抽油杆偏磨力学分析与治理对策

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1、抽油杆偏磨力学分析与治理对策［摘要］本文针对抽油杆断的普遍现象，分析了抽油杆下行阻力造成弯曲的原因，找出了抽油杆下行过程中所受阻力，分析了抽油杆下行阻力对抽油杆稳定性的影响。结合目前井筒管柱结构，从理论上分析了管柱结构、井身结构造成油管弯曲原因及对抽油杆偏磨的影响。评价了抽油杆不同偏磨因素对生产周期的影响，建立了管柱优化、杆柱优化、参数优化、工艺转向等防偏磨措施对偏磨井的治理对策。［关键词］抽油杆；断裂；制约因素；对策；冃IJH近年以来，抽油杆偏磨已经成为开发管理的深层次矛盾之一，成为制约油井正常生产的突出矛盾。因此，深入开展抽油杆偏磨断

2、裂原因分析研究，有效控制抽油杆偏磨，已成为工程技术管理人员需要解决的问题。抽油杆更新力度不足，因杆的问题导致油井躺井比例居高不下。抽油杆年更新率为13%左右。由于杆的质量较以前有所下降，加之历史欠帐严重，近年来抽油杆报废率呈逐年上升趋势。根据多年来实际使用情况来看，抽油杆更新率应保持在20%以上，目前实际年抽油杆更换率为13%左右，远不能满足需要，为维持油水井的正常生产，只能采取降低杆报废标准、实行分级分类使用的办法来延长杆的使用周期，但结果是因杆问题导致油井躺井比例居高不下。1抽油杆偏磨断裂受力分析抽油杆下行时，抽油杆柱受的合力方向向下

3、，对于下部抽油杆来说，同时也受方向向上的应力作用，包括惯性力、抽油杆柱所受摩擦力、衬套与柱塞间的摩擦力以及采出液经过游动凡尔的阻力等方向向上的作用力。1.1抽油机下冲程时，抽油杆柱在作变速运动，因而将产生抽油杆惯性力。下冲程前半冲程时惯性力向上，其最大值为：P惯二((

4、_杆XWXsXn2)/1790)X(1-r/l)式中：P惯-下冲程最大抽油杆惯性力，N；L杆-抽油杆柱长度，m；W-抽油杆单位长度的重量，N/m；S-冲程，m；n-冲次，；r-抽油机曲柄半径，m；I-抽油机连杆半径，m。由公式看出，泵挂越深，生产参数越大，特别是冲次越大，惯

5、性力越大，对抽油杆稳定性的影响越大。1.2由于抽油杆柱作变速运动和交变载荷的作用,引起的抽油杆弹性振动形成的阻力。P振=((EXfXVmax)/a)Xsin((兀n/30)XL杆/E)式中，E-钢的弹性模量，2.06X1011；f-抽油杆直径，mm；a-抽油杆中的声速，5100m/s；V-抽油杆下行速度，Vmax=Jisn/60o在抽油杆材质一定的情况下，振动载荷主要与抽油井的冲程、冲次以及抽油杆的长度和直径成函数关系。1.3摩擦阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，其最大值为：P液摩=2nuL杆((m3-l)/((m3+l)lnm-(m

6、3-l)))Vmax.u=uo(1-fw)+uwfw；Vmax=兀sn/60式中，u-井内液体粘度，mPa.s；对于原油和水等牛顿流体，可以采用加权法计算混合液的粘度；m-油管内径与抽油杆直径比(计算节箍摩擦力时为油管内径与节古直径比)。摩擦力阻力的决定因素是抽油杆柱的运动速度和原油粘度。1.4抽油杆与油管的摩擦力P。抽油杆接近垂直状态时，通常不超过抽油杆柱重量的1.5%o以上四种力主要与泵挂、生产参数有关，泵挂越深、冲程、冲次越大，惯性力、振动载荷等四种力越大，由于该四种力都为均匀分布在抽油杆柱的，因此计算中下部抽油杆与液柱的摩擦力时，

7、取抽油杆柱的1/2,即1/2L泵挂；该类力对中下部抽油杆的的影响相对较小，因此不做详细介绍。1.5液体经过游动凡尔产生的阻力P。由于液流通过游动凡尔产生的压头损失将对柱塞产生的一定下行阻力P游阻：P游阻=3/728U2XF3(1+fO/F)/fO2X((sXn)2)Xpf式中，F-柱塞截面积，m2；fO-游动凡尔座孔的断面积，m2；f-抽油杆截面积，m2；pf-混合液密度，kg/m3o由于井筒混合液中有油、气、水三相介质，因此混合液密度不能简单的加权平均，在此借鉴了经验公式确定：当地面原油密度P0^0.91时，pf=(3.2Xp0-2.1

8、7)(1-fw)+0.95Xfw；当地面原油密度P。