2.4综合弹性模量分析综合弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力，是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，与材料的化学成分有关。2.5接触长度分析从赫兹公式可以看出，接触应力的大小与接触长度呈反比，接

6、触长度长度愈大，接触砬力愈小。在油管和抽油杆偏磨的过程中，汕管偏磨部位为油管内面，偏磨轨迹为线状，长度为抽油机冲程，在油田一般为4.8米，而抽汕杆偏磨部位通常为抽汕杆节箍，长度一般为0.2米，其奋效的接触长度为抽汕杆节箍长度，对汕管和抽汕杆来说，接触应力是相同的，但由于油管和抽油杆偏磨行程的不同，会造成油管抽油杆偏磨速度的不同。在一个单向运动过程中，抽汕杆节箍每一点的偏磨行程是4.8米，而油管每一点的偏磨行程是0.2米，汕管偏磨面的接触应力属于脉动循环应力，与抽汕杆节箍脱离接触后接触应力就等于零，因而在材质相同的情况下，油管的磨损速度

7、要远远小于抽油杆节箍，在厚度相同的情况下，理论上要磨坏20个以上的抽油杆节箍才能使油管损坏，可以通过定期更换抽汕杆节箍来实现检泵周期的延长。3减缓管杆磨损对策3.1降低作用在偏磨接触面上的载荷前面的公式已经指出，造成偏磨的摩檫力的大小与冲次的平方成正比，降低冲次可以降低作用在汕管、抽汕杆接触面上的载荷，减小接触应力，减缓磨损速度。现场应用：旋卡扶正器+普通抗磨副。加强新技术研究应用，引进弹力支撑定位扶正装置、弹力支撑抗磨副技术开展现场实验，并取得了显著效果。3.2增大综合曲率半径接触座力的公式已经指出，综合曲率半径的大小与接触应力成反

8、比，在油管内径不变的情况下，增人偏磨点处的抽油杆本体与节箍直径，可以奋效地增大综合曲率半径，减小接触应力，减缓磨损速度。在现场生产中，可以通过调整抽汕杆组合解决这个问题，在条件允许的情况下将偏磨部位的抽油杆提高一个级别使