油井合理安装扶正器(3)

1.4.7抽油杆材质及其制造质量

抽油杆材质及制造质量的好坏对抽油杆的寿命有较大的影响，抽油杆弯曲度 6

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以及锻造缺陷如折叠、分层、结疤、飞刺等，都是抽油杆的疲劳源。

1.5抽油杆脱扣原因分析

1.5.1初始预紧力的影响

螺纹连接一旦预紧力不足，其抵抗动载松扣的能力将大大减低。上下行程载荷的交替变化，使抽油杆螺纹接头和接箍也将交替发生伸长和压缩变形，内外螺纹接触面就会有相对运动的趋势，从而逐步松扣。

1.5.2振动的影响

抽油杆在上下行程中都承受着一定的振动负何，振动力的存在，会导致松扣效应。在整个杆柱的两端，振动力较大。

1.5.3抽油杆螺旋恋曲变形的影响

上行程中和点以下抽油杆由于螺旋变曲变形，会产生具有松扣效应的扭矩。当油管柱下部未锚定及井斜较大时，将造成抽油杆在运动中与油管发生摩擦或撞击，引起附加振动力，加速轴油杆的松扣。

1.6抽油杆断脱预防措施

1.6.1使用减振、防脱防腐工艺

对振动严重的井，使用井口减振器，以减缓因杆柱振动而导致管柱断脱。使用高强度防脱器及防腐工艺，防止或减少杆柱的断脱。

1.6.2加强油井管理

及时诊断抽油井，对工作制度不合理的抽油井进行调整，对砂影响严重井应用各种防砂措施确保井筒不堵不卡，减小杆柱负荷。

1.6.3加强作业质量监督

为确保施工质量，加强全过程作业现场跟踪监督，杜绝不合格杆柱入井。

1.6.4运用软件，优化抽油杆柱设计

在杆柱组合设计中，应用软件对各级杆柱的最大应力和疲劳强度进行认真校 7

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核，以提高设计的精确性。

2 针对机抽井井下管杆防偏磨的各种工艺技术

2.1 杆管结构材质及防磨涂层

通过改变油管结构提高油管防偏磨。HDPE(高密度聚乙烯) 塑料内衬油管是在普通油管内嵌入一根HDPE 管,与金属管相比, HDPE 管具有质轻、耐腐、耐磨、不生锈、导热系数低、摩擦因数低等优点。油管加入HDPE 内衬后,平均年作业次数从4. 3 次下降至0. 159 次。HDPE 内衬油管结构如图2 。

图2 HDPE 内衬油管结构

内衬HDPE 管的缺点为:加装内衬管后导致内径减小,需采取适当措施以保证井下工具的正常使用; HDPE 的耐温有限,对下入深度有要求;价格昂贵,约是普通油管的1. 7 倍。

2.2 抽油杆旋转

2.2.1 抽油杆自动间歇旋转器

抽油机正常运转时,抽油杆作上下运动。当抽油杆下行时,固定在抽油井井口上部的井口盘根密封器顶面顶在游动卡体底面,对游动卡体产生向上的顶力,经连杆带动摇臂作逆时针旋转运动,再经间歇传动副及垂直轴传动副带动抽油杆转动;当抽油杆上行时,固定在抽油井井口上部的井口盘根密封器顶面和游动卡体底面脱离,摇臂游动卡体及连杆在重力作用下,带动摇臂反向作顺时针转动,并带动间歇传动副反向进行空回程;抽油杆作上、下连续往复运动时,抽油杆旋转器带动抽油杆作自动间歇旋转,从而避免了抽油杆偏磨现象的发生,同时还避免了抽油杆脱扣现象的发生。

2.2.2 抽油杆悬绳器旋转抽油杆装置

抽油杆悬绳器旋转抽油杆装置借助游梁动力,利用棘轮机构,驱动抽油杆杆柱作匀速间歇旋转运动,使抽油杆及其接箍与油管内壁360°均匀接触,以达到抽油杆均匀磨损的目的。复合抽油杆悬绳装置,由壳体、轴、锥销、上法兰、O 形圈、 8

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液压弹簧和机械弹簧等组成。旋转机构通过棘轮机构使抽油杆下行接近底部时,井口对其产生向上的力,使蜗杆逆时针旋转,从而带动蜗轮顺时针旋转; 蜗轮通过键带动轴顺时针旋转,上法兰通过摩擦力带动抽油杆旋转。

2. 3 油管旋转

油管旋转器使油管缓慢而持续旋转,使其被磨损面从19～21°扩大到360°,减缓油管局部过度磨损,延长油管使用寿命。当抽油机运行到接近下死点时,推动压杆下行,压杆推动离合器及蜗杆、蜗轮、悬挂器及井下油管旋转;当抽油机上行时,复位弹簧推动压杆及离合器复位,实现油管间隙匀速转动。

2. 4 采用扶正器

2. 4. 1 HW型管杆自动扶正防偏磨装置

扶正器固定在抽油杆上与抽油杆一起上下运动,强制与油管偏磨点摩擦(如图

3) 。缺点是当尼龙扶正器偏磨后,不能避免杆管之间相互偏磨,防偏磨效果不很理想。

图3 尼龙扶正器固定在抽油杆上示意

2. 4. 2 自旋式抽油杆刮蜡扶正器

自旋式抽油杆刮蜡扶正器是在固定式尼龙扶正器的基础上改制而成,扶正体采用增强尼龙,并且将尼龙表面的直槽变为螺旋槽,且可以旋转。在抽油机下冲程时,液流冲击螺旋槽,使尼龙部分旋转,达到均匀磨损扶正器的目的。螺旋槽还具有刮蜡作用,扶正套易于更换。但对于“狗腿”引起的偏磨效果不明显。

2. 4. 3 齿形扶正器

齿形扶正器由杆体、上扶正块、下扶正块组成。上、下柱形扶正块的外侧开有导油槽,杆体中段两侧铣有导向平面,与上扶正块的内孔相配合,以保证上、下扶正块的导油槽正好相互错开。当抽油杆下行时,上扶正块滑向杆体中段的上方,上、下扶正块离开一段距离,油液通过下扶正块的导油槽、2 个扶正块间的环空和上扶正块的导油槽;当抽油杆上行时,上扶正块向下滑动并与下扶正块对接,相互堵塞了导油槽,因而对油管内的油柱产生一个向上的推力。缺点是在抽油杆上、下冲程中,很难保证上、下扶块有效上下行。

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2. 4. 4 金属滚轮扶正器

金属滚轮扶正器的结构是在接箍表面按90°相位均匀安装多个金属滚轮,目的是将管、杆之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,减小磨擦阻力。金属滚轮扶正器在一定程度上可以减少杆、管的磨损,但存在许多缺点: 滚轮经常脱落造成落物卡;滚轮容易受蜡卡;滚轮为金属体,与油管的接触面积小,对油管的损伤有时比抽油杆更大,经常将油管磨穿;自身的使用寿命比较低。

2. 4. 5 钢质滚珠式防偏磨扶正器

钢质滚珠式防偏磨扶正器是在滚轮式扶正器结构上做了改进,克服了滚轮扶正器的滚轮轴易断的问题,在一定程度上延长了扶正有效期。缺点是滚珠槽被磨损后,滚珠散落,扶正器失效,可能会造成卡抽油杆、卡泵事故。

2. 4. 6 磨球式抽油杆扶正器

磨球式抽油杆扶正器利用“3 球”支撑滚动摩擦原理,将常规扶正器与油管之间的单向滑动摩擦改变为扶正器与油管、抽油杆之间的双向滚动摩擦,从而可以更有效地防止管杆偏磨。与常规扶正器相比,具有低摩阻、扶正效果好等优点,同时,由于摩擦力降低,可以有效地降低抽油杆运行阻力,降低能耗,提高系统效率。缺点是磨球与油管内壁接触面积变小,增加局部应力,有时会在油管内磨出深槽。

2. 4. 7 扶正环

扶正环在一定程度上具有减少杆管偏磨的作用。扶正环具有安装、拆卸和调节方便,磨损运动平稳,保养方便等特点。缺点是扶正环寿命较低,不能长期有效起到防偏磨作用。

2. 5 其他措施

2. 5. 1 空心抽油杆技术

空心杆抽油是用空心杆代替油管和实心抽油杆,将泵筒直接悬挂在套管上,用空心杆带动柱塞完成抽油过程。该技术泵效高,可降低成本,减少劳动强度,能直接解决由实心杆和油管组成的管柱所无法避免的管杆偏磨问题。

2. 5. 2 防偏磨抽油泵

抽油泵柱塞自旋器是在柱塞上方连接一右旋的类似导流槽的装置。上冲程时,抽油杆柱与油管中液体之间无相对运动,液体不会对右旋导流槽产生作用;下冲程时,抽油杆柱与油管中液体之间有相对运动, 液体会对右旋导流槽产生作用力,产生向左的径向力分量,带动柱塞做向左的旋转运动。从1个抽汲过程看,柱塞的转动具有随机性,而从长时间的工作过程看,柱塞始终朝一个方向转动,这使柱塞 10

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与抽油泵筒之间沿径向的磨损趋于一致,可消除柱塞偏磨现象。

2. 5. 3 在抽油杆底部加加重杆

在抽油杆底部加加重杆,可以使整个杆柱始终处于拉应力状态,可在一定程度上避免“失稳”造成的偏磨现象。

3.结论及建议

3.1结论

通过对本课题的研究，在此次毕业设计中取得了以下几方面的结果：

（1）分析了斜直井中管杆偏磨与断脱的原因，并探讨了防止或减少管杆偏磨与断脱的对策。

（2）对抽油机井井下管杆防骗磨的各种工艺技术进行了探讨，列出了常用的工艺技术特点。

（3）对各种工艺技术的适应情况，优缺点进行了总结。

（4）对斜直井抽油杆柱进行了力学分析，并建立了数学力学模型，进行杆柱的优化组合设计，探讨出采用加重杆来减少斜直井管杆偏磨的方法。

（5）分析了安装扶正器的杆柱受力变化规律，提出了合理安装抽油杆扶正器间距的计算方法。

3.2建议

对斜直井的开发应采用新的开采工艺进行优化设计、新的开采技术开发来提高油井生产效率，延长油井生产周期，减少作业次数，增加原由产量，降低开发成本。因此，需进一步完善新工艺及其配套技术，从管杆柱系统的力学分析入手，辅以必要的实验测试，根据目前管杆偏磨和管杆柱力学屈曲理论的研究现状，需要加以考虑流体运动、管杆相对运动和管杆柱屈曲变形后的运动配合影响，对井下管杆柱动力学系统进行理论分析，真正形成一套分析管杆屈曲变形的完整理论体系。能够根据井况参数和生产参数等，准确预测管杆偏磨位置，及早采取措施；通过综合全面地分析影响管杆偏磨的所有因素，利用模糊数学理论或灰色系统理论，能够准确确定具体井的管杆偏磨的主要原因或具体原因，从而可以采取相应的防治措施；借助管杆磨蚀模拟实验，研究管杆偏磨与腐蚀之间的相互关系，特别是能够根据磨损率、腐蚀速率等参数计算管杆偏磨安全使用极限寿命，指导实际生产，预防管杆偏磨造成的管杆断脱躺井事故；根据管杆配对材料摩擦副摩擦磨损实验，寻找最佳耐磨管杆材料与表面处理工艺，达到延长管杆偏磨寿命的目 11

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的；加大稠油斜直井开采工艺优化设计技术的推广力度，争取在技术领域上有更大突破。

3.3总结

本次设计来源于工程实际问题，对现场生产具有一定的指导意义。

通过此次设计，对大学期间所学的知识进行了依次综合检测，培养了运用所学知识和掌握的基本技能对工程实际问题进行分析研究和解决问题的能力。在查阅文献资料、英语翻译、计算机应用等方面均有很大提高，同时也学到了许多源于教材但超越教材的知识，拓宽了知识面，对以后的工作具有深远意义。