管杆屈曲分析及电化学腐蚀、干摩擦实验研究

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在有杆泵抽油系统中,抽油杆和油管的偏磨不仅降低抽油杆的强度,造成抽油杆断裂,而且还会磨穿管壁,造成油管漏失,影响油井的正常生产。虽然只是说偏磨造成的影响,但实际上偏磨中必然存在腐蚀问题。所以,有杆泵抽油系统中的偏磨问题,实际上就是管杆的磨蚀问题。因此,对管杆磨蚀机理进行研究,对丰富和发展管杆偏磨腐蚀理论,对延长偏磨井的平均免修期,降低油井维护工作量和油田的降本、增效都具有重要的理论意义和实际意义。本文主要从四个方面研究了管杆的磨蚀问题: 第一部分主要从管杆偏磨的力学机理进行研究,通过建立管杆屈曲理论模型,综合考虑了粘滞摩阻、库仑摩阻、管柱自重、内外压、温度等影响因素,分别计算出了油管柱和抽油杆柱在水平井中的正弦和螺旋屈曲临界载荷,并得到了管杆柱正弦屈曲和螺旋屈曲无量纲法向支反力。 第二部分主要从管杆材料电化学腐蚀方面来研究,通过选取抽油井常用的几种管杆材料在两种代表性污水介质条件下进行实验,比较得到了以下结论:被实验钢样电位差异不大;低浓污水除氧使电位负移大约 40 mV,高浓污水除氧影响不大,但 20CrMo 在除氧后电位正移较大;有氧、短期电偶腐蚀实验表明,材料配对的电偶腐蚀现象很轻微或可忽略;极化曲线实验结果证明,污水、高温条件下钢腐蚀速度均十分严重;低浓污水中除氧有一定的降低腐蚀作用,但高浓污水中除氧并不能降低腐蚀速度。 第三部分主要从管杆材料干摩擦方面来研究,通过选取抽油井常用的几种管杆材料在不同压力条件下进行实验,得到了以下结论:各试件干摩擦的磨损率都是随着载荷的增加而增加,而载荷对摩擦系数的影响不大;各试件的磨蚀率是其单纯干摩擦磨损率或单纯腐蚀率的几倍甚至几十倍,腐蚀对磨损的影响是非常显著的,磨蚀中的磨损和腐蚀不是简单的叠加,磨蚀速度比单独的磨损速度和单独的腐蚀速度都要大得多。 第四部分主要是涂料油管的性能比较及成分分析实验研究,参考前人对涂料油管的摩擦磨损实验研究结果,涂料油管确实起到了减磨效果,据此进行了涂料油管的成分分析实验,通过实验结果得出 C 与其它各元素可形成碳化物。在磨损过程中,碳化物以其高硬度保护基体免受磨料的直接磨削;基体又给予碳化物有力的支撑,使之不致变形和折断。
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