油管丝扣漏失认识.docVIP

PAGE 1 PAGE 3 油管丝扣漏失原因分析 1、前言 油田属采油九厂外围油田，地质特征具有低渗透、非均质严重、天然裂缝发育、油藏异常高压等特点。目前，有抽油机井356口，占采油井总数的81.1% ，2003年-2006年抽油机井共检泵作业274井次，其中因油管丝扣漏失而检泵作业69井次，占总作业井的25.2%，仅次于偏磨井比例，是油田油井检泵的第二大影响因素。虽然油管在下井的施工过程中使用了丝扣胶进行密封，但是由于在用油管丝扣磨损严重、现场仪器检测使用的局限性、井底段塞流的存在等原因，至使近几年因油管丝扣漏失而检泵的井数居高不下，给油井泵况管理和延长检泵周期造成很大的影响。 通过分析几年来检泵作业井可以看出，造成油管丝扣漏失有以下两方面因素：一是质量因素。包括作业施工质量和材质质量；二是疲劳损坏因素。因为质量因素是可以通过加大对人的管理来克服的，而对于疲劳损坏因素的影响，是很难预见，而又往往被人们所忽视的。因此，应从油管丝扣结构原理及产生漏失的原因，分析疲劳损坏因素对丝扣漏失的影响。 2、油管丝扣漏失原因分析 2.1油管螺纹牙塑性变形与丝扣漏失的关系 紧密的油管公扣和接箍母扣之间，主要承受轴向拉伸应力ι、径向挤压应力κ和环向应力ν的作用，如图1所示。运用有限元理论对油管丝扣内部的应力和应变进行分析，发现在正常的工作状态下，油管螺纹处于弹塑性工作状态。 通过借鉴油管螺纹上扣后，受拉力载荷作用的有限元图示分析看出，受力变形区的螺纹牙在拉力载荷的作用下产生塑性变形，这种变形状态对新油管或磨损量小的油管不会产生漏失和脱扣现象。由于目前部分井下在用的油管丝扣磨损严重，造成油管公扣和接箍母扣之间存在缝隙，虽然施工时使用了丝扣胶密封胶，但是在每天上万次的交变载荷，或高速动载荷的冲击作用下油管发生疲劳破坏，使油管结构丧失正常工作能力。油管丝扣的牙塑变形会使丝扣的咬合出ν ι κ 现缝隙，使油管丝扣渗水，最终导致油管漏失和脱扣。油田有7口出现过油管脱扣，且检泵周期较长为801天。 在实际生产中，影响载荷主要原因有两类：生产参数和沉没压力。下面从理论说明生产参数和沉没压力与载荷的关系。 Pmax=Wr+Wl+Iu+Pbu+Fu+Pv-Pi ……(1) Pmin=Wr-Id-Fd-Pv ……(2) 图1 油管受力 示意图 从公式（1）、（2）中可以看出，悬点最大最小载荷的构成中， Wr、Wl、Pbu可以近似为恒定值。惯性载荷理论计算如公式如下： Iu= Sn2/1790 (1+r/l)(Wr+Wl∑) ……(3) Id=-WrSn2/1790(1-r/l) ……(4) 式中，Pmax、Pmin—悬点最大最小载荷，N Wr—抽油杆在空气中的重力，N Wl—液柱在柱塞环形面积上的重力，N Pbu—井口回压造成的载荷，N Iu、Id—上、下冲程惯性载荷，N Fu、Fd—上、下冲程摩擦载荷，N Pv—振动载荷，N Pi—沉没压力，Mpa r—曲柄旋转半径，m l—连杆长度，m 从公式（3）（4）中可以看出， Iu 、Id与抽油机参数成正比，与冲次成正比。Fu、Fd、Pv随着冲次的增大而增大，Pi随着沉没度的降低而减小，悬点载荷则随着沉没压力的减小而增大。 2.2特定段塞气流与油管丝扣刺漏的关系 油管刺漏一直是造成丝扣漏失的主要影响因素，在抽油井中，原油在地层压力及外力的作用下，从井底沿井筒向上流动。在井筒内某一高度，当压力低于原油饱和压力时，溶解在原油中的天然气，以小气泡的形式逸出并存在于油流中。泵下原油在泵抽汲过程中，固定凡尔在上下压力交替变化作用下，使小部分气体进入环形空间并从套管直接逸出。流体进泵后，油管内的压力进一步低于饱和压力，气体继续分离并且膨胀，从而使管内出现了一段液体，一段气体的段塞流。分布于段塞下部的一段或几段气柱被称为特定段塞气流，它是造成油管丝扣刺漏的基本条件，而弹性伸缩效应，对油管的刺漏起到了推动作用。 2.3弹性伸缩效应与丝扣刺漏的关系 抽油杆柱和油管柱都存在弹性伸缩，它将减小活塞冲程，与泵效成反比。油杆、管柱所受的载荷性质不同，则伸缩变形的性质与程度也不同。目前油田已处于中含水阶段，油管内壁与管内液体之间的流动，由塑性或拟塑性的非牛顿流体转为牛顿流体，油管内壁之间的粘滞力明显下降，段塞流段的气柱弹性伸缩效应明显增加，因此加剧了丝扣刺漏的形成。 （1）压力变化。抽油机从上死点到下冲程的半个冲程时（游梁处于水平位置），泵内的活塞做向下加速运动，且速度达到最大值。管内流体一般处于失重状态，气柱上、下所受的压力会明显减小，气柱的长度会进一步增大，由于泵效的存在，此时气柱的压力P1降到最小值。而在上冲程的上半冲程中，泵内活塞做由大到小的加速运动，此时，气柱压力P2需要增加到足以克服油管柱内部