图4-1 抽油杆旋曲示意图
4.2抽油杆管偏磨的防治
4.2.1 防治技术
(1)优化下泵参数
①泵型、转速的优化。因为随着螺杆泵井的转速增高,杆管偏磨的程度会加重,所以为了有效地减轻偏磨,防止杆断脱,必须降低扭矩、弯矩,减少共振。也就是必须让螺杆泵在中、低转速下运行。为此,在下泵设计时,根据油井产能,在满足供排要求的前提下,以最低转速为目标,选择泵型。同时,重新计算了各种泵型中低转速时对应的实际排量,并以此为依据确定泵型和转速,优选大泵,均以最低转速投产。
②杆泵匹配的优化。由于空心杆的外径大于实心杆,增大了泵的出口压力,增加泵对扶正器和杆柱的举升力ΔP,出现空心杆比实心杆偏磨几率高的现象。因此综合考虑过流面积、抗扭能力、系统安全和成本投入等因素,在1200型及1400型螺杆泵用Φ28mm实心锥扣SHY级工艺杆,取代原Φ38mm及Φ42mm空心D级杆。同时,Φ28mmSHY级工艺杆在总直径不变的情况下,将原HY级杆外壁加厚,由3.0mm增加到3.5mm,大大增加了杆的抗扭强度。
(2)研究配套工艺
①筛选防转锚。螺杆泵常用的锚定工具是支撑卡瓦,由于座封时压油管头使油管发生弯曲,导致杆管偏磨。为了解决这一问题,通过筛选、试验,改用了翻板式防转锚。该防转锚设计有6片卡块,承受扭矩3000N•m以上。当螺杆泵工作时,卡块在板簧的弹力作用下,卡在套管内壁上,锚定螺杆泵定子,同时管柱处于拉伸状态。该防转锚具有扶正减震机构,改善了螺杆泵的工作状态,可以使牙块有效贴紧套管内壁。
②应用扶正器限位技术。根据杆的不同结构,研究采取了不同的限位方法。对于实心杆,采取在两杆之间安装哑铃型扶正短节,扭卡式扶正器安装在短节上的方法,可以起到防窜和保护杆接箍的作用。对于Φ38mm、Φ42mm的空心杆,要求厂家在距杆上接头0.4m处,利用摩擦焊接堆出或直接墩出一道高度为8mm的限位箍,将扶正器安装在杆接头与限位箍之间,也可以起到防窜和保护杆接箍的作用。这两种限位方式既保护了接箍,又不节流,有效地防止了杆接箍的磨损。同时,在扶正器的安装上也应有所区别。对于转速高于120r/min的井,采取全井安装扶正器;对于转速低于120r/min的井,采取偏磨段每根杆安装一个扶正器,未偏磨段每两根杆安装一个扶正器的做法。
③调整防冲距。为避免转子顶限位销,改变杆管所受的应力,改进了提防冲距的方法。结合架子上的指重表正确操作,当杆柱下到下死点后,缓慢上提杆柱,观察指重表的变化情况。当负荷不再增加时,在杆柱上做一记号,随后缓慢下放杆柱,重复数次。最后确定转子尾部提离限位销时准确位置,以此为基础上提0.5m,作为工作时杆柱的弹性伸长量,同时要求作业时上提防冲距由原来的1.0-1.2m增加到1.3-1.4m。
4.2.2 防治方法
基于以上因素,在解决偏磨问题应多方面多角度来处理。其中涉及到钻井、完井、采油等多个方面。
(1)控制井斜角
在钻井中,井斜角对抽油杆柱、油管偏磨影响较大,因此要尽量控制井斜角不能过大,以防改变杆管柱的受力状态增加偏磨。
(2)坐封控制
需要封层的油井应用低坐封载荷封隔器(坐封载荷为20-40KN),同时配套应用坐封吨位控制器,使泵上油管处于受拉状态,这样可防止泵上油管因受压而弯曲,从而减轻管杆偏磨。也可以采用一些新型锚定装置,不用坐封直接锚定油管,从而从根本上避免油管弯曲。如旋转锚,其工作剖面图见图4-2,其原理是通过下放管柱旋转顶出3个支撑卡瓦,从而使油管锚定。
图4-2 旋转锚工作部位剖面图
(3)使用扶正器
由于强烈的横向振动可以使抽油杆与接箍的螺纹预紧力下降甚至全部消失,导致螺纹连接松动,长时间作用将造成抽油杆柱脱扣。并且在长时间反复的接触摩擦作用下,抽油杆柱很容易被磨断。可见抽油杆柱碰撞接触和振动是造成杆管偏磨和杆柱脱扣的主要原因,为消除或减弱杆柱振动的影响以及避免抽油杆柱直接与油管发生接触,避免杆管偏磨降低杆柱断脱事故的发生,采取在杆柱振动及变形较严重的部位加放扶正器的措施。
扶正器的数量应当合理,位置适当。扶正器数量过多会增加油的流动阻力,增加抽油杆柱的拉力和扭矩;扶正器的数量偏少则起不到应有的作用。扶正器的布置应遵从如下原则:
①全井布置应使扶正器使用时限相同,避免出现由于一个或几个扶正器失效引起的杆管偏磨而导致其余扶正器失效。
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