杆管偏磨机理及防治对策

大庆石油学院石油工程分院主讲人：曹广胜教授抽油机井杆管偏磨机理及防治对策1包含的内容（1）含水原油黏温关系及流变特性测定；（2）井筒温度分布计算；（3）建立井眼轨迹描述模型；（4）抽油杆管柱受力计算数学模型的建立；（5）杆管偏磨判定方法研究；（6）抽油杆柱偏磨域的确定；（7）防偏磨措施研究；（8）抽油杆柱偏磨仿真软件编制。

2一、抽油机井杆管偏磨原因的理论分析1、抽油杆柱受力分析

上部受拉下部受压}中和点2、影响偏磨程度的因素

偏磨程度{井身结构杆管柱尺寸及组合井液水力参数原油物性生产参数3二、含水原油黏温特性及流变性测定

对于井筒中的不同位置，混合流体的流动速度，剪切速率和温度各不相同，相应的流体表观黏度及水力摩阻亦不同。因此，需要测定不同温度、不同含水率下原油的黏－温特性及流变特性。1、原油黏温特性测定图1欢2-13-513井含水原油粘温特性曲线图2欢13-5114井含水原油粘温特性曲线4图3齐14-313井含水原油粘温特性曲线图4齐2-8-3110c含水原油粘温特性曲线根据实验曲线判断各个区块的油样黏温特性规律相似，原油黏度随温度的升高递减，随含水率的升高黏度递减。

52、含水原油流变特性测定

图5温度30℃时原油流变特性曲线图6温度40℃时原油流变特性曲线图7温度50℃时原油流变特性曲线欢2-13-513井不同温度下原油流变特性曲线6图8温度60℃时原油流变特性曲线图9温度70℃时原油流变特性曲线欢2-13-513井不同温度下原油流变特性曲线图10

温度80℃时原油流变特性曲线7三、抽油机井杆柱受力计算

1、井筒压力梯度分布计算（3）应用压力梯度公式迭代求出井筒压力分布（2）计算段、下的物性参数（1）计算段井筒间距的，82、载荷计算模型（1）静载荷

上冲程：下冲程：，（2）动载荷上冲程：

下冲程：

式中：Wr

—悬点上的杆柱重量

Wl

—柱塞上的液柱重量Wr′-抽油杆柱在液柱中的重量

Wdu

—悬点承受的惯性载荷9（3）摩擦载荷

扶正器与油管壁间摩擦力

下冲程杆柱与液柱间摩擦力

10抽油杆接箍在液体中的下行摩擦力

流体通过游动阀的水力摩阻泵柱塞与衬套之间的摩擦力11（4）悬点最大与最小载荷

上、下冲程的悬点最大加速度：

上冲程：下冲程：

12四、抽油机井杆柱强度校核及偏磨判定

1、抽油杆柱的强度校核

（1）奥金格公式法

求出最小应力和最大应力：求出应力变化的幅值：

求出折算应力：

强度校核：

，13（2）古德曼方法求出最小应力和最大应力：求计算最大许用应力：

强度校核：

抽油杆的使用系数使用介质APID级杆APIC级杆无腐蚀性1.001.00矿化水0.900.65含硫化氢0.700.50抽油杆的使用系数142、杆柱偏磨失稳的判定标准

（1）压杆稳定性的计算

偏磨判断条件：临界力和临界应力计算：

材料钢木材铸铁1.8～3.02.5～3.54.5～5.5稳定安全系数

15（2）提高压杆稳定性的措施提高压杆的临界力和临界应力

压杆的临界应力图

1）减小压杆的支撑长度

2）选择合理的截面形状3）改善杆端的约束情况可见压杆的临界应力与材料力学性能和压杆的柔度有关，而柔度又综合了压杆的长度、约束情况和横截面的惯性半径等影响因素。16五、防偏磨措施研究

1、杆柱下部使用加重杆设计

（1）加重系统的原理

（2）抽油杆柱中和点位置的确定

（3）需加重杆的重量为

图5-1加重系统原理图1—抽油杆；2—油管；3，6—加重砣；4—接箍；5—过度管；7—柱塞；8—泵筒172、抽油杆柱下部使用扶正器

图5-2

抽油杆抽扶正器结构示意图18（2）垂直井扶正器的配置间距

1）受力分析

抽油杆柱受力分析

引起抽油杆柱弯曲的主要因素是

与

计算公式如下：

2）中和点确定

3）扶正器安装位置与间距

（为整数）

19（3）斜井抽油杆扶正器的配置间距

抽油杆柱和油管壁之间的径向间隙δ为：

梁中点的最大挠度fmax

为：扶正器合理配置间距L1应满足：

1）按抽油杆柱弯曲变形确定的合理配置间距202）按井眼几何尺寸确定的合理配置间距扶正器的合理配置间距应取两者之间的小值，即：

21软件的研制及应用实例

1、软件封面

222、输入井号及相应参数后界面233、运行软件后界面244、计算偏磨仿真曲线后界面

255、采用加重杆扶正后界面266、采用扶正器扶正后界面27计算结果讨论及偏磨原因分析

1、偏磨影响因素分析

（1）含水率对偏磨的影响

含水率对偏磨高度的影响（2）冲程对偏磨的影响

冲程对偏磨的影响

含水率%51020304050607080偏磨高度m51110.5256.1354.4480.8586.8431.2210.6187.2冲程

m4.83.22.5偏磨高度

m256.1142.9764.6928（3）冲次对偏磨的影响

冲次对偏磨的影响

（4）