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抽油机井杆管偏磨是指油井生产过程中,抽油杆柱与油管内壁之间产生摩擦而导致的杆管磨损失效现象。油井进入生产后期后,抽油杆、管、泵工况恶化,采出液含水率升高,使抽油杆管的偏磨现象加剧。分析杆管偏磨的原因及预测杆管偏磨的位置将为预防偏磨提供重要的理论依据。
抽油杆柱是一个超细长的大柔性杆,在充满井液的油管内往复运动的力学行为是几何非线性、接触非线性和动力学的耦合问题。本文对目前存在的各种描述抽油杆柱动态特性的模型进行综述和评价,将几何非线性、接触非线性和动力学有机的结合起来,运用有限元方法,建立抽油杆柱三维耦合振动模型,找出了其屈曲、杆管接触和磨损的变化规律,为防止抽油机井抽油杆柱断脱和油管漏失等事故的发生提供了理论依据。
利用非牛顿流体理论,阐述了聚合物溶液的非牛顿特性,建立了聚合物驱抽油杆柱法向力数学模型,它是关于流体物性(粘度、浓度等)、流体流变性、杆管尺寸及偏心距、油井生产参数(冲程、冲次)、油井产量等诸多参数的非线性函数。理论及试验结果均表明,抽油杆柱法向力大小随流体流速、聚合物溶液浓度、杆管偏心距的增加呈现增大趋势,在聚驱井中法向力的影响是加剧杆管偏磨。
在偏磨分析的基础上,进行防偏磨措施优化:优化扶正器设计,提出了以分析计算由轴向压力和法向力作用于杆柱产生的杆柱弯曲变形为基础的聚驱抽油机井杆柱扶正器布置方法;针对聚驱采出井,采用特殊结构设计的低磨阻泵,低磨阻泵降低磨阻是通过放大柱塞与泵筒的间隙、缩短柱塞的有效长度来实现的,而由此增加的漏失,通过柱塞与泵筒之间的间隙流流动局部损失和粘弹流体有效粘度的增加来弥补,室内及现场试验表明,低磨阻泵能够有效降低下行阻力,起到减缓杆管偏磨的目的。