基于井液流动和接箍效应的抽油杆柱偏磨理论与防偏磨策略研究

【摘要】：本文对高含水期抽油杆柱的偏磨机理进行了研究,探索了油液流动规律以及接箍效应对抽油杆柱产生的作用力,综合抽油杆柱的其它各种受力,得出了新的轴向力和杆柱中和点计算公式,并对中和点以下杆柱的屈曲规律进行了研究。分析了已有防偏磨措施的优缺点,提出了一项以动压润滑理论为基础的主动防偏磨新技术。在总结已有的防偏磨技术优缺点的基础上,以三维可视化技术为基础,开发了抽油机井杆管防偏磨设计仿真系统,该系统可在设计阶段较好的预测偏磨防治效果,进行防偏磨设计优选,提升治理的有效性。主要研究成果总结如下: 1、分析了抽油杆接箍对抽油杆偏磨的效应和油液的流动对抽油杆柱受力的影响规律,研究了上下行程抽油杆柱各种受力的分布,将活塞与泵筒衬套间的摩擦力、杆柱的浮力、惯性力以及井口回压对杆柱的作用力等进行综合,建立了抽油杆柱的运动学模型。 2、重新建立抽油杆柱的屈曲计算条件,给出了抽油杆柱的屈曲规律。 3、建立抽油杆柱安装防偏磨工具后对抽油杆与油管屈曲变形的影响规律,建立抽油杆防偏磨工具的设计方法和设计准则,解决了生产上防偏磨工具安装无序性和安装后偏磨点移动的问题。 4、提出了一种全新的基于动压润滑原理的主动防偏磨理论并进行了工具设计。新型防偏磨工具的现场实验表明,基于动压润滑原理的防偏磨技术能有效的阻止杆、管接触摩擦,有效的延长油井免修期。 5、应用三维管杆模型仿真的基本理论,应用OpenGL绘图软件,以VC++为平台,绘制三维油井井身轨迹并建立抽油杆和油管的三维模型,以此为基础完成三维仿真平台的建立,开发出有杆抽油系统的杆管防偏磨优化设计软件,针对不同井况,快速优选设计抽油机井工艺参数,制定防偏磨策略。