聚驱定向井抽油杆偏磨原因及预防措施_常瑛.pdf

大庆石油学院学报第32卷第1期2008年2月
JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVol.32No.1Feb.2008

聚驱定向井抽油杆偏磨原因及预防措施

常瑛1,丛专日2
(1.大庆石油学院提高采收率教育部重点实验室,黑龙江大庆163318;2.大庆油田的有限责任公司第五采油厂,
黑龙江大庆163513)

摘要:为解决聚合物驱油(聚驱)定向井杆管偏磨,在分析抽油杆受力的基础上,根据简支梁纵横弯曲理论,建立抽
油杆挠度微分方程,推导挠度计算公式,分析聚驱定向井抽油杆偏磨的原因,并提出优化扶正器布置的方法.结果表明:
在大斜度井段,抽油杆所受重力横向分力和径向力是导致聚驱定向井抽油杆偏磨加重的原因,抽油杆发生偏磨的概率较
大,应采取扶正器加密的技术措施.
关键词:聚合物驱油;定向井;抽油杆;扶正器;偏磨
中图分类号:TE933.2文献标识码:A文章编号:1000-1891(2008)01-0045-03

0引言
随着水驱转聚合物驱油(聚驱)油井数目的增加,原油采收率得到明显提高,与此同时在采取全井抽油
杆扶正的防偏磨措施后,聚驱定向井大斜度井段的抽油杆偏磨依然严重.因此,有必要对聚驱定向井抽油
杆的受力及挠度计算方法进行更深入的研究,进而提出有效的防偏磨措施[1-3].为此,分析聚驱定向井抽
油杆的受力,分析聚驱定向井抽油杆的偏磨原因,提出防偏磨措施.结果表明:聚驱定向井抽油杆在受到
流体阻力和惯性力等纵向力作用的同时,还会受到重力分力和径向力等横向力的作用;横向力的存在会增
大抽油杆的挠度,导致杆管偏磨加重;所提出的防偏磨措施优化方法和软件系统在现场应用后,取得良好
的经济效益.

1偏磨机理
聚驱定向井抽油杆的受力与水驱直井的主要差别:首先,聚
驱井采出液中含有的聚合物溶液除具有黏性之外,还具有弹性,
这种黏弹性流体在抽油杆与井筒之间形成的偏心环空中流动时
必然会产生径向力[1-5];其次,定向井存在一定的井斜角,定向
井抽油杆受到重力在垂直于其轴线方向上必然存在横向分力.
分别在聚驱直井和定向井中任取一根抽油杆,其受力状况见图
1.其中q为抽油杆受到的径向力,为均布载荷;G为抽油杆的

重力,也为均布载荷;Fi为抽油杆运动过程中的惯性力;Ff为抽
油杆受到的摩擦阻力,惯性力和摩擦阻力在一个运动周期内呈
[6]
交变状态;F1和F2分别为下部和上部其它的抽油杆对该抽

油杆的作用力;F3和F4分别为下端和上端扶正器对抽油杆的
图1抽油杆受力示意
径向作用力.
对聚驱直井,在黏弹性引起的径向力作用下,抽油杆产生一定的弯曲挠度,当挠度大到足以使抽油杆

收稿日期:2007-11-10;审稿人:朱君;编辑:任志平
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50374018)
作者简介:常瑛(1968-),女,博士生,研究员,主要从事油气井工程方面的研究.
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大庆石油学院学报第32卷2008年

接触到油管内壁时,两者之间产生磨损,且这一磨损集中在某一特定的部位和特定的方向上,即发生偏磨.
对聚驱定向井,抽油杆除受到径向力的作用外,还要受到重力的横向分量作用,其弯曲挠度会更大.因此,
重力的横向分量也是偏磨的主要诱因,聚驱定向井斜井的偏磨会比聚驱直井更严重.

2抽油杆挠度及偏磨判断
作用在抽油杆上的横向力会使其产生挠度,
当挠度大到一定程度时引起偏磨,因此需要计算
抽油杆挠度,以判断是否发生偏磨.聚驱定向井
抽油杆可以简化为均布载荷和轴向压力共同作用
下的简支梁(图2).其中均布载荷q既包括径向
力,也包括重力横向分量;F为纵向载荷;X为挠
度;D为最大挠度;l为梁的长度.弯曲微分方
程[5]为图2均布载荷和轴向压力共同作用下的简支梁
EIXÔ-FXÒ=q.(1)
得梁的挠曲线方程[6]为

X=EIzq(tanusinkx+coskx-1)-ql(lx-x2).(2)
F22F
梁的支承和荷载均对称于梁跨中点,因此梁的最大挠度发生在梁跨中点处.将x=l/2代入式(2),可
得最大挠度为
22
EIZqlqql
D=Xmax=X|x=l/2=2q(tanusinu+cosu-1)-=4(secu-1)-2,(3)
F8FkEIz8kEIz
令k=2u/l代入式(3),得
2
4u
5qlsec-1-
max242
D=X=@,(4)
384EIz5u4
再将级数展开,并忽略三阶以上各项,可得最大挠度为
4
5ql12.22
D=1?u,(5)
384EIz30
0.5
式中:u=kl/2;k=(F/EIz),q=GsinH/l,H为井斜角,G为每米抽油杆的重力;Iz为抽油杆的形心惯性
4
矩,Iz=Pd/16,d为抽油杆的直径;E为弹性模量.
在抽油杆的往复运动过程中存在中性点,中性点以