螺杆泵采油井抽油杆柱力学行为研究

［ 参考 文献 ］ ［］ 崔 振 华 ， １ 安锦 高 ， 国安． 杆 抽 油 系 统 ［ ． 余 有 Ｍ］ 北 京 ： 油 工 业 出版 社 ， ９ ４ ５ ～ ６ ， ７ ～ 石 １９ ：９ ６ １０
２５ ３ ￣ ２ ． ０， ００ － －３ ０
均有不同程度的提高 ， 取得了一定的成效 ， 达到了预 期使 用 防气 装置 的 目的 。 ７ 结论 在 油 田开发 后 期 ， 由于气 体影 响 ， 使抽 油泵 的 致 泵 效 降 低 ， 重影 响 油 田的开 发 生 产 。针对 这 一 现 严
体载荷和流体流动摩阻的综合作用 。 抽 油杆柱 在井筒 流体 内的重力 可 以表示 为 ：
ｎ
Ｆ：∑Ｇ ｘｉ ｉ （ △ ）
ｉ＝ １
式 中 ： 抽 油杆 柱 在井 液 中 的重力 ， Ｇ（） Ｆ一 Ｎ； ｉ一第 ｉ 段 杆柱 在井液 中 的重量 ， ｍ。 Ｎ／ 井 筒 内流 体载 荷可 以表 示为 ：
ｍ－ １
Байду номын сангаас
Ｆ ＝ （； ｒ） ｚ ｄ 一ｄ ｐ ￣
ｄｐ ｊ ，， … ， ；ｉ 一１ ２… ｍ一１
ｉ
（ １ ｄ ） ｊ 一 ｄ＋－ ￣ｐ １ ＋
（） ２
了便于分析抽油杆柱受力状况 ， 将总长Ｌ ｐ的抽油杆 分为 ｎ段 ， 每段 长度 为 。 １ 轴 向力分 析 抽 油 杆 柱 在井 筒 内受 到抽 油 杆 柱 自身 重 力 、 流
收稿 日期 ：０ １ ７ ５ ２ １ ～Ｏ —１ 作 者简介 ： 士同（９ ６ ， 山东茌平人 ， 单 １ ６ 一） 男， 工程师 ， 主要从事采油工 艺、 井下作业方面的管理工作。
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内 蒙 古石 油化 工
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螺杆泵采油井抽油杆柱力学行为研 究
单士同
（ 利 油 田现 河 采油 厂 ） 胜
摘 要 ： 据螺 杆泵 采 油井 存 在 的实际 问题 ， 根 针对 螺 杆泵正 常稳 定 过 程特 点 ， 立 了抽 油杆 柱轴 向 建 力和 扭矩 的计 算 模 型 ， 据扭 矩平 衡 关 系， 立 了基 于波 动方程 的抽 油 杆柱 运 动模 型 ， 用有 限 差分 格 根 建 采 式对 方程进 行 数值 求解 ， 可 为抽油 系统 工况进 行诊 断 和螺杆泵 采 油 系统设 计 提供 了理论 依据 。 便 关键词 ： 螺杆 泵 ； 采油 ； 杆柱 ； 力学行 为 ； 动方 程 波 中图 分类 号 ： ＴＥ９ ３ ． 文献 标识 码 ： ３＋ ２ Ａ 文 章编号 ：０ ６ ７ ８ （ ０ １ １ 一 ｏ １ 一Ｏ １ ０－ ９ １２１ ）９ ｏ２ ２
螺杆 泵 是一 种 容 积 式 泵 ， 通过 抽 油 杆 柱 的旋 转 来 带动 泵转 了旋 转 实现 吸排 液体 。 由于地面 设备 结 构 简 单 ， 理 维护 方 便 ， 油 装置 投 资 成本 低 ， 效 管 采 泵 高等优点 ， 益受到人们重视［。 日 １ 但抽油杆柱断脱事 ］ 故 频 繁 、 采效 率 低 等 问题 严 重 制 约 了螺 杆 泵采 油 机 技 术 的应 用 。非常 有必 要开 展螺 杆泵 采油 井抽 油杆 柱力 学 行 为研 究 ， 螺 杆 泵采 油 工 艺设 计 提 供 了重 为 要 的理 论 依据 。 螺 杆 泵井 抽 油 杆 柱力 学 分 析 ， 是进 行 抽 油杆 柱 优化设 计 的基 础 Ｌ 。螺杆 泵井 抽油 杆 与抽 油机 井螺 ２ ］ 杆 泵在 受 力 形式 上 有 很大 区别 ， 油 机井 抽 油 杆是 抽 上下 往 复运 动 ， 拉强 度是 抽 油杆 的主要 指标 ， 抗 而螺 杆 泵井 抽 油 杆 的主 要 运 动形 式 为 旋转 运 动 ， 油杆 抽 柱不 仅 在轴 向上 受力 ， 且还 要承受 负载 扭矩 ［。 而 ３ 为 ］
３ ． ８／ ， ０ ２ ｔｄ 其泵 效 也 所 有 提 高 ， 由之 前 的 ３ ． Ｏ 上 １ ９
式中：。 Ｆ一液柱轴向载荷 ， ｐ １ Ｎ；ｊ 一第ｊ 级抽油杆 ＋ ＋１ 下端受到 的流体压力， ａｄ一第 ｊ 抽油杆直径 ， Ｐ ； ｊ 级 ｍ；ｒ 一第 ｊ 级抽油杆直径 ， ｄ一螺杆泵截面 ｄ＋ ｊ ＋１ ｍ； 的 当量 直径 ， ｄ ｍ； 一最 下 一级 抽 油 杆直 径 ， ｍ一 ｍ； 抽油杆 组合 的总 数 。 井筒 内流体流动引起的的摩擦载荷可 以表示
［］ 刘明尧． ２ 游梁式抽油机精确动力 学分析的新方 法［］石 油机 械 ，９７２ （１ ：～６ Ｊ． １ ９ ，５１ ）５ ． ［］ 张琪． 油 工程 原 理 与设 计 （ 一版 ） Ｍ ］ 东 ３ 采 第 ［ ．
营 ： 油大 学 出版 社 ，０ ０ １ Ｏ １ ４ 石 ２ ０ ：Ｏ ～ ０ ．
为：
升 到 ３． ３ ， ４ ３ 取得 了一定 的成效 。 通 过 对 以上两 组 油 井 示 功 图 的对 比分 析 ， 下 在 内罩 式 防 气装 置 前 （ 侧功 图所 示 ）功 图显示 有 气 左 ， 影 响 或供 液 不 足 ， 过对 当时 动 液 面和 泵深 的数 据 通
状 ， ２ ０ 年 阶段性 的将 内罩 式 防气装 置 分别 应用 在 ０９ 于１ ６口油 井 中 ， 经过 试验 性 的应 用 ， 果证 明 ， 结 内罩 式 防气 装置 可 以有 效 提 高抽 油 泵 泵效 ， 而 改 善 抽 从 油 泵工 作状态 提高单 井产 液量 。
核 实 ， 排 除 供液 不 足 的 可 能性 。分 别 通过 检 泵 作 均 业 ， 下入 内罩 式 防气装 置 ， 并 进行 阶段 性 的抽油 生产 产量跟踪 ， 跟踪结果显示， 在使用 内罩式防气装置后 （ 侧 功 图所 示 ）所 选 油 井 的相 应 日产 液 量 及泵 效 右 ，