《人工举升理论第11讲 抽油井偏磨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人工举升理论第11讲 抽油井偏磨（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、人工举升理论,第11讲 抽油井偏摩,吴晓东,偏磨机理研究分析,建立数学模型,修正数学模型,偏磨诊断,措施优化,室内试 验研究,现场试验,优化方案定型,总体研究思路,主要汇报内容,抽油机井杆管偏磨机理研究 井眼弯曲的影响 上顶力影响 法向力影响 振动影响,偏磨诊断及优化设计软件研究 摩阻计算 优化措施分布图 加重砣设计 低摩阻泵设计 扶正器间距设计,井眼弯曲的影响,井眼弯曲的影响,井眼弯曲的影响,上冲程,摩擦力,摩擦力,液柱重力,惯性力,杆柱重力,v,拉力,下冲程,摩擦力,摩擦力,阀阻力,惯性力,杆柱重力,v,浮力,上顶力的影响,摩擦力,液柱重力,惯性力,杆柱重力,v,拉力,摩擦力,摩擦力,液柱
2、重力,惯性力,杆柱重力,v,拉力,阀阻力,惯性力,v,浮力,摩擦力,阀阻力,惯性力,v,浮力,摩擦力,杆柱重力,抽油泵柱塞与衬套之间的摩擦力,二级泵,上顶力的影响,抽油泵柱塞与衬套之间的摩擦力,三级泵,上顶力的影响,在不同介质中游动凡尔与球座的摩擦阻力计算,上顶力的影响,井液与单位长度抽油杆之间的摩擦力,式中： 井液的粘度 油管内径与抽油杆直径之比 抽油杆柱最大下行速度,上顶力的影响,抽油杆,上顶力,屈曲失稳,正弦屈曲,螺旋屈曲,超过临界载荷,上顶力影响,杆管的正弦屈曲临界载荷,其中：E 为材料杨氏弹性模量，Pa； I 为截面的惯性矩，m4； Lcr 为泵端抽油杆柱在临界载荷作用下中位点到泵端
3、的距离，m； q 为轴向分布力，N/m。,上顶力影响,杆管的正弦屈曲临界载荷,上顶力影响,正弦屈曲变形形态,上顶力影响,杆柱发生正弦屈曲时的接触力,式中： k为系数，k=1.1； x2为中位点到泵端的距离，无因次； xc为临界状态下中位点到泵端的距离，xc=3.325； r为抽油杆接箍和油管内壁之间的视半径,上顶力的影响,杆管的螺旋屈曲临界载荷,其中：E 为材料杨氏弹性模量，Pa； I 为截面的惯性矩，m4； Lhel 为泵端抽油杆柱在临界载荷作用下中位点到泵端的距离，m； q 为轴向分布力，N/m。,上顶力影响,杆管的螺旋屈曲临界载荷,992.3,26.25,37.8,25,705.7,24
4、.11,29.27,22,477.2,21.86,21.83,19,301.7,19.49,15.48,16,螺旋屈曲临界载荷 （N）,中位点到泵临界长度 (m),单位长度 重量 （N/m）,直 径 （mm）,上顶力的影响,杆柱发生螺旋屈曲时的接触力,式中：q为接触力，N/m； Fa为轴向载荷，N ； r为抽油杆接箍和油管内壁之间的距离，m； E为抽油杆的弹性模量，Pa； I为抽油杆的截面惯性矩，m4 。,上顶力的影响,轴线螺旋屈曲示意图,上顶力的影响,螺距由下式计算：,轴向力越大时，螺距越小。 在泵端杆柱受轴向压力最大，从泵端到中位点逐渐减小，所以在出现螺旋屈曲的情况下，下部螺旋较密，向上螺
5、距逐渐增大。,上顶力的影响,25mm杆柱螺距随轴向力变化曲线,上顶力的影响,油管,抽油杆,牛顿流体,非牛顿流体,上顶力的影响,法向力的计算模型 由于聚合物可看成是一种幂律流体，所以应用紊流状态下，幂律流体管壁处剪切速率模型及上随体maxwell流体模型计算可得出液体法向力与抽油杆偏心距之间的关系。,法向力的影响,紊流状态下管壁处剪切速率模型 ：,剪切速率， ； 流体相对于抽油杆的速度， ； 流性指数，无因次； 当量直径， ；,其中：,法向力的影响,第一法向应力差 计算模型：,其中：,第一法向应力差， ； 松弛时间， ； 剪切速率， ； 零剪切速率特性粘度，,法向力的影响,零剪切速率特性粘度是聚
6、合物增稠能力的一种度量，是聚合物浓度趋于零时在零剪切速率下聚合物溶液的比浓粘度；当温度一定时，只与聚合物本身结构和性质有关。,零剪切速率特性粘度：,松弛时间的计算 ：,松弛时间， ； Weissenberg数， ； 有效长度， ； ； 流体平均流速， 。,法向力的影响,抽油杆管截面示意图,如图所示，由于偏心距的存在，抽油杆壁与油管内壁之间的距离（环空厚度）是一个处处变化的量,法向力的影响,如图2-2所示，在ABC中，偏心距e，抽油杆半径r,油管内径R已知，利用余弦定理得：,r2=e2+(R-)-2e(R-)cos(+90),法向力的影响,求解该方程得环空厚度为：,于是，法向力可由下式积分计算得
7、到：,法向力的影响,法向力由下式计算：,松弛时间 零剪切速率特性粘度 抽油杆半径 油管内半径 相对流速 流性指数，无因次 偏心距,法向力的影响,法向力与偏心距关系曲线,法向力的影响,不同浓度下法向力随流速的变化曲线,法向力的影响,与采研实测法向力的对比分析,法向力的影响,与采研实测法向力的对比分析,n=3次/分理论法向力与实验法向力对比表,法向力的影响,与采研实测法向力的对比分析,n=4.5次/分理论法向力与实验法向力对比表,法向力的影响,与采研实测法向力的对比分析,n=9次/分理论法向力与实验法向力对比表,法向力的影响,与采油一厂实测结果对比分析,法向力的影响,法向力对比分析结果,法向力随偏
8、心距的增大而增大，随流速的增大而增大，随聚合物浓度的增大而增大；在数值上，理论法向力与实测法向力也基本一致，偏差在10%以内。,法向力的影响,实测振动载荷,振动随着井深的减小而增大,振动的影响,C 阻尼系数； 单位长度抽油杆的质量，A抽油杆柱的横截面积；N抽油杆柱内的轴向力,振动的影响,抽油杆柱得振动位移响应 ：,振动的影响,抽油杆柱的振动载荷由上式对x求偏导数求得：,振动的影响,理论计算振动载荷,振动的影响,轴向拉力及横向振动力下的挠度沿井深分布,振动的影响,横向振动力作用下挠度变化曲线,振动的影响,振动载荷对比分析结果,振动载荷随井深的增加而减小，即在井口振动载荷最大，向下逐渐减小。,振动
9、的影响,由以上分析可知，法向力随偏心距增大而增大，振动力随井深的增大而减小。 在上部，横向振动载荷最大，但由于 轴向拉力也最大，所以产生的横向挠度并不大（这个横向挠度即可作为引起法向力的偏心距），因此上部法向力不大，即在上部，在影响偏磨的横向载荷中，振动力起主要作用。而在下部正好相反，法向力起主要作用。,振动的影响,优化措施分布图,上冲程,摩擦力,摩擦力,液柱重力,惯性力,杆柱重力,v,拉力,下冲程,摩擦力,摩擦力,阀阻力,惯性力,杆柱重力,v,浮力,抽油杆柱的中和点位置确定 加重砣长度的计算,加重砣设计,由泵功图推断其他原因产生的摩阻,杆柱弯曲曲线的计算,在轴向拉力条件下抽油杆扶正器安放间距
10、计算 在轴向压力条件下抽油杆扶正器安放间距计算,扶正器安放间距的计算,扶正器安放间距的计算,扶正器安放间距的计算,聚驱井中使用常规泵存在的问题 聚合物流体的粘弹性 聚驱井中常规泵漏失量的计算 低摩阻泵漏失量的计算 低摩阻泵柱塞与泵筒摩擦力的计算,低摩阻泵的设计的计算,聚驱井中使用常规泵存在的问题,与同样间隙大小的泵相比减小了漏失量。提高了泵效。,与同样漏失量的泵相比减小了柱塞与摩擦力。,低摩阻泵的设计的计算,聚合物流体的粘弹性,低摩阻泵的设计的计算,聚驱井中常规泵漏失量的计算,假设液体为不可压缩的，液体在缝隙中流动的水力半径很小，呈层流流动，柱塞在每一位置的瞬间，流动做定常流处理，建立了泵筒与柱塞同心和偏心两种情况下运动方程和边界条件，引入无量纲坐标、无量纲速度和柱塞与泵筒偏心配合时的缝隙高度，并给出缝隙流流速、流量的解析解。,低摩阻泵的设计的计算,低摩阻泵漏失量的计算,D泵径 偏心度 泵间隙 泵两端压差 有效粘度 柱塞长度 柱塞运行速度,低摩阻泵的设计的计算,低摩阻泵柱塞与泵筒摩擦力的计算,低摩阻泵的设计的计算,油井 数据 测试 资料,受力分析,上托力,法向力,振动,加重锤,低摩阻泵,扶正器,偏磨分析,优化设计,预防偏磨综合配套技术,防偏磨措施优化图,软件的主要功能,下堂课再见 谢谢!,
