桿管偏磨機理及防治對策

大慶石油學院石油工程分院主講人：曹廣勝教授抽油機井桿管偏磨機理及防治對策1包含的內容（1）含水原油黏溫關系及流變特性測定；（2）井筒溫度分布計算；（3）建立井眼軌跡描述模型；（4）抽油桿管柱受力計算數學模型的建立；（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2、影響偏磨程度的因素

偏磨程度{井身結構桿管柱尺寸及組合井液水力參數原油物性生產參數3二、含水原油黏溫特性及流變性測定

對于井筒中的不同位置，混合流體的流動速度，剪切速率和溫度各不相同，相應的流體表觀黏度及水力摩阻亦不同。因此，需要測定不同溫度、不同含水率下原油的黏－溫特性及流變特性。1、原油黏溫特性測定圖1歡2-13-513井含水原油粘溫特性曲線圖2歡13-5114井含水原油粘溫特性曲線4圖3齊14-313井含水原油粘溫特性曲線圖4齊2-8-3110c含水原油粘溫特性曲線根據實驗曲線判斷各個區(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定

圖5溫度30℃時原油流變特性曲線圖6溫度40℃時原油流變特性曲線圖7溫度50℃時原油流變特性曲線歡2-13-513井不同溫度下原油流變特性曲線6圖8溫度60℃時原油流變特性曲線圖9溫度70℃時原油流變特性曲線歡2-13-513井不同溫度下原油流變特性曲線圖10

溫度80℃時原油流變特性曲線7三、抽油機井桿柱受力計算

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

上沖程：下沖程：，（2）動載荷上沖程：

下沖程：

式中：Wr

—懸點上的桿柱重量

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

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

上、下沖程的懸點最大加速度：

上沖程：下沖程：

12四、抽油機井桿柱強度校核及偏磨判定

1、抽油桿柱的強度校核

（1）奧金格公式法

求出最小應力和最大應力：求出應力變化的幅值：

求出折算應力：

強度校核：

，13（2）古德曼方法求出最小應力和最大應力：求計算最大許用應力：

強度校核：

抽油桿的使用系數使用介質APID級桿APIC級桿無腐蝕性1.001.00礦化水0.900.65含硫化氫0.700.50抽油桿的使用系數142、桿柱偏磨失穩(wěn)的判定標準

（1）壓桿穩(wěn)定性的計算

偏磨判斷條件：臨界力和臨界應力計算：

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

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力

壓桿的臨界應力圖

1）減小壓桿的支撐長度

2）選擇合理的截面形狀3）改善桿端的約束情況可見壓桿的臨界應力與材料力學性能和壓桿的柔度有關，而柔度又綜合了壓桿的長度、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計

（1）加重系統(tǒng)的原理

（2）抽油桿柱中和點位置的確定

（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

抽油桿抽扶正器結構示意圖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

計算公式如下：

2）中和點確定

3）扶正器安裝位置與間距

（為整數）

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：

梁中點的最大撓度fmax

為：扶正器合理配置間距L1應滿足：

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取兩者之間的小值，即：

21軟件的研制及應用實例

1、軟件封面

222、輸入井號及相應參數后界面233、運行軟件后界面244、計算偏磨仿真曲線后界面

255、采用加重桿扶正后界面266、采用扶正器扶正后界面27計算結果討論及偏磨原因分析

1、偏磨影響因素分析

（1）含水率對偏磨的影響

含水率對偏磨高度的影響（2）沖程對偏磨的影響

沖程對偏磨的影響

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）沖次對偏磨的影響

沖次對偏磨的影響

（4）