螺杆泵抽油杆柱断脱研究与应用(新).docVIP

螺杆泵抽油杆柱断脱研究与应用 中国石油辽河油田兴隆台采油厂 二○○三年八月 摘 要 针对螺杆泵生产使用中存在的杆脱、杆断和杆撸扣等主要问题，运用力学理论，并结合螺杆泵采油工艺特点，对抽油杆柱断脱进行分析，根据抽油杆的受力情况校核杆体和螺纹的强度，应用实验公式和理论公式以辽河油田分公司兴隆台采油厂油井所用螺杆泵的实际参数为例进行计算，合理设计杆柱，并依据现场的实际经验和理论推导，总结了一套行之有效的技术措施，提高了螺杆泵采油效率。 目 录 1前言 1 2工作原理 1 3螺杆泵杆柱断脱原因分析 2 3.1 抽油杆断杆的事故分析 2 3.2 抽油杆脱扣的事故分析 2 3.3 抽油杆柱撸扣的原因分析 3 4螺杆泵抽油杆柱设计 3 4.1抽油杆柱承受扭力 3 4.2抽油杆柱受拉压力 6 4.3抽油杆柱强度校核 7 4.4抽油杆螺纹的强度校核 7 4.5油井实例计算 9 5应用效果 11 6几点结论 11 螺杆泵抽油杆柱断脱研究与应用 1前言 地面驱动单螺杆泵采油系统自1986年在国内首次研究成功以来， 因其设备具有体积小、重量轻、耗能少、效率高、维修方便和能举升由油、气、水和砂组成的多相液体，故近年来广泛在油田稠油井、含砂井、含气井应用，发展较快。然而随着地面驱动螺杆泵推广规模日益扩大，抽油杆柱的断脱已成为地面螺杆泵最棘手的问题。 由于在设计杆柱时没有完整的理论依据，采油时出现杆脱、断、撸扣非常普遍。为了解决抽油杆失效的问题，我们通过对抽油杆柱进行受力分析、强度计算，优选螺杆泵参数及相配套的杆柱 结构，试验应用表明，提高了螺杆泵的生产效率。 2工作原理 地面驱动单螺杆泵由螺杆泵、抽油杆柱、抽油杆扶正器及地面驱动部分组成。当驱动头上的电机运转时，动力将通过驱动头的传动组件和抽油杆柱传给井下单螺杆泵，由于螺杆的棱线运动时的推挤油液前移的作用，如图2所示。当螺杆定子与转子配合时，即在轴向将油流分割开来（如图3所示），又在径向把油流一分为二（如图4所示），这样沿着单螺杆泵的全长，在定子的内螺旋面和转子的外螺旋面之间形成一个个封闭的腔室，当转子转动时，靠近吸入端的 第一个腔室的容积增加时，在它和吸入端的压力作用下，油流便进入第一个腔室。随着转子的不停的转动，这个腔室经历了开始封闭——沿着轴向向排出端移动— —完全封闭——继续沿着轴向向排出端移动——开始消失——再继续沿着轴向向排出端移动——完全消失，一个完整的密封与消失过程。同时在吸入端又形成了新的密封腔室。这样油液通过封闭腔室逐渐由泵的吸入端向排出端运移，形成恒定的无脉动流动，不断地将液体举升到地面。 3螺杆泵杆柱断脱原因分析 根据1997年螺杆泵井作业58井次统计，杆脱扣、撸扣19次，占33%；杆断5次，占9%；泵卡3次，占5%；管脱2次，占3.4%； 正常检泵、调层等措施井13次，占21.6%，新井下泵16口，占28%。从数据上看，管杆断脱卡发生的作业工作量达到了50.4%，不仅增加了采油成本，而且也降低了螺杆泵的检泵周期。 3.1 抽油杆断杆的事故分析 螺杆泵在运转的过程中断杆，其原因之一是杆柱的尺寸过小或级别较低，无法承受螺杆泵驱动头的扭矩和拉力，在遇到砂卡或停机后砂沉积，阻力突然增大时，杆所承受的应力超过杆体强度极限而断裂。原因之二是抽油杆转动不是绕抽油杆轴心转动，而是局部有摆动使抽油杆局部产生疲劳而断杆。 3.2 抽油杆脱扣的事故分析 当螺杆泵停机时，抽油杆处于匀速转动中而突然失去动力，杆柱由于惯性还要继续转动，抽油杆在液体摩擦力和其他的阻力作用下慢慢停下来。由于杆柱各部阻力的差异和惯性力的不同，下部拖动上部使抽油杆柱在某一薄弱环节的抽油杆扣脱开一定扣数而后在下部杆柱重力的作用下脱扣。脱扣的原因之一是丝扣的联接紧固力不够。抽油杆柱在重力的作用下抽油杆接箍与接头台阶面的压力不够，从而使两面间的摩擦力不能克服因惯性而产生的反扭矩使抽油杆柱产生脱扣事故。脱扣的原因之二是液压力作用，对于一些产液能力较强并有一定自喷能力的螺杆泵井，一旦停机，套压会很快升高，而且会高于回压，井下泵在油套环空液压力的作用下将驱动转子转动实现自喷生产。而此时转子将带动上部杆柱正转，转子正转将使整个杆柱的螺纹联接处于倒扣状态。一旦下部驱动扭矩超过杆柱某处螺纹的联接扭矩，就会造成杆柱脱扣。脱扣的原因之三是丝扣长期重复使用使丝扣磨损，中径变小和牙形变形使丝扣间的配合间隙较大，相互间的磨擦力变小而无法克服因惯性力产生的反扭矩。脱扣的其它原因还有产品质量和启动是否频繁、误操作造成电机反转等原因。 3.3 抽油杆柱撸扣的原因分析 螺杆泵在运转过程中，动力要通过抽油杆柱传递给井下的螺杆泵，因此抽油杆接头螺纹要附加一个传递动力的扭矩，这个扭矩通过螺纹转变成轴向力