基于井液流动和接箍效应的抽油杆柱偏磨机理

失将对 接 箍产生 作用 力 ，即压 差 力 。
为 此 ，笔 者 对 井 液 流 动 产 生 的 压 差 力 进 行 了 分
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析 ，并 在 此基础 上 ，综合 考 虑其他 因素 ，给 出了抽 油杆 柱 中和点 的计算 方法 。该 方法 对进 一 步研 究杆
管偏磨 产 生机理 具有 重要 意义 。
陈军 ｌ ； 綦 耀 光
（ ． 中 国 石 油 大 学 （ 东 ） ２ 中 国 石 化 胜 利 油 田分 公 司 ） １ 华 ． 摘 要 ：在 分 析 目前 杆 管 偏 磨 理 论 所 存 问题 的 基 础 上 ，探 讨 了 井 液 流 动 以 及 接 箍 对 抽 油杆 柱 受
力 的影 响 ，建立 了井液 在抽 油杆 柱 和油 管组 成环状 管道 中流动 时产 生压 差 力的计 算模 型 ，给 出 了
ｌ
基 金 论 文 ： 中国 石 油 化 工 股 份 公 司 项 目 “ 油 高 含 水 期 抽 油杆 偏磨 机 理研 究 ” （ ５ ０ ７ 稠 ５ —２ ０ 一Ｇｓ ０ —６ ） 一 ０ ４ ；中 国 石 油 天 然 气 集 团 公 司 创 新
基 金 资 助 （ ０ ９ － ５ ０ —０ — ０ ） ２ ０ Ｄ－ ０ ６ ２ ５
基 本 原 因 是 抽 油 杆 、油 管 的 屈 曲 变 形 ， 而 目前 对 抽 油 杆 屈 曲 性 能 理 论 的 研 究 大 多 是 把 抽 油 杆 柱 假 设 为
一
重合。
１ １ 井 液 流 动 压 降 模 型 ．
以单根抽 油 杆和 油管 组成 的环状 空 间为例 ，在
上 冲 程 ，抽 油 杆 向 上 运 动 ，建 立 图 １所 示 的 直 角 坐 标 系 ： 抽 油 杆 和 油 管 的 轴 线 与 Ｚ坐 标 重 合 ， 为 油 ｒ
个 重要 原 因 。随 着我 国大 部分 油 田进入 开发 中、后 期 ，井 液含 水较 高 ，杆管 偏磨 问题 愈演 愈烈 ，甚 至 在 直井 中杆管 偏磨 也相 当严 重 ，对 油 田生 产 造成 了 很 大的影 响 ～ 。针 对油 井 的杆 管偏 磨 问题 ， 许多 研究 人员 都进 行 了深入 研 究 ｌ 。杆 管偏 磨 产 生 的 ４ ］
等截 面积杆 ，忽视 了井液 流动 以及 接箍 对 杆柱受
管 内孔 的半径 ， 为抽油 杆 的半 径 。规定 所 有 变量 ｒ
的正 方 向 均 向 上 。
力 的影 响 。实 际上 ，在狭 长 的抽 油杆 和油 管组 成 的
环 状 空 问 中 ，井 液 流 动 会 产 生 压 力 损 失 ，该 压 力 损
油气 田 地 面 工 程 第 ２ 卷 第 ５期 （ ０ ０ ５ ９ ２１． ）
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基 于 井 液 流 动 和 接 箍 效 应 的抽 油杆 柱 偏 磨 机 理
１ 数 学模 型 建 立
圈 １ 同 心 状 至 １Ｊ 构 日结
流 体流 动产 生 的作用 力是 由流 体运 动 时 的能量 损 失 引起 的 。在 管道 内 ，黏性 流体 运 动时 的能量 损 失 包括 流体 在等 截 面积管 道 内的摩 擦 阻力 引起 的沿 程压 力 损失 和 由 于管 道 形 状 改 变 、流 速 受 到 扰 动 、 流 动方 向变化 等 引起 的局 部阻 力损 失 。通常 认为 每 种 损失 都能 充分 地显示 出来 ，而且 独立 地不 受其 他
缩 时 ，用公 式表 述 为
ｙ＿ ｌ ３Ｐ
ｖ
加 。在抽 油 杆或 接箍 与油 管组 成 的环状 空 间 中 ，井
液 流 动 将 产 生 沿 程 压 力 损 失 ；井 液 流 经 环 状 空 问 变
径处 （ 如接箍 、扶正 器） ，将产 生局 部 阻力 损失 。
１ｐ 鲁 ＋ ＋ ］ ＋ ａ 鲁 ＝ ］ ＋ ＋ ］警 ， ＿ 鲁 ＝ 瓦＋ ＋ ＋ ］警 ａ 旁 鲁 一 ［ ｐ
２
油气 田地 面 工 程 第 ２ ９卷 第 ５期 （０ ０ ５ ２１． ）
式 中 Ｘ、ｙ、Ｚ 为 对 应 各 坐 标 轴 方 向 上 的 质
柱在 实际运 动 中的 受力状 况 ，为进 一 步研 究杆 管偏 磨机 理打 下 了理论 基础 ，对 杆 管偏 磨 防 治措 施
的研 究具有 重要 的指 导 意义 。 关 键 词 ：压 差 力 ；井 液 流 动 ；环 状 空 间 ；杆 管 偏 磨 ； 中 和 点 长 期 以 来 ， 杆 管 偏 磨 一 直 是 影 响 油 田生 产 的 一 首 先 对 井 液 和 杆 、管 组 成 的 环 状 空 间 作 如 下 假 设 ：① 井 液 的黏 度 不 变 且 不 可 以压 缩 ；② 井 液 在 环 状 空 间 中 的 流 动 为 层 流 ；③ 抽 油 杆 柱 和 油 管 的 轴 线
抽 油 杆 柱 中和 点 的 计 算 方 法 ， 并 利 用 实例 进 行 了验 证 。 实例 分 析 表 明 ： 井 液 流 动 产 生 的 压 差 力 随
着 冲程和 冲 次乘积 的增 大 而增 大 ，随着抽 油杆 柱 和 油管之 间过 流 面积 的减 小而增 大 ，随 着井液动
力 黏 度 的 增 大 而 增 大 ； 压 差 力 造 成 杆 柱 的 中 和 点 位 置 上 移 ，偏 磨 范 围增 大 。 该 方 法 弄 清 了抽 油 杆
损 失 的 影 响 ， 因 此 压 力 损 失 和 局 部 阻 力 损 失 可 以 叠
诺 维 一 司托 克斯 方 程 式 （ 称 Ｎ—Ｓ方 程 式 ） 简
是 实 际 流 体 的 运 动 方 程 式 ， 它 是 分 析 实 际 流 体 流 动 特 性 的 基 础 。 当 假 设 流 体 的 黏 度 不 变 并 且 不 可 以 压