抽油机井抽油杆磨损程度预测答辩 ppt课件

1、天津职业技术师范大学2019届本科生毕业论文争辩班级：机自0901班抽油机井抽油杆磨损程度预测学号：03320210争辩人：陈云宗指点教师：梁尔国 工程师第1章 Chapter 1 机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩1.1 1.1 研讨课题的背景、目的及其意义研讨课题的背景、目的及其意义 随着中国的经济情势越来越好，在随着中国的经济情势越来越好，在“实现中华民族伟大复实现中华民族伟大复兴口号的倡引下，中国的采油业也日趋蓬勃开展，但在石油兴口号的倡引下，中国的采油业也日趋蓬勃开展，但在石油开采中随着油田进入高含水期开采中随着油田进入高含水期

2、, , 井液的含水、井液密度添加，井液的含水、井液密度添加，粘度、含蜡量提高粘度、含蜡量提高, ,泵挂加深泵挂加深, ,管杆接触面的光滑系数大幅度地管杆接触面的光滑系数大幅度地降低等使抽油杆上行载荷明显添加降低等使抽油杆上行载荷明显添加, ,下行阻力加大。这些变化下行阻力加大。这些变化促使抽油机驴头载荷添加的同时促使抽油机驴头载荷添加的同时, , 也改动了抽油杆的受力和变也改动了抽油杆的受力和变形形, ,处理抽油杆磨损已成为油田的当务之急。处理抽油杆磨损已成为油田的当务之急。 国内外由于抽油杆磨损导致的损失是非常宏大的。据统计，国内外由于抽油杆磨损导致的损失是非常宏大的。据统计，平均一口井由于

3、抽油杆磨损导致的修缮费高达一百万美圆，从平均一口井由于抽油杆磨损导致的修缮费高达一百万美圆，从上世纪上世纪7070年代开场，国内外专家就对抽油杆磨损机理，磨损规年代开场，国内外专家就对抽油杆磨损机理，磨损规律和磨损预测做了大量的相关研讨任务。但由于抽油杆和油管律和磨损预测做了大量的相关研讨任务。但由于抽油杆和油管之间的磨损是一个涉及多个学科，极其复杂的综合性问题，存之间的磨损是一个涉及多个学科，极其复杂的综合性问题，存在许多不确定性和随机性。最近几年国内外关于抽油杆的磨损在许多不确定性和随机性。最近几年国内外关于抽油杆的磨损问题研讨也比较缓慢。问题研讨也比较缓慢。 结合国内外的研讨成果，本论文

4、将深化分析抽油杆磨损的结合国内外的研讨成果，本论文将深化分析抽油杆磨损的机理、磨损规律；在掌握资料力学根底上，了解抽油杆磨损缘机理、磨损规律；在掌握资料力学根底上，了解抽油杆磨损缘由和磨损几何外形描画方法，分析建立抽油杆沿井深的受力计由和磨损几何外形描画方法，分析建立抽油杆沿井深的受力计算方法；运用摩擦学原理建立抽油杆的磨损方程，根据抽油机算方法；运用摩擦学原理建立抽油杆的磨损方程，根据抽油机扬程建立完好的抽油杆磨损预测模型；编制抽油杆磨损预测软扬程建立完好的抽油杆磨损预测模型；编制抽油杆磨损预测软件。抽油杆磨损预测软件将会对采油业以及相关的采油产业产件。抽油杆磨损预测软件将会对采油业以及相关

5、的采油产业产生积极而艰苦的影响。生积极而艰苦的影响。 第1章 Chapter 1 机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩1.2 1.2 抽油杆磨损的研讨成果抽油杆磨损的研讨成果 1.2.1 1.2.1 抽油杆偏磨研讨抽油杆偏磨研讨 中石化胜利油田采油工艺研讨院发表了中石化胜利油田采油工艺研讨院发表了“抽油杆和油管偏抽油杆和油管偏磨腐蚀的研讨进展。文章综述了最近几年来，有杆抽油系统磨腐蚀的研讨进展。文章综述了最近几年来，有杆抽油系统中杆管偏磨和腐蚀的机理、影响措施以及防治措施方面的研讨中杆管偏磨和腐蚀的机理、影响措施以及防治措施方面的研讨进展情

6、况，根据国内各油田采取的防止杆管偏磨及腐蚀获得的进展情况，根据国内各油田采取的防止杆管偏磨及腐蚀获得的效果，指出采用杆管防偏磨器、在油井中参与缓蚀剂、运用耐效果，指出采用杆管防偏磨器、在油井中参与缓蚀剂、运用耐磨腐蚀涂层资料等措施可获得良好的效果。磨腐蚀涂层资料等措施可获得良好的效果。 孙爱军，李士瑞等发表了孙爱军，李士瑞等发表了“抽油杆管磨损问题的讨论及预抽油杆管磨损问题的讨论及预防措施的文章指出：抽油井管杆偏磨是油田开发普遍存在的防措施的文章指出：抽油井管杆偏磨是油田开发普遍存在的问题，对于进入中后期开采阶段的油田，由于采用了注水等增问题，对于进入中后期开采阶段的油田，由于采用了注水等增产

7、措施，偏磨井数量逐年添加，借助抽油杆受力情况分析，提产措施，偏磨井数量逐年添加，借助抽油杆受力情况分析，提出了综合防治措施及方法；经过对杆管的有效扶正，防偏磨抽出了综合防治措施及方法；经过对杆管的有效扶正，防偏磨抽油泵新工艺运用，并获得了治理偏磨良好的效果。油泵新工艺运用，并获得了治理偏磨良好的效果。1.2.2 1.2.2 抽油杆磨损预测研讨抽油杆磨损预测研讨 况雨春，严金林等发表的况雨春，严金林等发表的“基于有限元方法的抽油杆磨损基于有限元方法的抽油杆磨损量预测指出：计算可以获得油杆任何部位的接触力、位移和量预测指出：计算可以获得油杆任何部位的接触力、位移和应力随时间的变化曲线以及恣意时辰接

8、触力、应力沿深度的分应力随时间的变化曲线以及恣意时辰接触力、应力沿深度的分布曲线，可以经过磨损量计算模型的磨损量沿杆分布的情况，布曲线，可以经过磨损量计算模型的磨损量沿杆分布的情况，计算情况与实践的偏磨位置有较好的吻合度。计算情况与实践的偏磨位置有较好的吻合度。 第1章 Chapter 1机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩 影响抽油杆偏磨1.3 1.3 本论文研讨内容本论文研讨内容 本论文在思索抽油杆的刚度和曲直的根底上，研讨本论文在思索抽油杆的刚度和曲直的根底上，研讨抽油杆磨损机理和影响抽油杆偏磨的要素，推导深井抽抽油杆磨损机理和影响抽

9、油杆偏磨的要素，推导深井抽油杆拉力油杆拉力扭矩方程，建立抽油杆磨损程度预测模型，扭矩方程，建立抽油杆磨损程度预测模型，并编制预测软件。该预测软件可以预测不同井深、不同并编制预测软件。该预测软件可以预测不同井深、不同任务环境、不同冲次形状、不同任务时间和不同钻井液任务环境、不同冲次形状、不同任务时间和不同钻井液类型下所对应的抽油杆的磨损程度。提早预测抽油杆的类型下所对应的抽油杆的磨损程度。提早预测抽油杆的磨损程度，将会对采油作业提供根据。实例阐明，抽油磨损程度，将会对采油作业提供根据。实例阐明，抽油杆磨损程度预测软件可以减少很多人为的估计误差，使杆磨损程度预测软件可以减少很多人为的估计误差，使预

10、测值更为准确。预测值更为准确。第2章 Chapter 2机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩2.1 2.1 抽油杆管偏磨缘由抽油杆管偏磨缘由1 1自然井斜引起偏磨自然井斜引起偏磨2 2地层蠕动呵斥井斜引起偏磨地层蠕动呵斥井斜引起偏磨3 3狗腿变向引起偏磨狗腿变向引起偏磨4 4套管变形引起偏磨套管变形引起偏磨2.2 2.2 抽油机井管偏磨规律抽油机井管偏磨规律1 1从含水情况的分布上看，完选集中在高含水从含水情况的分布上看，完选集中在高含水区。区。2 2从沉没度的分布情况来看，主要集中在低沉从沉没度的分布情况来看，主要集中在低沉没度井上。没度

11、井上。 3 3从偏磨位置的分布情况来看，主要集中在泵从偏磨位置的分布情况来看，主要集中在泵上上500500米以内。米以内。第2章 Chapter 2机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩 井深剖面表示图 1-垂直井段；2-第一次造斜井段。第2章 Chapter 2机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩2.3 2.3 抽油杆的受力分析抽油杆的受力分析 抽油杆接受的静载荷有：液体浮力Ff和抽油杆自重G；动载荷有：驴头悬点的载荷F(t)、接箍与井液的摩擦阻力Fj(f)、杆体与井液摩擦阻力Fg(f)

12、、液柱质量Gy(f)、抽油泵中柱塞与泵筒之间的摩擦阻力Fp(t)、油管与抽油杆产生接触的径向接触力R(t)、轴向摩擦力Rj(t)以及周向摩擦力Rz(f)。第3章 Chapter 3机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩 3.1 抽油杆磨损厚度的几何计算法 图3-1 抽油杆磨损断面的参数及几何关系第3章 Chapter 3机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩3.2 3.2 抽油杆拉力抽油杆拉力扭矩微分方程扭矩微分方程 其中， Ft为油管的轴向拉力,N； Ro为抽油杆外半径, m；v为下钻速度

13、，m/s； 为旋转角速度对于本坐标系，转盘正转取正值rad/s；为钻井液的构造力,Pa； 为钻井液的动力粘度,Pas； Dw为井径, m。 q为单位长度抽油杆分量，N/m。3.3 3.3 抽油杆磨损方程抽油杆磨损方程第3章 Chapter 3机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩Li114.1 4.1 抽油杆磨损体积计算抽油杆磨损体积计算第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩参数录入（抽油杆磨损效率、侧压力、磨损系数、扬程、时间、参数录入（抽油杆磨损效率、侧压力、磨

14、损系数、扬程、时间、冲次抽油杆的布氏硬度等信息）冲次抽油杆的布氏硬度等信息）利用公式：利用公式：计算磨损体积计算磨损体积V V输出磨损体积输出磨损体积V V抽油杆磨损体积计算流程图第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.2 4.2 抽油杆磨损体积计算参数选择抽油杆磨损体积计算参数选择状态状态加重钻井液介质加重钻井液介质抽油杆材料P110抽油杆磨损效率（F）由试验状态和抽油杆材料选择： 0.15侧压力（N/m）见表4.1摩擦系数（f）由加重钻井液介质经验公式选择： 0.000764扬程（m）3.5时间（t）分别选择1

15、年和2年进行对比计算冲次（次/min）分别选择4次/min和8次/min进行 对比计算抽油杆的布氏硬度（Hb）3269100000第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.3 4.3 抽油杆磨损体积计算界面抽油杆磨损体积计算界面第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.4 4.4 抽油杆磨损体积计算抽油杆磨损体积计算VBVB程序程序Function volume(k As Single, n As Single, f As Single,

16、v As Single, t As Single, s As Single, h As Single) As Singlevolume = k * n * 2 * f * v * s * t / hEnd FunctionPrivate Sub Command1_Click()Label7.Caption = volume(Val(Text1.Text), Val(Text2.Text), Val(Text3.Text), Val(Text4.Text), Val(Text5.Text), Val(Text6.Text), Val(Text7.Text)End SubPrivate Sub C

17、ommand2_Click()Text1.Text = Text2.Text = Text3.Text = Text4.Text = Text5.Text = Text6.Text = Text7.Text = Label7.Caption = End Sub Private Sub Command3_Click()EndEnd Sub第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.5 4.5 抽油杆磨损体积计算坐标图抽油杆磨损体积计算坐标图 冲次冲次4 4次次/min/min，磨损时间，磨损时间1 1年年第4章 Chap

18、ter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.5 4.5 抽油杆磨损体积计算坐标图抽油杆磨损体积计算坐标图 冲次冲次4 4次次/min/min，磨损时间，磨损时间2 2年年第4章 Chapter 4 机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.6 4.6 抽油杆磨损体积计算小结论抽油杆磨损体积计算小结论 经过对抽油杆磨损体积的计算，特别是利经过对抽油杆磨损体积的计算，特别是利用不同时间，不同冲次条件下进展的体积计算，用不同时间，不同冲次条件下进展的体积计算，可发现：可发现： ：一样的磨损

19、时间内，冲次越大，那么：一样的磨损时间内，冲次越大，那么抽油杆磨损抽油杆磨损 体积越大；体积越大； ：一样的冲次条件下，磨损时间越长，：一样的冲次条件下，磨损时间越长，那么抽油杆磨损体积越大；那么抽油杆磨损体积越大； ：抽油杆的磨损体积不是随着井深的添：抽油杆的磨损体积不是随着井深的添加而添加的，而是出现增大、减小、再增大的加而添加的，而是出现增大、减小、再增大的变化趋势。变化趋势。 : :抽油杆的磨损体积在抽油杆的磨损体积在300m300m、1400m1400m、2000m2000m等三处较大，其中在等三处较大，其中在300m300m处是磨损的最处是磨损的最大值；大值； ：抽油杆磨损体积在：

20、抽油杆磨损体积在700m700m、2300m2300m处较处较小，其中在小，其中在700m700m处出现最小值即磨损量最小。处出现最小值即磨损量最小。 ：抽油杆的磨损体积的最大值为：抽油杆的磨损体积的最大值为9.2026129.202612* *10-4m310-4m3，最小值为，最小值为0.263317950.26331795* *10-10-4m34m3；4.7 4.7 抽油杆磨损厚度计算抽油杆磨损厚度计算第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩参数录入（抽油杆磨损体积、抽油杆外圆半径、油管参数录入（抽油杆磨损体积

21、、抽油杆外圆半径、油管内圆半径）内圆半径） 利用利用VB中的二分法计算抽油杆磨损厚度中的二分法计算抽油杆磨损厚度h。 s1 = (R + h / 2) * (h / 2) * (R + h / 2 - r) * (r - h / 2) s2 = (R * R - (R - r + h) * (R - r + h) - r * r) / (2 * R * (R + h - r) s3 = R * R * Arccos(s2) s4 = R * Sin(Arccos(s2) / (R * s2 - d + r - h) f = s1 - 0.25 * (A + s3 - r * r * Arc t

22、an(s4) * (A + s3 - r * r * Arctan (s4)）如果满足如果满足:Loop Until Abs(f) = 0.0001 输出抽油杆磨损厚度输出抽油杆磨损厚度h抽油杆磨损厚度计算流程图第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.8 4.8 抽油杆磨损厚度计算参数选择抽油杆磨损厚度计算参数选择单位磨损体积（单位磨损体积（m3 3）见表见表4.1抽油杆外圆半径（m）由抽油杆公称直径选择半径：0.0095油管内圆半径（m）由油管标准选择不加厚内径 的油管半径为：0.03795第4章 Chapter

23、 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.9 4.9 抽油杆磨损厚度计算界面抽油杆磨损厚度计算界面第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.10 4.10 抽油杆磨损厚度计算抽油杆磨损厚度计算VBVB程序程序Dim r1 As Single, r As Single, h As Single, c As Single Public Function f(x As Single) As Single 自定义函数过程Dim S As Single, P As Sin

24、gle, ww As SingleDim alf1 As Single, beit1 As Single, tbeit1 As Single, caLf1 As Single, talf1 As Single, salf1 As Single S = (r1 - (r - x)P = (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2)caLf1 = (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x)salf1 = (Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (

25、r - x) 2)talf1 = (Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x)alf1 = (Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) tbeit1 = (r1 * Sin(At

26、n(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) / (r1 * (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) - (r1 - (r - x) 第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩续续 抽油杆磨损厚度计算抽油杆磨损厚度计算VBVB程序程序beit1

27、= (Atn(r1 * Sin(Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) / (r1 * (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) - (r1 - (r - x) f = (Atn(r1 * Sin(Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1

28、 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) / (r1 * (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) - (r1 - (r - x) * r 2 + 2 * Sqr(r1 + r + (r1 - (r - x) / 2) * (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2) - r1) * (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2) - r) * (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2)

29、- (r1 - (r - x) - (Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) * r1 2 - c返回传来参数x对应的函数值End FunctionPrivate Sub Command1_Click()Dim m As Single, a As Single, b As Single, fm As SingleDim fa As Single, fb As Single r1

30、= Val(Text1.Text) / 2 r = Val(Text2.Text) / 2 c = Val(Text5.Text)第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩续续 抽油杆磨损厚度计算抽油杆磨损厚度计算VBVB程序程序 Do 先接收用户输入方程根所在的区间 a = Val(Text3.Text) b = Val(Text4.Text)fa = f(a) 求两点对应的y坐标值，即其函数值 fb = f(b)Loop Until fa * fb 0 判断此区间内是否有根Label3.Caption = a &am

31、p; 到 & b & 区间内Do 二分法求根，直到达到精度为止 m = (a + b) / 2 取区间的中间点 fm = f(m) 求中间点的函数值 If fm = 0 Then 找到方程根 Exit Do 找到后立即退出 Else 没找到则继续二分 If fm * fa 0 Then b = m: fb = fm Else a = m: fa = fm End If End IfLoop Until Abs(fm) = 0.0001Label3.Caption = Label3.Caption & 方程的根是： & m 输出方程的根End Sub 第4章 Chapter 4机械工程学院 机自0901班 37号 陈云宗抽 油 杆 磨 损 程 度 预 测毕业论文争辩4.11 4.11 抽油杆磨损厚度算坐标图抽油杆磨损厚度算坐标图 冲次冲次4 4次次/min/min，磨损时间，磨损时间1 1年年第4章 Chapter 4机