3 结论
1) 颗粒在波浪筛面上的运移受振动方向角δ 和抛掷指数影响最大 ,振动频率和筛面倾角β次之 , 可通过适当增大振动方向角及降低振动频率来增大 颗粒的运移速度 。
2) 抛掷指数 D 一般取 4. 7～5. 0 。 3) 波浪形筛网增大了钻井液与筛网的接触面 积 ,避免了平板筛网的“马蹄铁”效应 ,能明显增加对 钻井液的处理量 ,但是颗粒的运移速度比平板筛网 要小 ,只有在筛面倾角β= 0 时 ,二者才相等 。在相 同条件下 ,波浪形筛网相对平板筛网可以取稍大的 筛面倾角 。 4) 在压制波浪形筛网时应适当减小筛面结构 角α。
·5 ·
(1. S t ate Key L aboratory of Geological Processes an d M i neral Resources , Chi na U ni vercit y of Geolog y , B ei j i n g 100083 , Chi na;2. Col le ge of Pet roleum an d Gas En gi neeri n g , Chi na U ni versit y of Pet roleum ,
柱塞的惯性超行程形成是有条件的 ,不是像有 些文献提出的“任何抽油杆柱在理论上都可能产生 超行程 ,只是大小不同而已”[7] 。惯性超行程与冲次 平方呈正比增长 ,增加冲次对抽油系统整体特性会 产生较多的负面影响 ,因此试图用增加冲次的方式
来增加柱塞的有效冲程是不可取的[7] 。 采用碳纤维抽油杆可以实现超行程 。由于碳纤
维抽油杆 (柔性杆) 具有弹性模量 (120 GPa) 小的特 性 ,大大低于钢质抽油杆的弹性模量 (210 GPa) ,只 要在抽油杆柱设计过程中尽量减小碳纤维抽油杆柱 的频率系数 ,增大无量纲因子 Sp / S[8] ,就很容易实 现超冲程采油 。低的悬点载荷和超冲程采油是碳纤 维抽油杆的主要特点 ,能够达到节能高效的目的[9] 。 上部柔性连续杆与下部普通钢杆组合的长度比在 1/ 2 左右更易形成柱塞 (相对) 超冲程[2 ,10 ] 。
摘要 :针对国内柔性连续抽油杆在应用中强调柔性杆容易实现超冲程的观点 ,引述理论界对于柔性 连续抽油杆柱塞超冲程的讨论 ,依据杆柱一维振动模型阐述柱塞超冲程的相关问题 ,说明不同阻尼 下实现放大系数最大时的频率比随阻尼系数的变大而变小 。提出出现超冲程时必然会伴随着超载 荷 ;在过阻尼的情况下 ,杆柱不但不会出现超冲程 ,反而会出现超冲程损失 ;柔性杆的应用应该以柱 塞的实际冲程作为设计依据 ;柔性杆相对超冲程的量一般比液载的额外冲程损失小 ,正是钢丝绳弹 性模量大而优于其他柔性杆的关键原因 ;柔性连续抽油杆的单井优化设计应该以加重杆满足柔性 杆不受压为主要设计依据 。 关键词 : 柔性连续抽油杆 ;阻尼系数 ;超载荷 ;谐振 ;相对超冲程/ 绝对超冲程 ;冲程效率 中图分类号 : TE933. 2 文献标识码 : A
本文依据杆柱一维振动模型阐述柱塞超冲程的 相关问题 ,对各种柔性连续杆的冲程效率进行计算 分析 ,并给出柔性连续杆和普通钢杆混合杆柱的设 计原则 。
·6 ·
石 油 矿 场 机 械 2010 年 1 月
1 柱塞超冲程分析
1. 1 柱塞超冲程概念
柱塞超冲程是指抽油泵柱塞的实际冲程与悬点
c —系统的粘性阻尼系数 ,无因次 ; k —杆柱的弹簧屈强系数 ,m/ N ; F0 —策动力 ,N ; x —计算深度的实际位移 ,m ; x0 —抽油机转动频率下对应的实际振幅 ,m ; xst —极低冲次下的理论静态柱塞冲程 ,m ; ω—抽油机转动频率 ,rad/ s ; ωn —杆柱固有频率 ,rad/ s ; ω/ωn —频率比 ,无因次 。 <—泵位移和光杆位移的滞后相位差 ,rad 。
柔性连续抽油杆超冲程问题探讨
关成尧1 ,3 ,檀朝东2 ,赵国春1 ,曹书瑜4 ,何天文4
(1. 中国地质大学 (北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室 ,北京 100083 ;2. 中国石油大学 (北京) 石油与天然气学院 ,北京 102249 ;3. 北京雅丹石油技术开发有限公司 ,北京 102249 ; 4. 青海油田公司 采油一厂 ,青海 花土沟 817500)
冲程之差值 。抽油井的实际产量主要取决于泵的容
积效率和柱塞的实际冲程 ,而柱塞的实际冲程既取
决于悬点冲程以及杆柱和油管在静载作用下的弹性
变形所产生的冲程损失 ,也取决于杆柱在工作过程
中由弹性振动 (惯性(柱塞实际冲程 >
柱塞冲程减去因为液柱载荷交变加载导致的固有冲
2010 年 第 39 卷 石 油 矿 场 机 械 第 1 期 第 4 页 OIL FIELD EQUIPMENT 2010 ,39( 1) :4～8 文章编号 : 100123482 (2010) 0120004205
目前 ,在国内柔性连续抽油杆的应用中 ,大多强 调柔性杆容易实现超冲程[125] ,有文献对比分析了玻 璃钢杆2钢杆在抽油过程中的有效冲程 ,导出了玻璃 钢杆2钢杆在相同条件下实现惯性超行程的条件 ,指 出玻璃钢杆冲程损失比钢杆大 ,失效率高 ,只有在较 苛刻条件下 ,即惯性超行程必须在较高冲次下才能 实现超冲程[6] 。从理论上讲 ,采用长冲程泵 、小泵径 和高冲次采油可实现超行程 ,但实际上在长冲程条 件下无法实现高冲次 。
和试验[J ] . 机械设计 ,2005 ,22 (1) :50252. [ 8 ] HoberockL L . Modern shale shakers are keys to im2
proved drilling [J ]. Oil &Gas Journal ,1981 (23) :1072113.
程损失) 和绝对超冲程 (柱塞实际冲程 > 地面抽油机
冲程) 2 种[122 ] 。
文献[ 3 ] 的超冲程实际上是相对超冲程 ,文献
absolute increased downhole p ump st ro ke ; st ro ke efficiency
符号说明
S —抽油机冲程 ,m ; Sp —柱塞的实际有效冲程 ,m ; ΔS —柱塞超冲程 ,m ; δ—上下冲程时液柱载荷引起的抽油杆柱静变形δ1 和 油管柱的静变形δ2 之和 ; N —抽油机冲次 ,次/ min ; R —位移放大系数 ,无因次 ; Q —载荷放大系数 ,无因次 ; ξ—阻尼比 ,无因次 ξ, = 阻尼/ 临界阻尼 ; m —振子质量 ,kg ;
B ei j i n g 102249 , Chi na;3. B ei j i n g Ya dan Pet roleum Technolog y Co. , L t d. , B ei j i n g 102249 , Chi na; 4. N o. 1 Oi l Prod uction Pl ant , Qi n g hai Oi l f iel d Com p any , H uat u gou 817500 , Chi na)
参考文献 : [ 1 ] Hoberock L L . Screen selection is key to shale2shaker
operatio n[J ] . Oil & Gas Jo urnal , 1981 (49) :1312141. [ 2 ] Li Pa. U ndulating molded plastic vibratory screen : U2
nited States Patent ,7 ,264 ,125[ P ] . 2007204211. [ 3 ] 侯勇俊. 新 型 高 效 钻 井 液 筛 分 筛 网 : 中 国 ,
ZL200720081385. 4[ P ] . 2008208206. [ 4 ] 侯勇俊. 筒式网钻井振动筛湿固相颗粒运移模型 [J ] .
收稿日期 :2009207227 作者简介 :关成尧 (19762) ,男 ,满族 ,黑龙江绥化人 ,在职硕士研究生 ,1999 年毕业于石油大学 (华东) 石油工程专业 ,主要 从事采油工程理论的研究工作 , E2mail :gcywww @126. com 。
第 39 卷 第 1 期 关成尧 ,等 :柔性连续抽油杆超冲程问题探讨
石油矿场机械 ,2007 ,36 (6) :123. [ 5 ] 张跃军 ,周凤霞 ,译. 新型固控系统减少岩屑上的油
[J ] . 国外石油机械 ,1998 ,9 (1) :24227. [ 6 ] 侯勇俊 ,田道云 ,张明洪. 筒式网振动筛固相运移动力
学研究[J ] . 石油学报 ,2004 ,25 (6) :1092112. [ 7 ] 朱维兵. 固相颗粒在钻井筛筛面上运移的计算机模拟
Abstract : The discussio n o n Flexible co ntinuum sucker rod relative/ absolute increased downhole p ump st ro ke is p resented. Based o n t he o ne dimensio n vibratio n equatio n to expatiate t he rules of increased downhole p ump st ro ke , t he f requency ratio correspo nding to t he Max Magnif y Coeffi2 cient increased alo ng wit h t he Damping Coefficient , relative increased downhole p ump st ro ke must lead to increased load , excessive Damping Coefficient will not relatively increase downhole p ump st ro ke emergence , but relative lo sing downhole p ump st ro ke , design flexible co ntinuum ro d sho uld not p ur sue relative increased downhole p ump st ro ke. Because Yo ung’ s modulus of steel wire rope rod was clo se to co nventio nal steel sucker rod , it s st ro ke efficiency excelled carbo n2fiber rod and fiberglass rod , design Flexible co ntinuum rod sho uld ensure t he Flexible co ntinuum suck2 er rod not to be p ressed in t he downwards st ro ke. Key words : flexible co ntinuum sucker ro d ; damping coefficient ;increased load ; synto ny ; relative/