抽油杆柱扶正器间距设计的新方法
稠油定向井加重杆及扶正器优化设计
稠油定向井加重杆及扶正器优化设计摘要定向井由于受到井身轨迹的影响，在实施有杆泵抽油时，会发生严重的偏磨现象。
合理的加重杆及扶正器设计，成为定向井防偏磨重要的手段。
基于对定向井抽油杆微元段受力分析、泵端受力分析，编制了定向井加重杆-扶正器间距设计程序。
对现场定向井进行了加重杆扶正器设计演算，能够确定最优加重杆长度，实现扶正器间距设计。
输出抽油杆轴向力及侧向力的分布结果，确定定向井偏磨多发的部位，表明该方法合理可靠，有现场应用价值。
关键词定向井；偏磨；加重杆；扶正器1 定向井抽油杆柱受力分析定向井抽油杆自下而上可以分成多个微元段，由于受到扶正器不同程度负载的影响，在传递动力过程中抽油杆和油管会发生偏磨。
从原点上冲过程中，柱塞和泵筒间的摩擦阻力、活塞上液体的重力以及沉没压力共同组成泵端处的轴向力。
在下冲过程中，柱塞和泵筒间的摩擦力、液体流动产生的阻力共同组成泵端处的合力。
除了泵端受力外还有杆柱受力，杆柱受力包括油杆对抽油管的支持力，杆柱和油管内壁的摩擦力，杆柱和液体之间的摩擦力以及微元段杆柱的惯性力与微元段浮重。
在计算抽向力和侧向力时先要计算确定泵端受力，然后从泵端出发计算各个微元段的受力，最后确定抽向力和侧向力的分布[1]。
2 加重杆设计原理在定向井中加加重杆是为了保证油杆下冲过程时能使油管和油杆之间尽量减少磨损，避免油管弯曲变形发生偏磨。
因此关于加重杆设计的原理应该符合以下条件：首先所加的加重杆必须是可以抵住加重杆自身产生的惯性力和所受的浮力的，其次，因為柱塞之间会产生半摩擦力，液体流动阀门时会产生阻力，上下柱塞之间会因为面积差而出现上顶力，液体之间的摩擦力等等。
对于加重杆设计而言，必须要充分考虑到这些可能会产生的力，然后在设计时满足抵住上述力的要求。
此外，如果是斜井的话，杆柱下端加的加重杆和油管之间可能会产生摩擦力，因此加重杆还需要克服摩擦力带来的影响[2]。
3 扶正器间距设计原理3.1 下冲过程时扶正器的间距设计关于扶正器的间距设计需要考虑到传递动力过程时下冲和上冲中所产生的抽向力，由于下冲过程时抽油泵的游动凡尔对液体的阻力、柱塞的摩擦阻力以及抽油杆在运动中和井液产生的摩擦力造成影响，所以会给抽油杆的下行造成压力，因而导致抽油杆下部发生弯曲变形，而油管则处于拉直中，因而油管和油杆会发生磨损。
抽油杆柱扶正器间距设计的新方法解析
抽油杆柱扶正器间距设计的新方法关键词:定向井抽油杆柱横向振动扶正器配置间距设计方法由于与连续梁模型相比简支梁模型得出的最大挠度值、最大应力值偏大,系统偏于安全,所以工程中较为普遍采用。
简支梁力学模型分析时仅考虑了抽油杆柱的静力分析,没有考虑动态因素[1]。
因为杆柱是随着悬点做上下往复运动,抽油泵的柱塞受到泵内液体变化压力的作用,抽油杆柱底端以及任意横截面都受到轴向激励力,因此必须考虑抽油杆柱的横向振动对扶正器布置的影响。
一、力学模型采用静力学法使用的纵横弯曲梁模型来研究抽油杆柱的横向振动,但考虑轴向载荷周期性变化对抽油杆柱横向振动的影响。
研究假设:梁各截面的中心主轴在同一平面内,且在此平面内作横向振动;梁的横截面尺寸与其长度之比较小,可以只考虑由弯曲引起的变形,而不计由剪切引起的变形及转动惯量对梁弯曲振动的影响,即简化为欧拉-伯努利梁;梁的横向振动符合小挠度平面弯曲的假设,即横向振动的振幅很小,在线形范围内。
从距离左端x处取一长度为dx的单元体,见图1。
该微段上除作用在两个截面上的弯矩M、剪力Q和分布外载荷q(x,t)外,还有假设的惯性力dfI(x)=fI(x)dx,其中fI(x)为单位长度上的分布惯性力,其大小等于分布质量m与运动加速度(x,t)的乘积,则列出单元体横向振动微分方程为:EI P(t) m=q(x,t),(1);y(x,t)=yn(t)sin,(n=1,2,…N) ,(2);(t)=-[EI()4-P(t)()2]y(t),(3)式中:E—弹性模量,Pa;I—截面对对称轴的惯性矩,m4;m—梁单位长度质量,kg/m;P(t)——轴向激励力,N;q(x,t)——简支梁上的横向分布激励力,N对于抽油杆柱的各个跨上的简支梁来讲,轴向激励力为其振动提供了动力源,而由于梁的初弯曲和其在液体中的重力构成了梁的初挠度,即成为了简支梁做横向振动的初始条件,而其边界条件正是梁振动的两端铰支座。
使用分离变量法将简支梁的横向振动位移y(x,t)表示成振型的级数形式(2)。
大庆地区L4-283井抽油杆扶正器布置优化设计
２抽油杆柱动力学模 型 建立抽油杆柱转子 动力 学模型的时候 ， 应 依据有限元理论和抽油杆柱的结构 。沿抽油杆 柱轴线将其离散为若干个空间梁单元 ，在扶正 器安放位置处建轴承单元 ， 两个扶正器 间的抽 油杆柱绕扶正器的两点连线旋转㈣ 。为 了模拟 抽油杆柱工作时匀速转动 ，将井 口边界简化为 角速度为 已知边界 ， 它均为 固定边界。 其 同时将 井底边界处理成线位移弹性约束 ，来模拟单螺 杆泵横向的往复运动。 应用转子动力学分析时 ，
Ⅳ ＝
经化简得细长梁非线性瞬态动力学分析的单
元运动方 程 ：
Ｍ ｆ ｃ （ （ ｆ 】 ＋ ） Ｉ ）ｌ ＋ ） ｆ ￣ｔ ｒ ｔ５ 《 ＋ ）－ １ 】 （＋ｅ Ｘ ） 雕 Ｋ （＝ ） ｄ
（） 考 虑抽油杆柱在 自身重力 、 浮力 、 ４ 液体 螺杆泵 产 磨位 置大致 吻合 。 根据此种算法 ， 以杆柱的侧 向
一
式 中： 、Ｋ 、Ｋ 和 分别为单元 、Ｅ 的线性刚度矩阵、 大位移刚度矩阵、 几何刚度矩阵、 动力间隙元刚度矩阵 、 等效节点力向量和动力间隙 元附加力 向量 （ 和阻力矩 ） 。 将离散后的所有单元 向整体坐标系转化 ， 经 拼装可得细长梁非线性瞬态动力学分析的总体动 力 学方程 ：
方 程为 ：
ｄｔ
表 １Ｌ — ８ ４ ２ ３井基本参数
扶正 器布 置方案
共 １７根抽油杆 ，光杆 一根 ，短接 一根； ０ 转子上 １ ５根 、其 余每 ３根 １ 扶正器扶 正器 ； 个
抽油杆助抽扶正器
应用技术抽油杆助抽扶正器祝明华龚险峰 户贵华 廖泽文 张寿根 吝拥军(中原油田分公司第三采油厂)摘要 抽油杆助抽扶正器是一种新型井下采油辅助工具,它位于抽油泵上部,安装在抽油杆与抽油杆接箍间的连接处。
下冲程时,上活动阀在液流冲击力和油管壁摩擦力的作用下沿轴杆上移,打开液流通道;上冲程时,上活动阀在油压和油管壁摩擦力的作用下沿轴杆下移,压紧下固定阀相互密封对方液流通道,同时随抽油杆柱提升上部液柱,分担部分抽油泵承受的液柱载荷。
现场试验27口井,有效率77 8%,平均泵效提高4 5%。
应用结果证明,这种助抽扶正器能提高泵效,可起扶正抽油杆柱并防偏磨的作用,在油田提液措施中有一定的推广应用价值。
关键词 抽油杆 扶正器 泵效 防偏磨 抽油机井采油过程中,抽油泵位于生产管柱的下部,包括油管内液柱在内的所有抽油载荷都由抽油泵的活塞承担,所以往往使活塞过载,造成泵漏失,从而降低泵效。
如果将直接作用在活塞上的整个液柱分段举升,将一部分液柱载荷由抽油杆柱承担,就可以减少活塞所承受的载荷。
抽油杆助抽扶正器就是这样一种新型井下采油辅助工具,既能分担抽油泵载荷,提高抽油泵工作效率,又可起到扶正抽油杆柱并防偏磨的作用。
技 术 分 析1 结构扶正器主要由可拆卸上接箍、主体(轴杆、下固定接箍)和密封阀(上活动阀、下固定阀)等3部分组成,其结构示意图见图1。
接箍有 25、 22和 19mm 3种规格,可以联接在相应尺寸的抽油杆上。
主体的轴杆是正六边形柱体,上活动阀可以沿其上下滑动。
密封阀是有3条呈120 角均匀分布凹槽的碳纤维圆柱体,其下固定阀采用紧密配合加石油专用胶牢固地固定在轴杆的下固定接箍处。
2 工作原理助抽扶正器位于抽油泵上部,安装在抽油杆与抽油杆接箍间的连接处。
下冲程时,上活动阀在相对运动产生的液流冲击力和油管壁摩擦力的作用下沿轴杆上移,打开液流通道;上冲程时,上活动阀在油压和油管壁摩擦力的作用下沿轴杆下移,压紧下固定阀,并以60 角互相密封对方液流通道,同时随抽油杆柱提升上部液柱,分担部分抽油泵承受的液柱载荷,达到提高泵效和增加液量的目的。
防止抽油管、杆偏磨新工艺研究
２ ．主要功能特点及其应用
２ ． １ 主 要 功 能 特 点
（ １ ）扶正抽油杆 ，减轻抽油杆与抽油管 的偏磨
在抽油杆 柱 中接入合理 数量的抽油杆助抽扶 正器 。可 以达 到很好的抽
２ ． ２ 适 应 范 围
ｌ 高强度 、 耐磨损 、耐腐蚀 、与抽 油管摩擦系数小的塑料，它具有三个扶正条，
ｉ 由中心杆 的台肩实现轴 向固定 ，圆周 方向可 以转动 。上 扶正体 ３的材料 与
汴 扶正 体相 同；套装在 中心杆上 ，可 以沿中心杆上下滑 动；它具有三个 与
ｉ
（ １ ）适用于抽油泵径小于抽油管 内径的抽油杆柱 中。 （ ２ ）在井液粘度大于 ５ ０ ０ ｍ Ｐ ａ・ Ｓ ，小于 ３ ０ ０ ０ ｍ Ｐ ａ・ Ｓ时助抽效果明显 ２ ． ３抽油杆助抽扶正器技术参数 （ １ ）公称杆径 与之相配的抽油杆的公称直径，用 衄 为单位表示 。
提油 。抽 油杆助抽扶 正器随抽 油杆 一起上行 。由于抽油杆助抽扶 正器 的外 径大 于抽油泵柱 塞的直径 ，油 管中的部分 原油 要下返到助抽 器 以下 。上扶 正体 ３也 是在与 油管之间的摩擦力 和水力冲击 的作用下 ，滑 到下死 点，扶 正爪将下扶 正体 ２的通道堵死 ， 抽油杆助抽扶正器成为一个不严密 的柱塞 ， 原油 下返时形成 很大的压差 ，从 而减小 了作用在 抽油泵柱塞上 的压差 ，即 分担 了部分柱塞 的工作压差 ，帮助抽油泵抽油 ，达到提高泵效 、减轻磨损 、
目前 ，有杆泵采油仍 然是油 田应用最广 泛的采油形式之一 。而抽油杆
的偏磨始终是有 杆泵采油 设备故障发生 的主 要原因之一 。如何 减轻 以致避
定向井的抽油杆优化设计与应用
定向井的抽油杆优化设计与应用X齐 申(大庆油田第九采油厂,黑龙江大庆 163318) 摘 要:从计算抽油系统效率入手,分析影响系统效率的因素,依据采油参数对系统效率的敏感性,选择出最优的机-泵工作参数;并结合定向井井身轨迹特点,建立定向井三维井眼中杆柱轴向载荷计算数学模型,确定出合理的杆柱组合;分析抽油杆的变形和失稳,给出加重杆、扶正器间距和防脱器安放位置的计算方法;最后通过具体实例,阐述定向井抽油系统优化设计流程,并对优化设计的结果进行详细分析,得出相关结论,该结论可以对定向井抽油系统设计起到十分重要的指导意义,其设计结果能够有效地减少杆柱偏磨达到提高效率之目的。
关键词:定向井;系统效率;采油参数;抽油杆柱;优化设计 中图分类号:T E933+.2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)08—0005—03 因地质和环境因素的需要,目前各大油田定向井占有越来越大的比例,而定向井特殊的井身结构,使得井筒中杆管受力状况、泵工作环境都要比直井复杂得多,抽油系统设计难以符合现场,常常引起管杆偏磨、断杆、断脱现象,造成抽油系统效率低下,生产成本增加[5]。
为此,本文以提高定向井抽油系统效率为目标,优化采油参数,展开杆柱组合、扶正器间距、加重杆和防脱器设计方法研究,将可以使系统安全有效的工作,达到提高效率的目的。
1 抽油系统效率计算抽油机系统效率分为两部分,即地面效率和井下效率[1]。
以光杆悬绳器为界,悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积为地面效率;悬绳器以下到抽油泵为井下效率,即:G=G地×G井=P水P光×P光P入(1)水力功率是指在一定时间内将一定量的液体提升一定距离所需要的功率,可用下式计算:P水=QLg86400=Q t Q1Lg86400G p(2)光杆功率就是通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。
P光=W1sn60×1000(3)输入功率与电动机型号有关,电动机根据负荷电流或扭矩的变化规律,按均方根求出等值电流或等值扭矩来计算,国内学者根据油井扭矩曲线的峰值,建立了最小输入功率经验公式:P入=n[1800s+0.202s(P max-P min)]14338(4)从(1)-(4)式可以看出,影响系统效率的参数较多,与泵径、泵深、冲程和冲次息息相关,因此只要优化这些采油参数就可以达到提高系统效率的目的。
竖直井油管扶正器的安装间距研究
竖直井油管扶正器的安装间距研究 冯 定 (江汉石油学院机械工程系,湖北荆州434102)赵志超 (中原石油勘探局采油四厂,河南濮阳457001)张传立 (江汉石油学院机械工程系,湖北荆州434102)王江顺 李现东 王永平 (中原石油勘探局采油四厂,河南濮阳457001) 摘 要 建立了竖直井安装扶正器的油管力学模型,给出了油管任意横截面轴力的计算方法,导出了相邻扶正器之间油管失稳的临界状态方程。
以油管不发生失稳为条件,确立了从泵端向上安装扶正器的间距的计算方法,并以中原油田卫115井为例进行了计算。
主题词 直井;油管;油管扶正器;间距分类号 T E 831107 文献标识码 A 文章编号 10009752(1999)01006402防止油管发生弯曲变形的有效措施是使用油管扶正器。
为使扶正器发挥其应有的作用,必须合理地确定扶正器的安放间距。
文献[1,2]分别对直井和斜井中抽油杆扶正器的合理间距进行了研究。
但关于油管上扶正器的布置间距见诸报道的很少,文献[3]给出了油管变形的计算公式,却未给出扶正器的间距计算,并且忽略了油管内外压力对油管变形的影响。
笔者在考虑了油管内外压力作用的前提下,对竖直井油管上扶正器的合理布置进行了研究。
1 力学模型图1 油管受截图 图2 油管力学模型从底部向上截取一段油管,其受载情况如图1所示。
图中,q 为油管单位长度的自重,q =A 1Χ1(A 1为油管的横截面积,m 2;Χ1为油管的重度,kg m 3);P i 和P e 分别为油管内、外压力,M Pa;F a为底部液体的压力,F a =P e A 1;F p 为泵与柱塞的摩擦力[4],F p =01922D ∆-1-13712(D 为油管的外径,mm ;∆为油管壁厚,mm );F 为泵以下尾管的自重,F =A 2Χ2L (A 2为尾管的横截面积,m 2;Χ2为尾管的重度,kgm ;L 为尾管的长度,m )。
取两扶正器之间的任意一段油管,把两端点简化成铰支座(图2(a )),分布轴力对压杆屈曲的影响S ′i 可以用分布轴力总载荷S i 的5216%作用于杆端来代替[5](图2(b )),即 S ′i =S i -01526qL f (1)式中,L f 为两扶正器之间的间距,m 。
3-2 抽油混合杆柱的设计方法
抽油混合杆柱的设计方法中国石油大学（北京）石油天然气工程学院 檀朝东应用抽油混合杆柱的目的在于尽可能地提高有效冲程进而提高泵效，因此设计中采用由多级抽油杆组成的混合抽油杆柱，并增大它在整个混合杆柱中所占的比例，各级钢丝绳抽油杆仍采用等强度设计原则，而在钢丝绳和常规杆（加重杆部分）间不采用此原则设计杆柱长度，但必须满足强度要求。
1 混合抽油杆上行程的力学分析[1-2]在上行程时混合抽油杆柱的受力主要有以下几部分： 1）柱塞上的静液柱载荷上冲程中，游动凡尔关闭，液柱作用在柱塞上的载荷：())(j r l j z zl L L g A A F +-=ρ （1）2）柱塞的重量和惯性力 )(z z Z zg a g A L F ±= （2）3）柱塞和衬套间的摩擦力当井液的含水不超过50％时，一般认为柱塞和衬套间为边界润滑，其摩擦力由下式计算 ：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+∆=δηδπzz z z d V L p d L F 2 （3） 当含水超过50％时，认为柱塞和衬套之间可能发生干摩擦，此时产生的摩擦力由下式计算：14094.0-=δz d dF （4）4）杆柱与液体之间的摩擦力① 钢丝绳杆段与液体之间的摩擦力[3]钢丝绳杆段与液体之间的摩擦力为V m f L F r r wr )(2πη=.ϕ （5）()()mmm m m m m m f r ln 11ln ln 21ln 2222++-+-+-=（6）ϕ为钢丝绳杆的表面特性的无量纲修正系数，一般由实验确定。
② 加重杆段与液体之间的摩擦力V m f L F j j wj )(2πη= （7）()()1ln 11)(222--+-=m m mm m f j所以总摩擦力()V m f L m f L F F F j j r r wj wr w )().(2+=+=ϕπη （8） 5）流体的惯性力[]max )()(a L A A L A A F j j t r r t l la -+-=ρ （9）6）液体与油管之间的摩擦阻力在上冲程，流体与油管之间的摩擦阻力作用在柱塞上，其最大值可由下式确定：()()p tl L V m m m m F max 2221ln 113.12⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=πη （10）7）抽油杆在液体中的重量()()r r r r l j j jjl fg L A L AF ρρρρρρ-+-=18.918.9 （11）8）惯性载荷()max a L A L A F j j j r r r a ρρ+= （12）9）纵振在悬点上引起的振动载荷杆柱自由纵振在悬点上引起的振动载荷v F 为：()()()∑∞=++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=002212sin 1218n nj j j r rr v t n n a A E a A E V F ωπ （13） 0ω—自由振动圆频率，La20πω= 最大振动载荷发生在20πω=t 、5π…处，实际上由于存在阻尼，振动将会随时间快速衰减，故最大值是在20πω=t 处。
新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器设计
第24卷第2期（2019）Vol.24No.2（2019）收稿日期：2018-07-20作者简介：杨荣辉（1994—），男，甘肃徽县人，培黎石油工程学院2017级本科生.*通讯作者，E-mail:zhangleilei123@.新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器设计杨荣辉，张垒垒*，安会明，吴丽平，窦旭斌，邓雪菲，李晓晓（兰州城市学院培黎石油工程学院，甘肃兰州730070）摘要:针对现场有杆泵采油杆管偏磨问题及抽油杆井下工作环境,结合常见抽油杆扶正器的结构和工作原理,进行了新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器的设计.从防偏磨设想到材料选择、结构及尺寸确定等方面进行了系统阐述.这种扶正器理论上实现了在摩擦点处的强制自旋及360毅自旋功能,并且在机采效率和使用寿命上有望大幅度提升.关键词：杆泵采油;自旋式;防偏磨扶正器中图分类号:TE355文献标志码:A文章编号:1008-9020(2019)02-041-03在有杆泵抽油系统中,抽油杆和油管的偏磨降低了抽油杆和油管的强度,造成抽油杆断裂,磨穿管壁,油管漏失,影响油井的正常生产[1].伴随着油田进入高含水开发期,有杆泵抽油系统的工作环境更加恶化,老式的抽油杆扶正器因其结构和工作原理不够理想,工作过程中存在一定的局限性,有的还加剧了管杆的偏磨[2].新结构和新工作原理在新型抽油杆扶正器上的应用是有杆泵采油发展的必然趋势.自旋式抽油杆防偏磨扶正器可以很大程度地减少杆柱之间的偏磨,在提高抽油杆使用寿命的同时还提高了机采效率[3].结合现有抽油杆的结构尺寸,制定出新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器.配合抽油杆工作时达到防偏磨、延长使用寿命的目的.1防偏磨设想产品基于齿形扶正器和自旋式刮腊扶正器的结构特点和工作原理[4,5],产生的设计思路.大多数扶正器工作过程中存在以下问题:(1)扶正器偏磨严重,过早失效;(2)自旋式扶正器的自旋性能有限,不能有效预防偏磨;(3)抽油杆能够得到很好地保护,但油管易磨漏,检修工程量大成本高.设想一种减少抽油杆与油管之间的摩擦次数并降低摩擦强度的结构.该结构具备以下特点:(1)将抽油杆或油管的摩擦尽量转化为扶正器内部的摩擦,从而降低杆管之间的磨损;(2)扶正器在发生摩擦时能够360°旋转,实现均匀摩擦延长使用寿命.2新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器2.1结构设计及材料选用新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器主要由杆体、摩擦套（外层为增强尼龙，内层为35CrMn )和活动接箍三部分组成(图1).杆体上设计三个曲面圆弧状滑槽,均匀分布以降低轴向应力集中.杆体一端为固定接箍,另一端可连接活动接箍(图2).摩擦套内曲面设计三个均匀分布的圆弧状滑条,滑条在滑槽里能够上下滑动,并实现摩擦套的自旋功能.摩擦套外曲面设计四个螺旋导油槽,均匀分布,螺旋方向与摩擦套内曲面滑条螺旋方向相反(图3).上冲程中油流作用在导油槽上的切向力与杆体作用于摩擦套上的切向力方向一致,加强了摩擦套的自旋功能.杆体选用35Cr Mo 材料整体加工制成,或者允许用综合机械性能不低于35Cr Mo 的其它材料代替.摩擦套内层选用35CrMn 做材料,外层采用增强尼龙,辅以高分子稳定剂和增强剂,用先进工艺注塑成型;外层长度稍大于内层长度以降低摩擦套与接箍撞击时产生的振动(图3).杆体外侧和摩擦套内层的内侧应用涂层工艺设计一层聚四氟乙烯基耐磨涂层.41第24卷第2期（2019）Vol.24No.2（2019）2.2工作原理在偏磨部位,有杆泵抽油上下冲程中,摩擦套与油管内壁接触摩擦.抽油杆带动杆体与摩擦套发生相对运动,滑槽作用于滑条强制摩擦套发生沿杆体的旋转运动,同时油流经过螺旋导油槽时辅助滑槽作用于滑条,降低杆体与摩擦套之间的滑动摩檫.一方面摩擦套的自旋降低了与油管的轴向摩擦力,另一方面实现了摩擦套的均匀摩擦,增加了扶正器的使用寿命.3尺寸设计抽油杆的偏磨位置常发生于中性点以下[6-8],所以3/4、7/8英寸抽油杆是经常发生偏磨的对象.以3/4英寸抽油杆为例进行尺寸设计.(1)抽油杆截面积f 1,考虑轴向应力集中减弱杆体强度,设计安全系数a =1.3,满足杆体横截面积f 2>1.3f 1,设计杆体直径D 1=24mm ,则杆体横截面积为422.72mm 2,满足要求,其中f 1=1924π=283.39mm 2,f 2=2424π-2.5π×32=422.72mm 2.(2)为保证工作中摩擦套能够正常沿滑槽运动,设计滑槽为半圆形凹陷螺旋,凹陷直径d 1=5mm ;滑条为半圆形凸起螺旋,凸起半径d 2=4.5mm ;螺旋角均为25°;抽油过程中,杆体随抽油杆上下运动,滑槽对滑条产生的作用力F 的切向分量F 1大于2倍的轴向分量F 2(图4).一方面保证摩擦套的自旋易于实现,另一方面保证摩擦套在上下接头中运动时旋转角度大于360°,实现摩擦套的均匀摩擦.(3)为增加摩擦套的强度并实现摩擦套与杆体的摩擦阻力小于摩擦套与油管内壁间的摩擦阻力.设计摩擦套为金属、增强尼龙复合结构.内层金属内径D 2=25mm ,外径D 3=35mm.外层外表面设计4个均匀分布的半圆形螺旋导油槽,半径为d 3=6mm ,螺旋角为30°,如图2和图3.(4)依据石油天然气行业标准《SYT/5832-2002抽油杆扶正器》,摩擦套外径设计D 4=58mm.为实现摩擦套能够360°自旋,长度设计L 1=110mm ,杆体总长L 2=420mm ,计算摩擦套最大自旋角度为361°.(5)对于2寸半油管(内径62mm )和Φ38抽油泵.按照以上尺寸设计,扶正器处过油面积为f 3大于最小过油截面(游动阀处)f 4,符合要求,其中f 3=6224π-5824π+2×624π=433.32mm 2,(a )摩擦套内层金属剖面滑条(b )摩擦套外层增强尼龙导油槽内层长度外层长度(c )摩擦套外层增强尼龙剖面图3摩擦套图4滑条上质点受力分析杨荣辉等：新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器设计1-杆体;2-摩擦套;3-活动接箍图1新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器剖视图312图2杆体滑槽42第24卷第2期（2019）Vol.24No.2（2019）表1新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器相关结构尺寸设计参数表抽油杆截面积/mm 2杆体截面积/mm 2螺旋滑槽半径/mm 杆体直径/mm杆体长度/mm 杆体周长/mm 螺旋角/°导油槽直径/mm过油面积/mm 2238.39422.72 2.502442075.3625.006.00433.32油管内径/mm 摩擦套外径/mm 滑槽绕杆体圈数螺纹长度/mm 台肩长度/mm 摩擦套长度/mm 活动/固定接箍外径/mm 摩擦套能够旋转的最大角度/°62.0058.001.6937.006.00110.0042.00361.41Design of New Spindle Type Anti-bias Wear Centralizer for Sucker Rod YANG Rong-Hui,ZHANG Lei-lei *,AN Hui-ming,WU Li-ping,DOU Xu-bin,DENG Xue-fei,LI Xiao-xiao(BaiLie School of Petroleum Engineering,Lanzhou City University,Lanzhou Gansu730070)Abstract:For the eccentric wear between sucker rod and tubing,and sucker rod working environment in the well,combined with thestructure and working principle of common sucker rod centralizer,a new type of anti-eccentric wear centralizer for spinning sucker rod was designed.We systematically elaborated from anti-biasing to the material selection,structure and size determination.The cen -tralizer theoretically realizes the forced spin at the friction point and the 360-degree spin function,expected to greatly increase the machine ’s utilization efficiency and service life.Key words:rod pump oil production;spindle type;anti-eccentric wear centralizer责任编辑：郭有婧f 4=1924仔=283.39mm 2.表1为新型自旋式抽油杆防偏磨扶正器相关结构尺寸设计参数.4结论和设想(1)采用杆体滑槽与摩擦套滑条结构实现了摩擦套的360°自旋功能,延长了扶正器的使用寿命.(2)摩擦套360°自旋降低了油管对扶正器的轴向摩擦力,保护了油管和抽油杆,同时提高了机采效率.(3)摩擦套采用金属和增强尼龙复合结构,降低了摩擦套与杆体的摩擦及摩擦套与油管的摩擦.(4)将滑槽———滑条结构应用于扶正抽油杆的创新设计中,依据偏磨部位将结构设计在抽油杆的不同位置,以扩大应用范围.参考文献院[1]王炳英,宋静亚,王玉清,等.抽油杆防偏磨多角度可调式扶正器研制[J].石油矿场机械,2011,40(1):78-80.[2]张海山,张凯敏,宫吉泽,等.不同类型扶正器对水平井下套管摩阻的影响研究[J].钻采工艺,2014,37(3):22-25,7.[3]马占东,张安德,肖月杰,等.抽油机偏磨井防偏磨综合技术[J].石油钻探技术,2005,(1):41-43.[4]丁曙东,刘冬琴.自旋式刮蜡抽油杆扶正器的研制与应用[J].特种油气藏,2004,(1):77-78,108.[5]孟海军.齿形扶正器的研制[J].机械,2006,(6):56-57,59.[6]孙浩,刘清友.大斜度井电泵举升管柱扶正器间距的计算[J].石油学报,2013,34(6):1189-1194.[7]叶勇,石永军,温长飞,等.一种基于动压润滑结构的自旋转扶正器设计[J].石油钻采工艺,2011,33(4):121-124.[8]王晓刚,范伟光,李红今,等.混杂纤维增强PA66复合材料扶正器的研究[J].工程塑料应用,2015,43(1):30-34.43。
一种抽油杆固定式扶正器及其制备方法[发明专利]
![一种抽油杆固定式扶正器及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c7ebd66c8762caaedc33d44b.png)
专利名称：一种抽油杆固定式扶正器及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：胡桢,彭振华,宋正聪,高珊珊,李国荣,刘磊,李陆伟申请号：CN201810924602.4
申请日：20180814
公开号：CN108843256A
公开日：
20181120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种抽油杆固定式扶正器及其制备方法，包括紧贴在抽油杆外表面的摩擦体，摩擦体外表面环绕有对其施加锁紧压力的锁紧体，锁紧体外表面紧密包覆有扶正体，扶正体的外径尺寸与油管内径尺寸相对应，摩擦体、锁紧体和扶正体为一体结构；所述扶正体外圆上沿抽油杆轴向方向均布有过流槽，过流槽为文丘里管状。
相对于现有技术，本发明可有效防止抽油杆和油管的偏磨，提高作业频率，延长油井检泵周期，大幅度降低开采成本；固定式扶正器与抽油杆本体结合牢固，不会在油井壁摩擦力和温度的影响下造成扶正体移位、窜动，扶正体表面磨损后也不会脱落，造成事故；在抽油杆长度范围内任意位置安装；不会造成油流不畅或堵塞；锁紧体耐高温，锁紧可靠。
申请人：河南福侨石油装备有限公司
地址：461500 河南省许昌市长葛市魏武路中段东侧
国籍：CN
代理机构：郑州中原专利事务所有限公司
代理人：李想
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三维井眼抽油杆扶正器间距配置计算方法
三维井眼抽油杆扶正器间距配置计算方法黄忠桥;罗雄;魏红燕;吕瑞典【摘要】在抽油杆上加装扶正器可以减少杆管偏磨的影响,但扶正器的间距配置一直没有一个很好的设计方法,大多数油井都是凭经验进行安装,缺少理论支撑.从实际井眼参数出发,综合考虑抽油杆在三维空间中的受力弯曲情况,详细分析了抽油杆柱的轴向载荷和横向载荷,并且以抽油杆的横向变形量等于油管与抽油杆之间的环空间隙为扶正器配置的基本原则,进行扶正器间距配置的求解,以此理论为基础,考虑相关算法公式在计算机中的具体实现,编制了相应的计算机程序.通过软件实例计算,证明该计算方法可行,可以在油田进行试验性应用.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】4页(P60-63)【关键词】有杆抽油系统;杆管偏磨;扶正器;计算方法【作者】黄忠桥;罗雄;魏红燕;吕瑞典【作者单位】中石化河南油田分公司新疆勘探开发中心,新疆焉耆,841100;西南石油大学,四川成都,610500;中石化河南油田分公司工程技术研究院,河南南阳,473132;西南石油大学,四川成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE933有杆泵抽油系统是目前国内外各油田使用最为普遍的一种抽油方式，但在正常工作时，抽油杆与油管之间的摩擦磨损是有杆抽油系统始终无法克服的一大缺点，它会间接地造成各种井下事故，直接影响到油井的生产效益。
防治杆管偏磨的方法很多，其中在抽油杆上加装扶正器就是一种大家普遍认可、且成本较低、效果较好的一种方法。
在抽油杆弯曲变形较大的位置安放适当的扶正器可使抽油杆处于油管中心，不直接与油管接触，从而减少抽油杆与油管的磨损以及抽油杆的振动和弯曲，改善抽油杆的受力情况，延长油井检修期，降低生产成本［1］。
目前扶正器的间距配置大多凭经验进行安装，或者是检泵时看哪里磨损严重就在哪里安装扶正器，缺少理论支撑。
笔者从实际井眼参数出发，考虑抽油杆在三维空间中的受力弯曲，用三维方法计算抽油杆扶正器间距配置，并编制了相应的计算机算法程序，便于进行实际操作和验证。
张玉晓--杆管偏磨治理理论与技术
中图分类号：TE355.5+2 单位代码：10425学号：S0602250杆管偏磨治理理论与技术Theories and T echnologies to Prevent Eccentric Wear BetweenSucker Rod and Tubing学科专业：油气田开发工程研究方向：采油工程理论与技术作者姓名：张玉晓指导教师：李明忠教授二〇〇九年五月Theories and T echnologies to Prevent Eccentric Wear Between Sucker Rod and T ubingA Thesis Submitted for the Degree of MasterCandidate：Zhang Y uxiaoSupervisor：Prof. Li MingzhongCollege of Petroleum EngineeringChina University of Petroleum (EastChina)关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。
尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版和电子版)，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门(机构)送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。