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柔性抽油杆的研究与应用

张继锋  
【摘要】: 机械采油是国内外传统采油的主要方式,而有杆泵抽油方法是当前世界采油行业中应用最广泛的技术,也是迄今采油工程中一直占主导地位的举升方式。世界上采用机械采油的井数大约是总生产井数的90%,而采用有杆泵抽油的井数是机械采油井数的80~85%。目前我国陆上机械采油约90%左右的油井采用有杆泵抽油技术,产油量的80%是靠有杆泵抽油采出的,有杆泵抽油设备的能耗已占油田总能耗的30%以上,随着各油田进入开发后期,上述比例将成上升的趋势。然而,抽油杆的工作条件十分恶劣,使它成为有杆泵抽油系统中最薄弱的环节成为制约这种采油方式进一步发展应用的”瓶径”。据统计,因抽油杆松动、脱扣和接头部位断裂而造成的事故占有杆抽油井事故总数的60%~75%。我国有不少油田存在一些低渗、中小产量随着一些早期开发的油田逐步进入开发后期、开采油层的深度增加,能耗也逐渐成为采油成本增加的主要因素之一。 作者对圆钢抽油杆的使用状况进行了认真分析,认为圆钢抽油杆具有以下优点:a.抽油系统的机械设备简单。b.圆钢抽油杆制造工艺简单c.运输方便、易于维护。但,圆钢抽油杆存在以下难以克服的缺陷: a.单根圆钢抽油杆长8米左右,靠多个接头和接箍连接才能实现油井安装,若泵深达到1600米,就要采用近200个接箍,下泵深度越大,所需的接头和接箍就越多。这些 接头和接箍在长期承受交变、冲击和振动载荷的工作条件下经常发生脱扣,甚至断裂。 b.接箍多,产生多级活塞效应(接箍直径是杆直径的2倍以上),降低了抽油效率。 C.圆钢抽油杆的起下作业是间断进行的,作业时间较 武 汉 理 工 大 学 硕 士 研 究 生论 文 长、工人劳动强度大。 d常规的圆钢抽油杆抗拉强度最大值在650Mpa叫50Mpa 门5CrMO人 在深井和超深井中使用时因自身重量较大,只 能采用小泵深抽,使能耗高、效益差,而且钢杆的拉脱和断 裂更易发生。 本文抽油杆的受力和运动规率进行了分析,认为:_ a.采用常规抽油机的柔性杆柱抽油系统其运动规律与刚 性杆的相同。柔性杆柱抽油系统泵柱塞在上、下死点附近(或 相应的时间)其运动是随悬点处的强迫运动与弹性阻尼振动 的合成,杆柱弹性变形结束一段时间后,柱塞的运动规律与 刚性杆的相同。 b.采用常规抽油机的柔性杆柱抽油系统其运动规律与刚 性杆的相同。柔性杆柱抽油系统泵柱塞在上、下死点附近(或 相应的时间)其运动是随悬点处的强迫运动与弹性阻尼振动 上 的合成,杆柱弹性变形结束一段时间后,柱塞的运动规律与 刚性杆的相同。柔性杆柱在抽油运行中两端受到拉伸一压 缩交变载荷的作用。尤其是柔性杆的两端这种交变载荷产生 的交变应力更为严重。c为使柔性杆柱满足抽油功能,应具备 足够的抗拉强度和刚性,钢丝绳柔性抽油杆的结构伸长越小 越好。 本文的贡献在于: 门)提出钢丝绳柔性抽油杆的绳芯采用单股钢丝绳,外层捻制一 层异型钢丝。其捻向与内层捻向相反。这种结构的优点是: 钢丝绳密封性能好,而且耐磨耐腐蚀,结构致密,缝隙小, 承受载荷时结构伸长小,刚性好,弹性模量高,受轴向拉应 力时钢丝绳不旋转。捻制外层异型钢丝时再采用连续轧压、 大后变形量,使己捻制成型的钢丝绳再经受一次小变形量的 塑性变形,从而达到不松散。并使外层异型钢丝表面产生小 f 量压应力,以提高疲劳寿命。经X光分析表明,捻成型的钢产 2 二 武 汉 理 工 大 学 硕 士 研 究 生论 文 生一层 0.05—0.ZMM的压应力层,有利于疲劳寿命的提高。 u)以上述理论为依据生产抗拉强度631470MPa,整绳破断拉力 3320KN;在拉伸 载荷达至90KN时,结构伸 长值刁于0.1%。, 弹性模量不小于 1.6 XIO’MPa柔性抽油杆连续长度 500~ 5000 m,整条缠绕在工字轮上交货,中间无接箍,在油泵安装 中可以连续起下,减轻劳动强度。抽油运行中无、活塞n效应, 提高液体抽吸量,提高泵效 10%左右;


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