有杆泵抽油系统杆管偏磨磨损效率试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 4 1卷 第 1 2期 第 3 7页 石油 矿 0I L FI ELD 场 机械 E QU I P MENT 2 0 1 2 4 1 1 2 3 7 4 0 o o 文 章 编 号 1 O 01 3 48 2 2 01 2 1 2 00 37 0 4 有杆泵抽油系统 杆管偏磨磨损效率试验研 究 刘 晓旭 乔海波 黄 梅 王亚辉 中国石 油 冀东 油 田公司 河北 唐 山 0 6 3 O 0 4 摘要 磨损 效 率是有 杆抽 油 系统杆 管偏磨 磨损 量预 测 的重要 参 数 根 据 能 量 法原 理确 定 了磨损 效 率的 计算 方法 利 用摩擦 磨损 试验机 进行 了有杆抽 油 系统杆 管偏 磨 的正 交试验 测得 油管 的磨 损 量数据 拟 合 出 l6种 试验 条件 下 的磨损 效率 试验 确 定的磨 损 效率值 可 用 于杆 管偏 磨 的磨损 量预 测 油 管和抽 油杆 的 最大磨 损深 度预 测 指 导 实 际生产 关键 词 有杆 泵 抽 油杆 油管 磨 损 试验 中图分 类号 T E 9 3 3 文 献标 识码 A Ex pe r ime nt S t u d y o f Ec c e nt r ic W e a r Ef f ic ie n c y o f S u c k e r Ro d a n d Tu b in g f o r S u c k e r Ro d Pu m p ing S y s t e m LI U Xia o X U QI AO Ha i b o HUANG Me i WANG Ya h u i Pe t r o C h in a Jid o n g Oilfi e ld Co mp a n y Ta n g s h a n 0 6 3 0 0 4 C h in a Ab s t r a c t W e a r e f f ic ie n c y is on e o f t he m o s t im p o r t a nt p a r a me t e r s f o r we a r pr e dic t i on of Suc ke r Rod a nd Tu bin g f or Suc ke r Rod Pu mping Sys t e m Ac c o r d in g t o t he e n e r g y pr in c i ple t h e e q ua t io n t o c o mpu t e t he we a r e f f ic ie n c y wa s d e r ive d The n t h e e xp e r ime nt wa s r un us in g f r ic t io na l t e s t in g ma c hin e u s e d t o s t u dy t he e c c e nt r ic we a r o f s u c k e r r o d a nd t u bin g a nd wa s de s i gn e d us in g O r t h og o na l e xp e r ime n t m e t h od Ac c o r din g t o t he we a r o f t u bin g ob t a in e d in t he e x pe r ime n t t he we a r e f f ic ie nc y in 1 6 d if f e r e n t e xp e r ime nt c on d it io ns wa s a ls o ob t a in e d whic h c o uld b e u s e d in we a r pr e d ic t io n Th is pr o v ide s t he b a s is f o r s t u dy in g a n d p r e d ic t ing t he e c c e nt r ic we a r of s u c ke r r od a nd t u bin g Ke y wo r ds s u c ke r r o d pu m p s uc ke r r o d t ub ing we a r t e s t in g 在有 杆泵 抽 油 系统 中 杆 管 偏 磨 会 导 致抽 油 杆 或油 管损 坏 造 成井 下事 故 降低 油 田开发 的经 济效 益 进行 杆管 偏磨磨 损 量预测 的研 究 可 以预知井 下 杆 管 偏磨情 况 指导 实 际生产 有 利于延 长杆 管柱 的 使 用 寿命 杆 管偏磨 时 的磨损 效率 是磨 损量 预测 的 重 要参 数 不 同生产 条件 下磨 损效 率 的大小 需要 通 过试验确定 目前针对这方面的试验研究还比较少 本文采用正交试验法研究 了有杆泵抽油系统的杆管 偏 磨磨 损效 率 为 预测 抽 油 杆 和 油 管 的磨 损 量 提供 试 验数 据 1 磨 损效率的理论计算 有 杆 泵抽 油 系 统杆 管 偏 磨 时 由摩 擦 力 产生 的 摩擦 功 一 部分 转化 为摩 擦热 另一 部分 表现 为金 属 的磨损 金 属磨 损 吸收 能量为 U 关 系式 为 U 一 F L 一 N L 1 收 稿 日期 2 0 1 2 0 8 0 1 作者简 介 刘晓旭 1 9 8 2 一 女 辽 宁人 工 程 师 硕士 2 0 0 7年毕 业 于西南 石 油大 学 现从 事油 气举 升工 艺技 术研 究 E ma i l j d z c l iu x x p e t r o c h i n a c o rn c n 石 油 矿场 机械 2 0 1 2 年 l2月 U VH Z 式 中 U 为摩擦 功 J F 为 抽 油 杆 柱 与油 管 之 间 的 摩擦 力 N L 为摩擦 力 作 用 的路 程 m x为 抽 油杆 柱与油管之 间的摩擦因数 无 因次 N 为抽油杆柱 与油 管 之 间 的正 压 力 N U 为 磨 损 吸 收 能量 J V 为金 属 的磨损 量 m H 为布 氏硬度 N m 磨损 效率 E为 E U U VH NL 3 由式 3 可 知 磨 损 效 率 的大 小 与磨 损 量 正 压 力 摩 擦副 及摩擦 力作 用 的路程 有关 对 于某一 确定 生产条 件下 抽油 杆 与 油 管 问 的磨 损 抽 油 杆 与 油管 的磨损 效 率相 同 磨 损效 率 的大小很 难 通过 理论计 算得出 因此 本文对不 同条件 下的杆管偏磨进行 试验 通过 试验 测得 的油 管 试 样 的磨 损 量 来 确 定 杆 管偏磨 时 磨损 效率 的大小 2 磨损效率 的试验研 究 2 1 试 验 参数及 工 况 摩擦 磨 损试 验装 置如 图 1 所 示 采用 旋转 运动 模 拟抽 油机 井 中抽 油 杆 的往 复 运 动 抽 油 杆 试 样 为 运 动 件 油 管 试 样 为 静 止 件 试 验 机 转 速 在 0 1 5 0 0 r rain可 调 试 验 机 的 转数 由 计 数器 来 测 量 试 验前 从 抽油 杆 上截 取 3 0 mm 长 的试 样 将 油 管 加 工成 长 6 5 mm 宽 3 0 mm 的试样 计数 传动 a正 视 图 长方形箱体 介 质 底座 皮带 b背 面 图 图 1 磨损试验装置 2 2试 验 方案 及结 果分 析 本 次 试 验采 用 正 交试 验 方 法 进行 设 计 选 择混 合型正交表 L e 4 2 作正交试验表 试验指标 为油管试样的磨损量 选择圆 材质类型 油管材 质类型 试验介质类型 原油 中的含砂量 杆管 问的 接触正压力以及圆盘酌转速作为试验的因素 各因 素及 其水 平值 的确定 如下 1 圆盘 的材质 类型 本 次试 验 中圆盘 的材质 类 型 选 择 普 通 D 级 抽 油 杆 材 料 硬 度 为 2 2 2 8 HR C 和 1种扶 正器材 料 硬质合 金材 料 硬度 为 89 HRA 2 油 管 的材质类 型 本文选 择 现场使 用较 多 的钢级 为 J 5 5和 N8 0的油管 进行 试验 3 试 验 介 质 类 型 随 着 油 田开 发 技 术 的进 步 定 向井和水平井的数量增加 油 田开采 中后期以 后 含 水量 增加 进 一 步加 剧 了杆 管 偏磨 为 模 拟 油 田现场实 际情 况 试验 中采 用 油 井产 出液 作 为 润 滑 介质 并 在试验 室 调配其 含水 量 分 别 在纯水 含 水 8 O 的原 油 含水 6 0 的原油 和 不含 水 的原 油 中进 行 模拟 试验 4 介 质 中的含 砂量 产 出液从 地下 岩石 中携 带上来 的砂子具有较强的磨砺性 使抽油杆与油管 发生磨 粒磨 损 根 据 现 场 实 际含 砂 量 的 变化 范 围 选用 现场 提取 的油 井 产 出液 通 过配 比对 含 砂 量分 别 为 0 0 4 0 8 1 2 的情况 进行 试验 5 正 压 力 抽 油 杆 与 油 管 问 正 压 力 的变 化 可 以通过 调 节 配 重砝 码 的 质 量 来 实 现 根 据 抽 油 杆 和油 管 发 生 失 稳 摩 擦 时 的 工 况 分 析 选 择 摩 擦 副 的正 压 力 分 别 为 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 N 的 情 况 进 行 试 验 6 转 速 由于试验 机采 用旋转 运 动代替 往 复 运动 模拟抽 油 机井 中抽 油杆 在 油 管 中的运 动 情 况 因此 结合 井下 实 际工况 根据 试验 机摩擦 对偶 的相 对线 速度 与抽 油杆 和油管 发生 偏磨 的线 速度 相等 的 原 则确 定试 验 的 转 速 本 试 验 选 择 的转 速 分 别 为 7 O 8 O 9 0 1 0 0 r min 由以上 分析 可 以看 出 6种 因素 中 对 圆 盘材 料 和油 管 材质 2种 因素 选择 2个 水 平 值 而 对 其 他 4 种 因素选择 4个水 平 值 如 表 1 本文试 验 中 不 同转数 时摩 擦力 作 用 的路程 L 为 L 一 n 丌 4 式 中 d为 圆盘 的直 径 n l 为试 验机 转数 将式 4 代 入式 3 得 1 Am H Am H p t l 上 Nl p t Nnm r e d B U 式中 B f0 l x Nn r r d H A m 为不 同转数时对应 的 第 4 1卷 第 1 2期 刘 晓旭 等 有杆泵抽油 系统 杆管偏磨 磨损效率试验研究 油管 质量磨 损 量 k g 为 油 管材 料 的 密度 k g m H 为 油管材 料 的布 氏硬度 N m 表 l试 验中 6种因素的水平值 按上述 正 交试 验设计 共进 行 1 6 组 磨损 试验 每 组 试验 总转 数 为 5 1 0 圈 每 转 5 0 0 0圈采 用 精 度 为 0 1 mg的天平 测定 试 验 前后 油 管 试样 的磨 损 质 量 损失 即磨损 量 考 虑 到 摩擦 因数 的测 量 误 差 较 大 且 已有 很多 学者 对摩擦 因数进行 试 验 本 文仅 根 据 前人 的试 验数 据对 摩擦 因数 取值 通 过式 5 可 知 与 B 为线性 关 系 根 据 试 验测 得 的 1 6种 试验 条件 下在 不 同转数 时 的磨 损 量数 据 拟 合 出 1 6 组试 验条 件下 的磨 损效 率值 具体 结果 如表 2 表 2各组试验 中磨损量数据及摩擦 因数 和磨 损效 率 试验 号 摩擦因数 磨损效率 1 0 O 2 7 0 40 0 46 0 49 O 28 0 39 O 42 0 46 O 1 5 0 2 9 O 31 O 4 2 0 03 O 1 6 0 29 O 3 5 6 8 76 3 6 1 2 1 81 5 2 4 2 2 6 9 9 3 2 84 7 2 6O 2 1 63 6 9 3l 6 1 5 36 8 2 68 1 4 26 4 O 71 1 2 78 2 7 71 5 O34 3磨损效 率的应 用 通 过试 验 确定 不 同工 况下 的磨 损 效率 后 可计 算 出有 杆 泵抽 油 系统 杆 管偏 磨 时 抽 油杆 和油 管 的 体 积磨 损 量 以及 油 管 和 抽 油 杆 的最 大 磨 损 深 度 从 而较好地预测井下杆管偏磨情况 指导实际生产 抽油杆和油管的体积磨损量预测公式为 一 NL H 6 油 管最 大磨 损深 度 为 E N Nd s n t H 一 f x 2 k 一 二 d z 7 R 一 8 h 一 是一 R 一 R 9 式 中 为 冲程 m 为 冲 次 min t 为 给 定 的时 间 s N 为上 冲程 时抽 油杆 柱 与油管 之 间的正 压 力 大小 N N 为下 冲程 时抽 油杆 柱与 油 管之 间 的正 压 力 大小 N H 为 油 管材 料 的 布 氏硬 度 N m k为 抽 油杆 柱 轴 线 与 油 管 轴 线 之 间 的距 离 I T I R 为抽 油 杆半径 m R 为 油管 内 圆半 径 m h 为油 管 的最 大磨 损深 度 m 通 过二 分法确 定 忌值后 可 由式 9 求 得油 管 的 最 大磨损 深度 抽油 杆最 大磨 损深 度 为 E N Nd s n t H 一 R a r c c o s R r h r 一 R 一 h r 二 二 r 1 0 式 中 H 为 抽油 杆 材料 的布 氏硬 度 N m h 为抽 油 杆 的最大磨 损 深度 F i n 由式 1 0 并采用二分法求解抽油杆的最大磨损 深度 4 结 论 1 根据 能量 法原 理确 定 了磨 损 效率 的计算 方 法 同时应 用正 交 试验 法 设 计 了有 杆泵 抽 油 系 统 杆 管偏磨 的模 拟试 验 模拟 了 1 6种试 验条 件下 抽油 杆 与油管 的磨 损 情 况 通 过 试 验 测 得 油 管 磨 损 量 数 据 拟 合 出了各 试验 条件 下 的磨 损 效率 为有 杆泵抽 油 系统 杆管 偏磨 磨损 量 的预测 以及 油管 和抽 油杆最 大磨损 深度 的预 测 奠 定 了基 础 从 而为 较 好 地 了解 井 下杆 管偏 磨情 况 指导 实际 生产 提供 了理论 依据 2 本 文仅 对 1 6 种 情况 进行 了试 验 考 虑到 影 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O 1 2 3 4 5 6 2 0 1 2年 第 4 1卷 第 1 2 期 第 4 O页 石油矿 0I L FI ELD 场 机械 E QUI P MENT 文 章 编 号 1 0 0卜3 48 2 2 O1 2 1 2 0 04 0 0 5 石油管锥 螺纹齿高标准样块 V形槽测量 方法研究 白小 亮 卫尊义 艾裕 丰 冯 娜 吴 健 付 或 李光峰 中国石油集 团 石油管工程技术研究 院 西安 7 1 0 0 6 5 摘要 齿 高标 准样块 是石 油管 螺纹参 数检 测过程 中必备 的量具 之一 需周期校 准 针 对 J J F 1 O 6 3 2 0 0 0 石油螺纹单项参数检查仪 中关于齿高标准样块 V形槽的测量要求 分别通过轮廓形状测量 仪 和 高精 度 三坐标 测量机 对齿 高标 准样 块 V 形槽截 顶量及 牙侧 角进 行 测 量 方法研 究 两者均 采 用 最 小二 乘法 拟合扫描 曲线并 构造被 测要 素 经 大量试验 验证 及相 应测 量 不确定度 评 定 结果表 明 结 合适 当的 测量 方法 2种 设备 都 能满足 齿 高标准样 块 V 形槽 的校 准要 求 提 出应修 订标 准 淘汰 基 于 万能 工具显微 镜 的校 准规 范 关 键词 锥 形螺 纹 齿 高标 准样 块 V 形槽 测 量方 法 中图分 类号 T E 9 3 1 2 0 7 文献标 识码 A S t u d y o n M e a s u r e me nt M e t h o d s o f Ta p e r e d Th r e a d V Gr o o v e C h e c k Blo c k in Oil Tu b u la r Go o d s B AI Xi a o lia n g W EI Zu n y i A1 Yu f e n g F ENG Na W U J ia n FU Yu LI Gu a n g f e n g Tub ularGo o ds Re s e ar c h Ce n t e r Chin a Nat io n al Pe t r o le um Cor por at io n Xi an 71 0 065 Chin a Ab s t r a c t Che c k blo c ks a s o ne o f t h e e s s e nt ia l g a ug e s in t he pr o c e s s o f OCTG t h r e a d pa r a m e t e r s m e a s ur e me nt pe r io d ic c a lib r a t io n is r e qu ir e d Th is p a pe r s t ud ie s t he r e c o mm e nd e d me t h od s a n d me a s u r e me n t in s t r u me n t s o f t a p e r e d t h r e a d V g r o o v e c h e c k b lo c k d e s c r i b e d in J J F 1 0 6 3 2 0 0 0 I ns t r ume nt s of Th r e a d I ns pe c t i on of Ca s ing Tu bin g Lin e Pipe a nd Ne w Ro t a r y Sh ould e r e d Co n n e c t io n Re s p e c t iv e ly t h r o ug h c o n t o ur m e a s u r ing i ns t r u me nt a n d 3 D c o or d ina t e m e a s ur ing ma c hin e t o s t ud y t h e n e w me a s u r e me nt me t ho d s a b o u t c r e s t s c r a p in g a nd f l a n k a n g le