油井杆管偏磨机理的定量分析与认识

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轴向 压 力（ ） Ｎ
出 ，在 冲 次 不 高于 ９ 的情 况 下 ，轴 向压 力 一 般不 次
作者简介 ：刘维宪 （９８ １６一），男，吉林松原人，大学，工程师・
吉林油田油气合作公司钻采科工程师。
■ 技术 交流
一 一
石油和化工设备
第８ 期
．பைடு நூலகம் ４
一
油 井杆 管偏磨 机理 的定量分析与认识
刘维 宪
（ 吉林油 田油气 合作 开发公司 ， 吉林 松原 １ ８ ０ ） ３ ０ ０
［ 摘 要］ 抽 油杆管偏磨是 影响油井免修 期的主要 因素 。杆 管偏磨造成作 业维修的直接原 因一是 管漏 ，二是抽油杆接箍磨 脱 。普遍 认为导致杆 管偏磨 的主要 因素，一是抽油杆或 油管弯 曲，二是 井斜 。本文结合作 业实际情况，从不 同角度进行 了 分析 ，得 出结论 ：造成杆 管偏磨 的根本原 因是井 身结构 ，而不是杆管 自由弯曲。
３井斜 因素对偏 磨的影响分析
３１ ．井斜 导致偏磨 的机理分析
如果杆管偏磨 的主要原 因是井身结构 ，那么
抽 油 杆 某 点所 受侧 向压 力 正 比于 受 力 点 的 悬 重 ，
在 ，可 能造 成 底 部 杆 柱 某 点 以下 处 于 受压 状 态 而 弯 曲 ，通 常 把 这 一 点 叫 “ 中性 点 ” 。理 论 上 ，顶 托 力 在 一 定 条 件 下 ， 能够 克 服 抽 油杆 自身 刚度 条 件 时 ， 便 造 成 抽 油 杆 的 弯 曲 ， 从 而 造 成 杆 管 偏
超 过４ Ｎ。 ｋ
１ 顶托 力与杆柱侧 向压力 的关系 － ３
井 下 杆 管 偏 磨 程 度 取 决 于 杆 柱 所 受 侧 向压 力 的 大 小 。如 图２ 示 ，侧 向压 力Ｎ＝ Ｆ×ｓｎ０，从 所 ２ ｉ
磨 。可从 顶 托力 的 公式进 行 分析 。
Ｐ＝ ｓ ．ｎ．ｐ １Ｆ Ｆ） ｓ ） Ｐ／ ２ Ｆ ） ｂＰ＋１ ｋ ３ 一 ／ ｐ （ ｎ （ ９ ． ５ Ｆ（ ．． ． ７ ｕ
Ｂ Ｐ
ｏ
Ｏ
Ｏ 。Ｎ
０一抽 油 杆下端 点 ；Ｓ 抽 油杆 中和 点 ；Ｆ 轴 一 一 向压力 ；Ｐ 杆在液 体 中重量 ；Ｎ一侧 向压 力 ＿
场 并未发 现这 种规 律 。 通 过 以上 分 析 ，可 以得 出初 步 结 论 ：抽 油 杆 弯 曲 （ 油 管 弯 曲度 ）不 是 影 响油 井 偏 磨 的主 要 或
轴 向 力与 螺距 的 荚 系
其 中 ： ｕ ｃ Ｒｅ Ｐ一 活 塞 半 干 摩 擦 力 ，Ｎ； ， ； ｇ ｃ ｎ一游动凡尔数 目，个；Ｆ＿ 活塞横截面积，ｍ ； ｋ － 口一 － Ｆ＿ 访 动 凡 尔座 孔面 积 ， ；Ｓ １ 抽油 泵冲 程 、 ｔ － ＿ 、ｌ 一 冲 次 ，ｍ、ｍｉ～ Ｐ一 井 内液 体 密 度 ，ｋ ／ ； ｎ； ｇｍ ｕ一 与 井 内液 体 性 质 有 关 的系 数 ，无 因次 ；Ｄ。 一 活塞 直 径 ，ｍ； ６一 活塞 与泵 衬 套 间隙 ，ｍ． 根 据理 论 公式 可算 出，泵 径不超 过 ５ ６ｍｍ，冲
２ １ 年 第 １ 卷 ０２ ５
通过计算可 以看 出，某种抽油杆所受侧 向压力取决于轴 向压力与弯 曲度 ，而弯曲度又与扶正器 的外
径 与 安装 密度 有关 。侧 向压 力远 小于轴 向压力 ，甚 至可 以忽 略 。
下 图是 轴 向压力 、侧 向压 力与 井深 的相 互关 系图 （ 图为下 加重 杆 图） 。 右
程 不超 过 ３ｍ，冲 次不 超 过 １次 的 油井 ，顶 托 力 一 ０ 般在 １ ｋ — Ｎ之 间 。 ４ １２现 场 测 试 ．
以 下 曲 线 为 大 庆 油 田公 司 采 油 院 在 ２ ０ ０ ｍ标 准 井 测 试 的轴 向压 力 与不 同冲 次 的关 系 。可 以看
曼
［ 关键词］抽 油杆 管；偏磨 ；磨损 机理 ；应 力测试；分析
１ 抽油杆弯 曲因素分析 １１ ． 抽油杆弯 曲机 理
抽 油 杆 弯 曲 发 生 在 下 冲 程 。杆 柱 下 行 时 ， 主 要 受 到 两种 力 的 作 用 ， 杆 柱 在 液 体 中的 重 量 、 杆 柱 与流 体 的摩 擦 阻 力和 作用 于 活 塞 上 的 “ 托 顶 力 ” 。这 个 顶 托 力 包 括 活塞 与 衬 套之 间 的 半干 摩 擦 力 与 流 体 流 过 活 塞 时 的 阻 力 。 由于 顶 托 力 的 存
因素 ，这种 影响甚 至 可 以忽 略不 计 。
２ 实践 中寻找影响杆管偏磨 的因素 从
２１偏 磨 方 向一 致 ．
如 果 由于 抽 油 杆 弯 曲 （ 油 管弯 曲） 导致 偏 或 磨 ，如 图所 示 ，接 触 点 （ 磨 点 ）Ａ与Ｂ的方 向不 偏 ｌ 应在 一 条直 线上 ，或 者相 反 。但 实际 上抽 囊
Ｐ ９ ＝０．４Ｄｐ ／６． ４ １０
ｄ．ｐ 。 ｔ ．ｎ Ｆ ｓ
Ｒｅ ＝
１ ．ｔ ９ＶＩ Ｆ
公 式 可 看 出 ，侧 向压 力 不 仅 与 杆 柱 的轴 向压 力 有 关 ， 同时也 与 油杆 的弯 曲度 有 关 。图３ 是大 庆 油 田 分 公 司测 试 的轴 向压 力 与 螺 距 关 系 曲线 ，通 过 该 曲线 ，可 以求 出不 同型 号 抽 油 杆 在 不 同轴 向压 力 下 的弯 曲度 。 以 ①２抽 油 杆 为例 ， 当受到３ 轴 向 ２ ｌ 压 力 时 ，弯 曲螺 距 约 为 ８ ｍ， 即Ｏ Ａ与ＯＢ长度 为 ８ ｍ；取 扶 正器 外 径 为５ ｒｍ，油 管 内径 为６ ｍｍ， ８ ａ ２ 则 抽 油杆 偏 移长 度 ＯＣ ８ 为 ｍｍ。这 样 就 可求 出侧 向 力 与轴 向压力 的 关系 为Ｎ ００ １ ＝ ．０ Ｆ，即 当轴 向压力Ｆ 为３ Ｎ时 ，该 点的侧 向力Ｎ仅 为３ ｋ Ｎ，约为０３ ｇ ． 。 ｋ