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玻璃钢杆材型技艺工效和践行研究

发表时间:2020-03-19 13:45

  由于杆柱上行时由井液质量产生的载荷逐渐减小,由此产生的弹性变形也减小。这时杆柱在传动装置作用下固有频率的振动将发挥最重要的作用。


  为了描述杆柱的振动过程,引入杆柱在传动装置作用下的振动频率N1与固有频率N2之比表示的无量纲频率因数B。因井液阻力,杆柱还会产生阻尼系数C,C是实际和理论阻尼之比,即C=C1/C2。


  由此,整个系统的无量纲冲程长度可表示为D=f(A,B,C)钢杆柱负载系数A通常为0.1~0.5,玻璃钢杆柱为0.5~0.7.当负载系数A增大时,D减小。钢杆柱的频率因数为0.10~0.45,相当于冲程长度为1.00~1.15m<2>。玻璃钢的刚度小于钢,玻璃钢杆的固有频率也小于钢杆柱,因此在相同振动频率下,传动装置可使玻璃钢杆柱在更接近于谐振状态下使用。由于玻璃钢杆柱的频率因数为0.45~0.80,因此可保证冲程长度<2.30~2.50m,即便考虑上行时的杆柱伸长,也能保证柱塞冲程长度大于光杆。


  钢杆柱与玻璃钢杆柱的无量纲阻尼系数相同,其变化范围均为0.1~0.2.在钢杆柱的频率因数下使用,阻尼对冲程长度参数的影响不大;在玻璃钢杆柱的频率因数下使用,阻尼系数C减小,冲程长度急剧增大。因此,在校核玻璃钢杆柱和确定其工作制度时,必须考虑A、B、C的共同作用以及对D的共同影响。应合理选择使用的频率因数,使其最大限度地接近共振区,以使阻尼系数C最小。此外,还应考虑光杆冲程长度、泵、柱塞直径及杆柱刚度,以保证优化采油要求的负载系数A。


  考虑上述因素后,加拿大石油公司在阿尔伯塔省的尼皮萨采用了玻璃钢杆杆柱,结果使油井产油量由80m3/d增至120m3/d.深井采油试验在深井中应用在深井中使用钢杆柱有时会发生严重问题<3>。


  美国西德克萨斯1口3836m的油井在自喷转抽时,采用钢杆柱抽油系统生产22个月,因井太深和使用条件复杂,发生了4次断杆事故,后改用喷射泵等采油方式也未能成功。1988年采用配备有玻璃钢杆的杆柱,泵深3810m,泵径27mm,光杆冲程4.667m,冲次8min-1,杆柱由50%的31.75mm玻璃钢杆和下部50%的钢杆组成。该组合杆柱可保证在选定的工作制度下,由超行程效应使柱塞冲程接近4.978m,即,无量纲冲程长度系数D=1117.玻璃钢杆的最大使用应力为最大许用应力的53%.在4.5a的时间内,油井一直正常稳定生产,并极大地降低了采油费用。


  在高产井中应用美国克列尔福尔克公司的一些油井采用钢杆柱达不到要求的产量,因油井太深钢杆柱会失效。为解决这一问题,用计算机程序为这类油井设计了玻璃钢杆柱。给出了在同一口油井采用钢杆柱和玻璃钢杆柱抽油系统的对比试验结果。由可以看出,在地面设备和泵径不变的情况下,采用玻璃钢杆柱光杆的最大载荷与以前相同,光杆冲程缩短。


  由于超行程效应,柱塞的冲程长度增大,使油井产液量增加23%,油井增油70%,单位采液量耗电下降20%.试验表明,超行程可使油井产油量大幅度提高,单位耗电的采液量增加,杆柱断裂次数减少,用于开采条件复杂的深井、斜井和高产井最有效。


  在斜井中应用由于玻璃钢杆柱具有高弹性,只要采用保护器保证其使用应力恒定,并正确选择杆柱组合和使用模式,就可有效地应用于斜井<2>。美国人认为井身的临界弯曲区为每30.5m>3°。为了评价井身弯曲对玻璃钢杆柱使用性能的影响,选择有临界弯曲的斜井492和659二口斜井进行试验,其中492井在200~300m井段的井斜变化为10°,659井在0~180m井段的井斜变化为21.5°,2口井每30.5m井段的井斜角变化分别为3.06°和3.64°,其中,659井的检测无故障生产时间为1120d,而在采用玻璃钢杆柱以前该井的抽油杆柱平均年断裂3次,869井为1167d,采用玻璃钢杆柱以前杆柱6个月断裂2次。这2口井的试验结果表明,玻璃钢杆柱具有很大的承受极限弯曲的能力,在斜井中有很好的使用性能。


  俄罗斯对玻璃钢抽油杆的研究<1>俄罗斯巴什基尔石油公司乌发石油开采管理局在1989206首次对玻璃钢杆进行矿场试验,试验机型和参数为:井深3193m,泵深1384m,抽油机型号НН16232,泵型号UP29,油管直径73mm,光杆冲程2m,冲次6.5min-1。杆柱组合:25.4mm、长度9.1m的玻璃钢杆77根,总长701m;19mm、长度8m钢杆69根,总长552m;22mm、长度8m钢杆16根,总长128m.产液量4.5m3/d,检测的无故障生产时间360d.结果表明井下使用是成功的。


  对1000mm和800mm的玻璃钢杆样品进行了台架试验,结果如。可以看出,同型号的玻璃钢杆质量比钢杆轻63%,玻璃钢杆的弹性模量比钢杆小72%;玻璃钢杆有较高的拉伸和弯曲强度。


  玻璃钢杆柱的载荷水平评价美国石油学会推荐根据最小循环应力与最大许用应力之比σmin/<σmax>来评价玻璃钢杆柱的载荷水平,但还应考虑玻璃钢杆的使用寿命还取决于系数M,即,拉伸周期的实际最大应力与许用最大应力之比σmax/<σmax>.通常,玻璃钢杆最好在M≤0.85的范围内使用。


  为简单地评价玻璃钢杆的载荷水平,推荐采用循环载荷系数K来表述周期载荷与静态载荷的破坏应力之比。首先设定杆柱破坏前的循环次数N,根据循环次数lgN与循环载荷系数K的关系确定σN的初始值,然后用公式进行计算,即<σ>=σN/KA式中,<σ>为奥金格许用折算应力,MPa;KA为安全系数。


  结论1)玻璃钢杆柱有高的连接强度和弹性,其质量比钢杆轻得多,可不更换地面抽油设备,通过下入大泵和小泵深抽来提高油井产量。2)玻璃钢杆柱可用于井深4000m以上油井的有杆泵采油,并可延长有杆泵在高含H2S、CO2和水的油井中的使用寿命。3)玻璃钢杆柱质量轻,可使抽油机驴头载荷减小37.5%,每单位耗电的举升液量增加60%.