抽油杆柱脱扣的机理分析

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1、第27卷第8期石油机械1999年抽油杆柱脱扣的机理分析X湛精华赵斌孟涛韩规划(江汉石油管理局采油工艺研究院)(中原石油勘探局采油工艺研究院)(江汉机械研究所)摘要在分析抽油杆柱各部分工作特性的基础上,就各种扭矩的作用方向、大小和时间对抽油杆柱脱扣的影响作了机理分析。分析结果表明:(1)扭制钢丝绳的变形扭矩Mg在上下行程变向是杆柱脱扣的主要影响因素;(2)中和点以下杆柱螺旋弯曲产生的扭矩Mn主要在螺旋弯曲段对杆柱发生作用;(3)Mg对杆柱中上部的作用大,使杆柱在中上部脱扣的几率较大,但由于中和点处于杆柱

2、下部,其附近杆柱受Mg和Mn作用变化最为频繁,且还承受附加弯矩Mn及轴向压力作用,故杆柱下部脱扣的频率反而最高。主题词抽油杆柱脱扣机理在有杆泵抽油井的生产过程中,常常会因抽油使用的成品钢丝绳有呈右螺旋扭曲状,也有呈左螺杆柱脱扣而导致油井停产。杆柱脱扣原因很多,归旋扭曲状,还有左右螺旋状组合成的。成品钢丝绳纳起来有以下3个方面:①抽油杆下井时上扣扭矩有其共同特性,即受拉时,将产生轴向伸长和与其不够;②杆柱组合或生产参数不合理;③杆柱固有原始方向相反的转动两种变形,随着拉力增大,变的工作特性。前两种原因可

3、以通过调整和改进等方形也增大,此时储存能量;当拉力减小时,其储存法消除,笔者仅就杆柱固有工作特性造成杆柱脱扣的能量释放出来,表现为轴向缩短和恢复其原始扭的机理进行分析。曲方向的转动,即恢复变形。所以,当抽汲生产时,随着上下行程的变换,钢丝绳的伸缩和扭曲转抽油杆柱工作特性分析动变形将不断变换。[1]对于抽油杆柱,从上至下可分成如下四个部右螺旋扭曲状钢丝绳悬挂抽油杆时,上行程受分:悬绳器以上钢丝绳为第一部分,光杆至中和点大载荷将带动悬绳器和抽油杆发生负方向的偏转,为第二部分,中和点至柱塞连接部分为第三部分

4、,下行程受小载荷时则发生正方向偏转。这种偏转对柱塞为第四部分。对抽油杆柱还可做如下假设:杆柱的作用表现为脱扣和上扣;采用左螺旋扭曲状(1)杆柱是在垂直的井中工作,抽油杆不与油钢丝绳时,对抽油杆的作用则相反。左右螺旋状钢管发生摩擦或摩擦载荷不计;丝绳组合使用时,只发生轴向伸缩,扭转作用互相(2)杆柱在工作中不受液体运动的影响;抵消。(3)脱扣方向扭矩为负,上扣方向扭矩为正。设钢丝绳带动悬绳器偏转的扭矩为Mg,当钢至此,则可对抽油杆柱的工作特性进行分析。丝绳为新启用时,

5、Mg

6、值较大,随着使用时间的1.杆

7、柱第一部分:钢丝绳延长,

8、Mg

9、将逐渐减小。

10、Mg

11、值还与抽汲时最大悬挂抽油杆用的钢丝绳是扭制出来的,矿场所载荷Wmax与最小载荷Wmin的差值ΔW的大小成正X湛精华,高级工程师,生于1962年,1982年毕业于西南石油学院矿机专业,现从事机械采油和井下工具研究工作,任科研一室主任。地址:(433123)湖北省潜江市。电话:(0728)6575950。(收稿日期:1999-06-14)40石油机械1999年比。上述变形对杆柱的作用见表1。式中E———弹性模量,Pa;表1Mg的方向及对杆柱的作用J———

12、惯性矩,m4;钢丝绳旋向下行程阶段上行程起始阶段q———抽油杆在液体中的单位重量,N/m;右螺旋Mg>0上扣Mg<0脱扣D———油管内径,m;左螺旋Mg<0脱扣Mg>0上扣d———抽油杆直径,m;组合Mg≈0无Mg≈0无Z———以中和点为坐标原点向下至计算点的2.杆柱第二部分:光杆至中和点段杆柱杆柱长度,m。从悬绳器到中和点之间的杆柱在工作过程中受螺旋弯曲形成在整个下行程时间段,在其形成到光杆盘根和抽油杆与油管之间摩擦力的作用,但过程中,受力和变形情况与压缩弹簧相似。螺旋弯根据假设条件可将其忽略不计,

13、所以这部分的杆柱曲消失在上行程的起始阶段,在其消失过程中,受可看成只受Mg与中和点之下杆柱螺旋弯曲扭矩力和变形情况与拉伸弹簧相似。由于此时杆柱在拉Mn的作用,始终处于被动状态下受扭,但不发生力作用下,实质上是加速被压缩后弹簧的拉伸恢复,所产生的扭矩方向与形成时相反,且相互抵变形和产生新的扭矩。3.杆柱第三部分:中和点至柱塞段杆柱消,对杆柱则表现为消除形成的扭矩Mn,并无新抽油杆下行时,下部杆柱受Mg与柱塞下行程的扭矩产生。根据上述分析,可得出Mn的方向对杆柱的作用情况,见表2。阻力Pz(柱塞与泵筒的摩

14、擦力Pf和游动阀的水力阻表2Mn的方向及对杆柱的作用力Pv之和)的联合作用。因杆柱为细长杆,在Pz的作用下,中和点之下杆柱自柱塞开始至中和点结杆柱弯曲方向下行程阶段上行程起始阶段束形成弯曲,在油管对其弯曲半径的限制作用下,左螺旋弯曲Mn<0脱扣Mn′>0消除Mn对杆柱的弯曲进一步产生影响,使杆柱的这种弯曲右螺旋弯曲Mn>0上扣Mn′<0消除Mn形状为不等螺距螺旋弹簧状的连续弯曲,即螺旋弯4.杆柱第四部分:柱塞曲。又由于柱塞与泵筒因摩擦产生的阻抗Ms作用柱