玻璃鋼桿材型技藝工效和踐行研究發(fā)表時間:2019-03-18 15:52 |
由于桿柱上行時由井液質量產生的載荷逐漸減小,由此產生的彈性變形也減小。這時桿柱在傳動裝置作用下固有頻率的振動將發(fā)揮最重要的作用。
為了描述桿柱的振動過程,引入桿柱在傳動裝置作用下的振動頻率N1與固有頻率N2之比表示的無量綱頻率因數(shù)B。因井液阻力,桿柱還會產生阻尼系數(shù)C,C是實際和理論阻尼之比,即C=C1/C2。
由此,整個系統(tǒng)的無量綱沖程長度可表示為D=f(A,B,C)鋼桿柱負載系數(shù)A通常為0.1~0.5,玻璃鋼桿柱為0.5~0.7.當負載系數(shù)A增大時,D減小。鋼桿柱的頻率因數(shù)為0.10~0.45,相當于沖程長度為1.00~1.15m<2>。玻璃鋼的剛度小于鋼,玻璃鋼桿的固有頻率也小于鋼桿柱,因此在相同振動頻率下,傳動裝置可使玻璃鋼桿柱在更接近于諧振狀態(tài)下使用。由于玻璃鋼桿柱的頻率因數(shù)為0.45~0.80,因此可保證沖程長度<2.30~2.50m,即便考慮上行時的桿柱伸長,也能保證柱塞沖程長度大于光桿。
鋼桿柱與玻璃鋼桿柱的無量綱阻尼系數(shù)相同,其變化范圍均為0.1~0.2.在鋼桿柱的頻率因數(shù)下使用,阻尼對沖程長度參數(shù)的影響不大;在玻璃鋼桿柱的頻率因數(shù)下使用,阻尼系數(shù)C減小,沖程長度急劇增大。因此,在校核玻璃鋼桿柱和確定其工作制度時,必須考慮A、B、C的共同作用以及對D的共同影響。應合理選擇使用的頻率因數(shù),使其最大限度地接近共振區(qū),以使阻尼系數(shù)C最小。此外,還應考慮光桿沖程長度、泵、柱塞直徑及桿柱剛度,以保證優(yōu)化采油要求的負載系數(shù)A。
考慮上述因素后,加拿大石油公司在阿爾伯塔省的尼皮薩油田采用了玻璃鋼桿桿柱,結果使油井產油量由80m3/d增至120m3/d.深井采油試驗在深井中應用在深井中使用鋼桿柱有時會發(fā)生嚴重問題<3>。
美國西德克薩斯1口3836m的油井在自噴轉抽時,采用鋼桿柱抽油系統(tǒng)生產22個月,因井太深和使用條件復雜,發(fā)生了4次斷桿事故,后改用噴射泵等采油方式也未能成功。1988年采用配備有玻璃鋼桿的桿柱,泵深3810m,泵徑27mm,光桿沖程4.667m,沖次8min-1,桿柱由50%的31.75mm玻璃鋼桿和下部50%的鋼桿組成。該組合桿柱可保證在選定的工作制度下,由超行程效應使柱塞沖程接近4.978m,即,無量綱沖程長度系數(shù)D=1117.玻璃鋼桿的最大使用應力為最大許用應力的53%.在4.5a的時間內,油井一直正常穩(wěn)定生產,并極大地降低了采油費用。
在高產井中應用美國克列爾福爾克公司的一些油井采用鋼桿柱達不到要求的產量,因油井太深鋼桿柱會失效。為解決這一問題,用計算機程序為這類油井設計了玻璃鋼桿柱。給出了在同一口油井采用鋼桿柱和玻璃鋼桿柱抽油系統(tǒng)的對比試驗結果。由可以看出,在地面設備和泵徑不變的情況下,采用玻璃鋼桿柱光桿的最大載荷與以前相同,光桿沖程縮短。
由于超行程效應,柱塞的沖程長度增大,使油井產液量增加23%,油井增油70%,單位采液量耗電下降20%.試驗表明,超行程可使油井產油量大幅度提高,單位耗電的采液量增加,桿柱斷裂次數(shù)減少,用于開采條件復雜的深井、斜井和高產井最有效。
在斜井中應用由于玻璃鋼桿柱具有高彈性,只要采用保護器保證其使用應力恒定,并正確選擇桿柱組合和使用模式,就可有效地應用于斜井<2>。美國人認為井身的臨界彎曲區(qū)為每30.5m>3°。為了評價井身彎曲對玻璃鋼桿柱使用性能的影響,選擇有臨界彎曲的斜井492和659二口斜井進行試驗,其中492井在200~300m井段的井斜變化為10°,659井在0~180m井段的井斜變化為21.5°,2口井每30.5m井段的井斜角變化分別為3.06°和3.64°,其中,659井的檢測無故障生產時間為1120d,而在采用玻璃鋼桿柱以前該井的抽油桿柱平均年斷裂3次,869井為1167d,采用玻璃鋼桿柱以前桿柱6個月斷裂2次。這2口井的試驗結果表明,玻璃鋼桿柱具有很大的承受極限彎曲的能力,在斜井中有很好的使用性能。
俄羅斯對玻璃鋼抽油桿的研究<1>俄羅斯巴什基爾石油公司烏發(fā)石油開采管理局在1989206首次對玻璃鋼桿進行礦場試驗,試驗機型和參數(shù)為:井深3193m,泵深1384m,抽油機型號НН16232,泵型號UP29,油管直徑73mm,光桿沖程2m,沖次6.5min-1。桿柱組合:25.4mm、長度9.1m的玻璃鋼桿77根,總長701m;19mm、長度8m鋼桿69根,總長552m;22mm、長度8m鋼桿16根,總長128m.產液量4.5m3/d,檢測的無故障生產時間360d.結果表明井下使用是成功的。
對1000mm和800mm的玻璃鋼桿樣品進行了臺架試驗,結果如??梢钥闯?,同型號的玻璃鋼桿質量比鋼桿輕63%,玻璃鋼桿的彈性模量比鋼桿小72%;玻璃鋼桿有較高的拉伸和彎曲強度。
玻璃鋼桿柱的載荷水平評價美國石油學會推薦根據(jù)最小循環(huán)應力與最大許用應力之比σmin/<σmax>來評價玻璃鋼桿柱的載荷水平,但還應考慮玻璃鋼桿的使用壽命還取決于系數(shù)M,即,拉伸周期的實際最大應力與許用最大應力之比σmax/<σmax>.通常,玻璃鋼桿最好在M≤0.85的范圍內使用。
為簡單地評價玻璃鋼桿的載荷水平,推薦采用循環(huán)載荷系數(shù)K來表述周期載荷與靜態(tài)載荷的破壞應力之比。首先設定桿柱破壞前的循環(huán)次數(shù)N,根據(jù)循環(huán)次數(shù)lgN與循環(huán)載荷系數(shù)K的關系確定σN的初始值,然后用公式進行計算,即<σ>=σN/KA式中,<σ>為奧金格許用折算應力,MPa;KA為安全系數(shù)。
結論1)玻璃鋼桿柱有高的連接強度和彈性,其質量比鋼桿輕得多,可不更換地面抽油設備,通過下入大泵和小泵深抽來提高油井產量。2)玻璃鋼桿柱可用于井深4000m以上油井的有桿泵采油,并可延長有桿泵在高含H2S、CO2和水的油井中的使用壽命。3)玻璃鋼桿柱質量輕,可使抽油機驢頭載荷減小37.5%,每單位耗電的舉升液量增加60%.
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