[发明专利]一种基于井液润滑效果的抽油杆磨损评价方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及抽油杆的磨损评价领域，特别涉及一种基于井液润滑效果的抽油杆磨损评价方法及装置。

背景技术

有杆抽油举升技术是通过连杆机构将动力机的旋转运动变为光杆的上下往复运动，用抽油杆带动井下柱塞泵进行抽油。作为我国油井开采的绝对主体技术，有杆抽油举升技术具有成本低、适应性好的特点。随着当今油气田定向井及水平井的日益增多，抽油杆与油管的偏磨问题成为影响有杆抽油系统正常工作的主要因素。严重偏磨可能导致抽油杆断脱，不但造成检泵周期过短，增加了作业量及作业成本，而且还由此引起停泵，影响原油生产。对抽油杆柱磨损的评价是优选杆柱尺寸和材质、优化杆柱运动参数的重要依据。国内对抽油杆磨损的研究主要集中在研究抽油杆受力分析及偏磨位置预测，例如，公开号为101397898的中国发明专利申请，以文字描述的形式给出一套抽油杆偏磨力学分析的方法。在我国针对井液润滑下的抽油杆磨损评价的研究非常少。

磨损过程中，表面材料的种类、机械性能，表面处理工艺，环境条件（温度、润滑介质）等因素对于磨损将产生或正或负的效果；抽油杆与油管接触面为空间曲面，其形状和面积计算十分复杂；受到井眼轨迹的影响，接触正压力需使用三维杆柱力学来计算获得，这些特征都使抽油杆的磨损评价难度增大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于井液润滑效果的抽油杆磨损评价方法及装置，以提高抽油杆磨损评价的准确度、增强可操作性。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于井液润滑效果的抽油杆磨损评价方法，包括：

确定抽油杆与油管之间的正压力N；

根据所述抽油杆与油管之间的正压力N获取抽油杆单冲程磨损量；其中，所述抽油杆单冲程磨损量为抽油杆上冲程磨损量或抽油杆下冲程磨损量；

根据所述抽油杆单冲程磨损量获取0～t时间范围内抽油杆总磨损量；

建立抽油杆磨损评价模型，利用所述抽油杆总磨损量和所述抽油杆磨损评价模型对抽油杆进行磨损评价。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述抽油杆与油管之间的正压力N获取抽油杆单冲程磨损量的步骤包括：

根据抽油杆柱的圆形横截面和油管内壁圆形横截面相交形成月牙形，建立抽油杆横截面上最大磨损宽度L_横、磨损面积S_磨与已磨损高度h的关系式以及轴向平面上最大磨损长度L_轴与已磨损高度h的关系式；

根据所述横截面上最大磨损宽度L_横和所述轴向平面上最大磨损长度L_轴获取磨损过程中抽油杆和油管的接触面积A；

根据所述磨损过程中抽油杆和油管的接触面积A和所述抽油杆与油管之间的正压力N获取接触面应力σ_n；

根据所述接触面应力σ_n获取抽油杆运动过程中的抽油杆单冲程磨损量。

可选的，在本发明一实施例中，还包括：根据两接触面间形成的最小油膜厚度h₀、一接触表面粗糙度的平均平方根偏差、另一接触表面粗糙度的平均平方根偏差获取接触表面粗糙度之比λ，根据接触表面粗糙度之比λ判断抽油杆处于金属磨损状态还是部分磨损状态。

可选的，在本发明一实施例中，所述抽油杆处于部分磨损状态，则所述根据所述抽油杆与油管之间的正压力N获取抽油杆单冲程内磨损量的步骤还包括：

根据所述接触表面粗糙度之比λ对所述抽油杆单冲程内磨损量作修正。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述抽油杆单冲程磨损量获取0～t时间范围内抽油杆总磨损量的步骤包括：

根据所述抽油杆单冲程磨损量获取抽油杆在一个冲程内总磨损量；其中，其中，所述抽油杆在一个冲程内总的磨损量等于所述抽油杆上冲程磨损量与所述抽油杆下冲程磨损量之和；

根据所述抽油杆在一个冲程内总磨损量以及抽油杆在0～t时间范围内冲程数N(t)获取0～t时间范围内抽油杆总磨损量。

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于井液润滑效果的抽油杆磨损评价装置，包括：

抽油杆侧向正压力确定单元，用于确定抽油杆与油管之间的正压力N；

抽油杆单冲程磨损量获取单元，用于根据所述抽油杆与油管之间的正压力N获取抽油杆单冲程磨损量；其中，所述抽油杆单冲程磨损量为抽油杆上冲程磨损量或抽油杆下冲程磨损量；

抽油杆总磨损量获取单元，用于根据所述抽油杆单冲程磨损量获取0～t时间范围内抽油杆总磨损量；