组合杆柱油井最大下泵深度的线性图解法

收稿日期:2002-10-12

作者简介:黄满良(1965-),男,河北卢龙人,高级工程师,1986年毕业于上海华东化工学院流体机械专业,目前从事采油

工艺、工具及井下工具的研究工作。

文章编号:1001-3482(2003)03-0014-05

组合杆柱油井最大下泵深度的线性图解法

黄满良1,张广叶2,李国韬1,张 妍1,刘世强1,韩 莉1

(1.大港油田集团钻采工艺研究院,天津300280;2.中国石油大港石化公司,天津300280)

摘要:抽油井的最大下泵深度除与油井本身深度、

油管强度、液面位置等有关外,还与抽油杆强度、抽油机所能承受的最大悬点载荷以及抽油机曲柄轴所能承受的最大扭矩有关,而理论推导表明,满足以上3个参数的关系式,都

是组合抽油杆柱中各种抽油杆长度的线性关系式,据此,现文结合大港油田王27区块油井组实际,通过推导计算和讨论绘制出一张同时满足以上3个参数的线性关系曲线。利用此图可非常简便地进行杆柱强度校核和计算下泵深度。

关键词:抽油杆;抽油泵;深度;线性;图解中图分类号:T E933102 文献标识码:A

Linear graphic method of the maximum pumping in depth of integral string well

HUANG M an -liang 1,ZHANG Guang -ye 2,LI Guo -tao 1,ZHANG Yan 1,LIU Sh-i qiang 1,HAN Li 1

(1.Dr illing and Pr oduction Research I nstitute of Dagang O ilf ield Group Comp any ,300280T ianj in,China;

2.D agang Petr ochemical Company of CN PC.,300280T ianj in,China )

Abstract:In addition to w ell depths,tubing strength and fluid level position,the maximum pumping in depth of pumping w ell also depends on the following three parameters:pum ping rod strength,the maximum landing top load supported by pum ping unit,and the m ax imum torque supported by crank shaft of pum ping unit.But the theoretical inference indicates,the formula w hich meets the above three parameters is also linear formula of v ar-i ous pum ping rod length among integral string.Hereby,based on factual status of a certain blocks .well group of Dagang Oilfield,this paper drafts a linear drawing which sy nchronously meets the above three parameters by in -ductive calculation and discussion.With the help of this draw ing,the string strength can be checked conveniently and the depths of pumping -in can be calculated.

Key words:sucker rod;oil w ell pump;depth;linear;g raphic 为适应高凝高粘油藏开发的需要,国内外各油田相继采用各种工艺技术(如,超声波降粘、强磁防蜡等工艺技术)以解决举升困难的问题,采用空心抽油杆注入热流体和化学药剂也是目前的常用方法之一。空心抽油杆的出现使采用多级抽油杆组合杆柱的情况比以前明显增多,这就使载荷计算、强度校核以及抽油泵下入深度的确定变得复杂。而抽油井的最大下泵深度除与油井本身深度、油管强度、液面位置等有关外,还与抽油杆强度、抽油机所能承受的最大悬点载荷以及抽油机曲柄轴所能承受的最大扭矩有关,而满足以上3个参数的关系都是组合抽油杆

柱中各种抽油杆长度的线性关系,笔者以大港油田王27区块采用空心抽油杆热载体采油工艺油井组为例,对3个参数的关系进行讨论。大港油田王27区块油井组选用CYJ12-5-73HB 型抽油机,拟采用空心抽油杆热载体采油工艺,冲程s =5m ,冲次n =4min -1,选用<44mm 整筒抽油泵,50e 时,产

液粘度G 为79.93mPa #s,产液密度为900kg/m 3

,泵沉没度为400m,井口回压为0.7MPa;D 级实心抽油杆最小抗拉强度R bsmin =793M Pa,D 级空心抽油杆最小抗拉强度R bhmin =750M Pa 。

抽油井杆柱结构设计为<36mm @6mm 空心

2003年第32卷 石油矿场机械

第3期第14页 OIL FIELD EQUIPMENT 2003,32(3):14~18

抽油杆长l1,<34mm@5mm空心抽油杆长l2,<22 mm实心抽油杆l3,<38mm加重杆30m,<19mm 实心抽油杆(用作拉杆)8m。

1抽油机悬点载荷计算

1.1抽油杆柱重力

抽油杆柱在空气中的重力为

W r=E q r i l i,

式中,q r i为第i种抽油杆在空气中的单位质量,kg/ m(空心抽油杆为加水后质量);<36m m@6mm, <34mm@5m m2种空心杆的q r分别为5.29kg/ m、4.21kg/m,<22mm、<38m m、<19m m3种实心杆的q r分别为3.136kg/m、8.9kg/m、2.35kg/m; l i为第i种抽油杆的长度,m。

则W r=51.842l1+41.258l2+30.733l3+

2800.84N。

抽油杆柱在液体中的重力为

W r c=W r-W d,

式中,W d为抽油杆柱排开液体的重力,N;

W d=P

4

C l2d2i l i,

式中,C l为产液密度,kg/m3;d i为第i种抽油杆外径,m。

W d=8.9778l1+8.0076l2+3.3526l3+

320.0925。

W r c=42.8642l1+33.2504l2+27.3802l3+ 2480.7475。

1.2作用在柱塞上的液柱重力

W l=E W l i=E(A p-A r i)l i C l,

式中,A p、A r i分别为柱塞和第i种抽油杆截面积, m2;l i为第i种抽油杆的长度,m。

W l=4.7089l1+5.6791l2+10.3341l3+

200.0062。

1.3惯性载荷

1.3.1上冲程时抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷F ru

F ru=W r

sn2

1790

(1+

r

l

),

式中,r/l为抽油机曲柄回转半径与连杆长度之比,取0.4;s为抽油机冲程,m;n为抽油机冲次, min-1。

F ru=3.2438l1+2.5813l2+1.9228l3+

175.2485。

1.3.2下冲程时抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷F rd

F rd=W2r sn 2

1790(1-r

l

)= 1.3906l1+ 1.064

2l2+0.8242l3+75.1062。

1.3.3上冲程时液柱引起的悬点最大惯性载荷F lu

F lu=

X2

g

(1+

r

l

)2W l i E i,

式中,X为曲柄角速度且X=

2P n

60,rad/s;g为重力

加速度,m/s2;E i为考虑抽油杆与油管环形空间的

面积变化引起的液柱加速度变化系数,

E i=S ti+1-S ri+1

S ti-S ri

,

式中,S t i为第i种油管的内孔截面积,m2;S ri为第i

种抽油杆的外圆截面积,m2。当i=5时,f t i用泵筒

内孔截面积代替,求得E1=0.6,E2= 1.25,E3=

0.7143,E4=1.4513,E5=0.4636。

则F lu=0.0706l1+0.1774l2+0.1852l3+

5.0568。

1.3.4上冲程时悬点最大惯性载荷F u

F u=F ru+F l u=3.3144l1+2.7587l2+

2.1080l3+180.3053。

1.3.5下冲程时悬点最大惯性载荷I d

F d=F rd=1.3906l1+1.1064l2+0.8242l3+

75.1062。

1.4摩擦载荷

1.4.1抽油杆柱与油管的摩擦力F rt

F rt=1.5%W r=0.7781l1+0.6194l2+

0.4606l3+42.0126。

1.4.2柱塞与泵筒之间的摩擦力

F pb<1715,取1715。

1.4.3液柱与抽油杆柱之间的摩擦力F rl

F rl=

2PL v max

103

2m

2

i-1

(m i+1)2ln m i-(m2i-1)

l i,

式中,L为抽油井产液粘度,mPa#s;m i为与第i种

抽油杆相对应的油管内径与该抽油杆外径之比,即

m i=d t i/d r i,求得m1=2.1111,m2=1.8235,m3

=2.8182,m4=1.6316,m5=3.2632;v max为抽油

杆柱最大下行速度,m/s;取v max=P sn/60(即把悬

点运动轨迹看作简谐运动)。

则F rl=2.9263l1+4.4708l2+ 1.5700l3+

210.2443。

1.4.4液柱与油管之间的摩擦力

F t l=F rl/1.3=2.2511l1+3.4388l2+

1.2074l3+161.7265。

1.4.5液体通过游动阀时的摩擦力

雷诺数为N Re=d0v fÞT,式中,d0为游动阀座

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