人工举升理论第讲抽油井偏磨

关于人工举升理论第讲抽油井偏磨第一页，共八十三页，2022年，8月28日偏磨机理研究分析建立数学模型修正数学模型偏磨诊断措施优化室内试验研究现场试验优化方案定型总体研究思路第二页，共八十三页，2022年，8月28日主要汇报内容抽油机井杆管偏磨机理研究井眼弯曲的影响上顶力影响法向力影响振动影响偏磨诊断及优化设计软件研究摩阻计算优化措施分布图加重砣设计低摩阻泵设计扶正器间距设计第三页，共八十三页，2022年，8月28日井眼弯曲的影响第四页，共八十三页，2022年，8月28日井眼弯曲的影响第五页，共八十三页，2022年，8月28日井眼弯曲的影响第六页，共八十三页，2022年，8月28日上冲程摩擦力摩擦力液柱重力惯性力杆柱重力v拉力下冲程摩擦力摩擦力阀阻力惯性力杆柱重力v浮力上顶力的影响摩擦力液柱重力惯性力杆柱重力v拉力摩擦力摩擦力液柱重力惯性力杆柱重力v拉力阀阻力惯性力v浮力摩擦力阀阻力惯性力v浮力摩擦力杆柱重力第七页，共八十三页，2022年，8月28日抽油泵柱塞与衬套之间的摩擦力二级泵上顶力的影响第八页，共八十三页，2022年，8月28日抽油泵柱塞与衬套之间的摩擦力三级泵上顶力的影响第九页，共八十三页，2022年，8月28日在不同介质中游动凡尔与球座的摩擦阻力计算上顶力的影响第十页，共八十三页，2022年，8月28日井液与单位长度抽油杆之间的摩擦力式中：－井液的粘度－油管内径与抽油杆直径之比－抽油杆柱最大下行速度

上顶力的影响第十一页，共八十三页，2022年，8月28日抽油杆上顶力屈曲失稳正弦屈曲螺旋屈曲超过临界载荷上顶力影响第十二页，共八十三页，2022年，8月28日杆管的正弦屈曲临界载荷其中：E为材料杨氏弹性模量，Pa；

I为截面的惯性矩，m4；

Lcr为泵端抽油杆柱在临界载荷作用下中位点到泵端的距离，m；

q为轴向分布力，N/m。上顶力影响第十三页，共八十三页，2022年，8月28日杆管的正弦屈曲临界载荷上顶力影响第十四页，共八十三页，2022年，8月28日正弦屈曲变形形态上顶力影响第十五页，共八十三页，2022年，8月28日杆柱发生正弦屈曲时的接触力式中：

k为系数，k=1.1；

x2为中位点到泵端的距离，无因次；

xc为临界状态下中位点到泵端的距离，xc=3.325；

r为抽油杆接箍和油管内壁之间的视半径上顶力的影响第十六页，共八十三页，2022年，8月28日杆管的螺旋屈曲临界载荷其中：E为材料杨氏弹性模量，Pa；

I为截面的惯性矩，m4；

Lhel为泵端抽油杆柱在临界载荷作用下中位点到泵端的距离，m；

q为轴向分布力，N/m。上顶力影响第十七页，共八十三页，2022年，8月28日杆管的螺旋屈曲临界载荷992.326.2537.825705.724.1129.2722477.221.8621.8319301.719.4915.4816螺旋屈曲临界载荷（N）中位点到泵临界长度(m)单位长度重量（N/m）直径（mm）上顶力的影响第十八页，共八十三页，2022年，8月28日杆柱发生螺旋屈曲时的接触力式中：q为接触力，N/m；

Fa为轴向载荷，N；r为抽油杆接箍和油管内壁之间的距离，m；

E为抽油杆的弹性模量，Pa；

I为抽油杆的截面惯性矩，m4。上顶力的影响第十九页，共八十三页，2022年，8月28日轴线螺旋屈曲示意图

上顶力的影响第二十页，共八十三页，2022年，8月28日

螺距由下式计算：

轴向力越大时，螺距越小。在泵端杆柱受轴向压力最大，从泵端到中位点逐渐减小，所以在出现螺旋屈曲的情况下，下部螺旋较密，向上螺距逐渐增大。上顶力的影响第二十一页，共八十三页，2022年，8月28日25mm杆柱螺距随轴向力变化曲线上顶力的影响第二十二页，共八十三页，2022年，8月28日油管抽油杆牛顿流体非牛顿流体上顶力的影响第二十三页，共八十三页，2022年，8月28日法向力的计算模型由于聚合物可看成是一种幂律流体，所以应用紊流状态下，幂律流体管壁处剪切速率模型及上随体maxwell流体模型计算可得出液体法向力与抽油杆偏心距之间的关系。法向力的影响第二十四页，共八十三页，2022年，8月28日紊流状态下管壁处剪切速率模型：

—剪切速率，；

—

—流体相对于抽油杆的速度，；

——流性指数，无因次；

——当量直径，；其中：法向力的影响第二十五页，共八十三页，2022年，8月28日第一法向应力差

计算模型：其中：——第一法向应力差，；——松弛时间，；——剪切速率，；——零剪切速率特性粘度，

法向力的影响第二十六页，共八十三页，2022年，8月28日零剪切速率特性粘度是聚合物增稠能力的一种度量，是聚合物浓度趋于零时在零剪切速率下聚合物溶液的比浓粘度；当温度一定时，只与聚合物本身结构和性质有关。

零剪切速率特性粘度：松弛时间的计算：——松弛时间，；——Weissenberg数，；——有效长度，；；——流体平均流速，。法向力的影响第二十七页，共八十三页，2022年，8月28日抽油杆管截面示意图如图所示，由于偏心距的存在，抽油杆壁与油管内壁之间的距离（环空厚度）是一个处处变化的量

法向力的影响第二十八页，共八十三页，2022年，8月28日如图2-2所示，在△ABC中，偏心距e，抽油杆半径r,油管内径R已知，利用余弦定理得：r2=e2+(R-δ)-2e(R-δ)cos(θ+90°)

法向力的影响第二十九页，共八十三页，2022年，8月28日求解该方程得环空厚度为：

于是，法向力可由下式积分计算得到：

法向力的影响第三十页，共八十三页，2022年，8月28日法向力由下式计算：

——松弛时间

——零剪切速率特性粘度

——抽油杆半径

——油管内半径

——相对流速

——流性指数，无因次

——偏心距法向力的影响第三十一页，共八十三页，2022年，8月28日法向力与偏心距关系曲线法向力的影响第三十二页，共八十三页，2022年，8月28日不同浓度下法向力随流速的变化曲线法向力的影响第三十三页，共八十三页，2022年，8月28日与采研实测法向力的对比分析

法向力的影响第三十四页，共八十三页，2022年，8月28日与采研实测法向力的对比分析

n=3次/分理论法向力与实验法向力对比表测点深度L（m）偏心距e（mm）实验法向力（N/m）计算法向力（N/m）误差（%）7260.0860.0789．3135130.2490.2442153170.5280.4917法向力的影响第三十五页，共八十三页，2022年，8月28日与采研实测法向力的对比分析

n=4.5次/分理论法向力与实验法向力对比表测点深度L（m）偏心距e（mm）实验法向力（N/m）计算法向力（N/m）误差（%）7250.0720.0731．413590.160.156．5153160.4840.4644．2法向力的影响第三十六页，共八十三页，2022年，8月28日与采研实测法向力的对比分析

n=9次/分理论法向力与实验法向力对比表法向力的影响第三十七页，共八十三页，2022年，8月28日与采油一厂实测结果对比分析法向力的影响第三十八页，共八十三页，2022年，8月28日法向力对比分析结果法向力随偏心距的增大而增大，随流速的增大而增大，随聚合物浓度的增大而增大；在数值上，理论法向力与实测法向力也基本一致，偏差在10%以内。法向力的影响第三十九页，共八十三页，2022年，8月28日实测振动载荷

振动随着井深的减小而增大

振动的影响第四十页，共八十三页，2022年，8月28日C――阻尼系数；――单位长度抽油杆的质量，A――抽油杆柱的横截面积；N――抽油杆柱内的轴向力振动的影响第四十一页，共八十三页，2022年，8月28日抽油杆柱得振动位移响应：振动的影响第四十二页，共八十三页，2022年，8月28日抽油杆柱的振动载荷由上式对x求偏导数求得：

振动的影响第四十三页，共八十三页，2022年，8月28日理论计算振动载荷

振动的影响第四十四页，共八十三页，2022年，8月28日轴向拉力及横向振动力下的挠度沿井深分布

振动的影响第四十五页，共八十三页，2022年，8月28日横向振动力作用下挠度变化曲线振动的影响第四十六页，共八十三页，2022年，8月28日振动载荷对比分析结果振动载荷随井深的增加而减小，即在井口振动载荷最大，向下逐渐减小。振动的影响第四十七页，共八十三页，2022年，8月28日由以上分析可知，法向力随偏心距增大而增大，振动力随井深的增大而减小。在上部，横向振动载荷最大，但由于轴向拉力也最大，所以产生的横向挠度并不大（这个横向挠度即可作为引起法向力的偏心距），因此上部法向力不大，即在上部，在影响偏磨的横向载荷中，振动力起主要作用。而在下部正好相反，法向力起主要作用。振动的影响第四十八页，共八十三页，2022年，8月28日优化措施分布图第四十九页，共八十三页，2022年，8月28日上冲程摩擦力摩擦力液柱重力惯性力杆柱重力v拉力下冲程摩擦力摩擦力阀阻力惯性力杆柱重力v浮力第五十页，共八十三页，2022年，8月28日抽油杆柱的中和点位置确定

加重砣长度的计算

加重砣设计第五十一页，共八十三页，2022年，8月28日由泵功图推断其他原因产生的摩阻第五十二页，共八十三页，2022年，8月28日杆柱弯曲曲线的计算第五十三页，共八十三页，2022年，8月28日在轴向拉力条件下抽油杆扶正器安放间距计算在轴向压力条件下抽油杆扶正器安放间距计算扶正器安放间距的计算第五十四页，共八十三页，2022年，8月28日

Lc2Lc2/2Lc3Lc3/2Lc4Lc4/2S2=(Lc2+Lc3)/2S3=(Lc3+Lc4)/2Lc1Lc1/2S1=(Lc1+Lc2)/2Fa1Fa2Fa3Fa4F5FN1FN2FN3FN4FN5

扶正器安放间距的计算第五十五页，共八十三页，2022年，8月28日

扶正器安放间距的计算第五十六页，共八十三页，2022年，8月28日

聚驱井中使用常规泵存在的问题聚合物流体的粘弹性聚驱井中常规泵漏失量的计算低摩阻泵漏失量的计算低摩阻泵柱塞与泵筒摩擦力的计算低摩阻泵的设计的计算第五十七页，共八十三页，2022年，8月28日

聚驱井中使用常规泵存在的问题

聚合物浓度增加柱塞泵筒间摩擦增大上顶力增大杆柱偏磨加大泵的间隙摩擦力减小漏失量增加泵效降低应用低摩阻泵与同样间隙大小的泵相比减小了漏失量。提高了泵效。

与同样漏失量的泵相比减小了柱塞与摩擦力。低摩阻泵的设计的计算第五十八页，共八十三页，2022年，8月28日

聚合物流体的粘弹性

低摩阻泵的设计的计算第五十九页，共八十三页，2022年，8月28日

聚驱井中常规泵漏失量的计算

假设液体为不可压缩的，液体在缝隙中流动的水力半径很小，呈层流流动，柱塞在每一位置的瞬间，流动做定常流处理，建立了泵筒与柱塞同心和偏心两种情况下运动方程和边界条件，引入无量纲坐标、无量纲速度和柱塞与泵筒偏心配合时的缝隙高度，并给出缝隙流流速、流量的解析解。低摩阻泵的设计的计算第六十页，共八十三页，2022年，8月28日

低摩阻泵漏失量的计算D——泵径

——偏心度

——泵间隙

——泵两端压差

——有效粘度

——柱塞长度

——柱塞运行速度低摩阻泵的设计的计算第六十一页，共八十三页，2022年，8月28日

低摩