[发明专利]一种直井等弯曲刚度抽油杆柱扶正器位置设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田采油技术领域，特别是提供一种有效而易行的直井等弯曲刚度抽油杆柱扶正器位置设计方法。

背景技术

抽油杆柱是一种具有超细长比的管柱，在采油作业中，抽油杆柱做上下往复运动，在直井中，抽油杆柱下冲程时，受到较大阻力，下部杆柱处于受压状态，容易发生失稳，继而与油管接触并发生偏磨，接着出现杆柱断、脱等事故，造成经济损失。目前油田大都采用加扶正器、防偏磨接箍和固定等间距注塑杆的方式来防止偏磨。但由于采用的是等间距扶正器位置设计方法，或固定等间距注塑抽油杆方式，这些方法由于扶正器或注塑扶正块的使用数量和位置都是固定的，一方面可能无法保证载荷较大时抽油杆柱不失稳，另一方面在轴向载荷较小处造成浪费，更会增加抽油机负荷，所以还是无法彻底解决偏磨问题。 

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于直井的等弯曲刚度抽油杆柱扶正器位置设计方法，从而既达到防止抽油杆柱失稳，又达到节省居中器或扶正器个数，减少摩阻和重量的目的。其对减少杆体与油管摩擦、减少注塑扶正器的用量、延长抽油杆柱和油管使用周期、降低作业成本具有十分重要的意义。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种直井等弯曲刚度抽油杆柱扶正器位置设计方法，其根据抽油杆柱底端载荷，确定抽油杆柱扶正器安装位置，使抽油杆柱具有等抗弯刚度，受压不失稳，抽油杆本体或接箍不与油管接触发生偏磨。

所述的居中器或扶正器安装的特定位置由欧拉公式确定，其最初的边界条件由井底抽油杆柱实测载荷确定。设计结果具有上疏下密不等间距特征，从而可以节省居中器或扶正器个数，减少摩阻和重量。

所述的抽油杆柱由目前油田使用的标准抽油杆组成，所述居中器或扶正器为任何一种目前使用的扶正器。

本发明与现有技术相比较，具有以下突出的优点：

本发明提供一种直井等弯曲刚度抽油杆柱扶正器位置设计方法，从而既达到防止抽油杆柱失稳，又达到节省居中器或扶正器个数，减少摩阻和重量的目的。其对减少杆体与油管摩擦、减少扶正器的用量、延长抽油杆柱和油管使用周期、降低作业成本具有十分重要的意义。

附图说明

图1是压杆稳定的欧拉公式设计的等弯曲刚度抽油杆柱结构图；

图2是压杆稳定的欧拉公式设计的等弯曲刚度抽油杆柱局部结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

一种直井等弯曲刚度抽油杆柱扶正器位置设计方法，其根据抽油杆柱底端载荷，确定抽油杆柱扶正器安装位置，使抽油杆柱具有等抗弯刚度，受压不失稳，抽油杆本体或接箍不与油管接触发生偏磨。

所述的居中器或扶正器安装的特定位置由欧拉公式确定，其最初的边界条件由井底抽油杆柱实测载荷确定。设计结果具有上疏下密不等间距特征，从而可以节省居中器或扶正器个数，减少摩阻和重量。

所述的抽油杆柱由目前油田使用的标准抽油杆组成，所述居中器或扶正器为任何一种目前使用的扶正器。

本发明的原理如下：

利用抽油杆柱动力学模型进行抽油杆柱动态载荷特征分析，计算抽油杆柱各个位置的轴力，根据受压杆稳定的临界条件（欧拉方程）确定出抽油杆柱扶正器的位置。

本发明所采用的抽油杆柱力学模型为压杆稳定的欧拉公式，

受压直杆屈曲的临界载荷为：

                                       (1)

式中为长度系数；当扶正器简化为简支时，＝1；为杆柱挠度曲线近似为一正弦曲线时半波长的个数；为一无因次因子，如果不考虑周围液体对杆柱的支撑作用时，，；EI为抽油杆柱刚度，单位为Nm²；为抽油杆柱段长，单位为m。为抽油杆柱所受轴向力，单位为N。由(1)式可解出在下端载荷作用时的两个扶正器之间的最大间距。根据得到的间距，计算抽油杆柱在下一个扶正器位置处所受的轴向压力为： 

                               (2)

式中 为抽油杆柱密度，单位为kg/m³；为抽油杆柱单位质量，单位为kg；为摩擦系数；为正压力；为液体的粘滞阻力。

由(2)式解出每段杆柱的轴向压力，再代入(1)式计算下一个扶正器位置，直到为零即杆柱中和点时为止。此方法建立在弹性受压直杆模型基础上，以抽油杆柱不失稳为前提。计算得到的注塑扶正器安放位置比较密集，偏于安全。