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抽油杆防失稳技术

文档作者：于学信吴家松魏亚峰王观华高恒超陈文秋黄伟文档来源：胜利油田分公司采油工艺研究院		点击数：	更新时间： 2022年11月28日
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石 油机械
CHINA PETROLEUM MACHINERY 2011年第39卷第7期
●经验集锦
抽油杆防失稳技术
于学信 吴家松 魏亚峰 王观华 高恒超 陈文秋 黄 伟
(胜利油田分公司采油工艺研究院)
摘要抽油杆的失稳弯曲是造成抽油机井杆管偏磨与断脱的直接原因之一，防止抽油杆失稳
弯曲是解决抽油机井杆管偏磨的有效途径。针对抽油杆失稳弯曲，研究了抽油杆底部集中加重技
术及抽油杆缓冲补偿技术。前者是在抽油杆底部采用防偏磨加重抽油杆降低中和点的位置以解决
抽油杆失稳问题，后者则是采用抽油杆防失稳补偿器解决振动载荷造成的杆管失稳弯曲及杆管偏
磨问题。现场应用表明，该技术防偏磨效果较好，杆管偏磨井的检泵周期明显延长。
关键词 抽油机井 偏磨 防失稳 加重抽油杆 补偿器
0 引 言
油田进入高含水开发期后，抽油机井抽油载荷
不断增加，井液腐蚀及润滑状况不断恶化，杆管偏
磨与断脱问题越来越突出，造成油井频繁作业及大
量管材、杆材的磨损报废，机采效率越来越低，严
重制约着油田的正常生产。失稳弯曲是造成抽油井
杆管偏磨与断脱的直接原因之一。研究抽油杆防失
稳技术对解决抽油井杆管偏磨问题，降低抽油成
本，提高机采效率等具有重要意义。
1 抽油杆失稳原因分析
对于杆式抽油井，在上冲程时抽油杆带着柱塞
上行，油管承受柱塞与衬套之间的摩擦力、井液浮
力、抽油杆与油管之间的摩擦力、液柱与油管之间
的摩擦力等方向向上的力⋯ ，造成下部油管受压，
当压应力大于油管临界载荷时，油管失稳弯曲，杆
管接触，造成杆管偏磨；下冲程时，抽油杆承受抽
油泵柱塞与衬套之间的摩擦力、抽油杆在井液中的
浮力、井液通过游动阀时阻力、抽油杆与油管之间
的摩擦力等下行阻力 J，造成下部抽油杆受压，
当压应力大于抽油杆临界载荷时，抽油杆失稳弯
曲，杆管接触，造成杆管偏磨。
抽油杆在抽油过程中会产生振动 J。当悬点
从下死点开始向上时，液柱载荷逐渐加到柱塞和抽
油杆柱上，随着杆柱的向上运动，抽油杆柱就产生
振动。同样，当驴头从上死点开始向下运动时，同
样也产生振动。振动载荷增大使抽油杆下部杆柱受
压，当弯曲载荷大于杆柱临界载荷时，造成抽油杆
失稳弯曲，杆管偏磨；同时由于振动的存在，还造
成一个冲程多次磨损，这也加快了杆管的偏磨。
2 抽油杆防失稳技术
抽油杆失稳主要是由于抽油杆下行阻力大以及
振动载荷的影响，所以要解决抽油杆失稳弯曲，就
要克服抽油杆下行阻力，消除振动的影响。
2．1 抽油杆集中加重防失稳技术
抽油杆集中加重防失稳技术就是在抽油杆底部
采用防偏磨加重抽油杆，以降低中和点的位置。
2．1．1 集中加重的必要性
抽油杆柱下行时，抽油泵泵筒对柱塞及井液对
活塞的阻力阻碍下部抽油杆柱的下行，造成下部抽
油杆柱失稳弯曲、偏磨。这种情况在定向井中更为
严重，井斜使抽油杆柱下行动力减小，摩擦阻力增
大，造成抽油杆柱缓下问题。
在井斜角不超过45。时，采用加重抽油杆可以
明显增加抽油杆柱的下行动力。普通加重抽油杆由
于是在受压状态推动抽油泵活塞下行的，不能有效
地避免加重抽油杆的失稳弯曲、偏磨问题。
2．1．2 集中加重抽油杆研制
为解决上述问题，研制了防偏磨集中加重抽油
杆。它主要由中心杆、加重外管和防磨滑套等组
成，外管套装在中心杆外，防磨滑套套装在外管
2011年 第39卷第7期 于学信等：抽油杆防失稳技术
外，如图1所示。
图1 防偏磨集中加重抽油杆示意图
1一中心杆；2一加重外管；3-防磨滑套；4-接箍。
将这种抽油杆安装在抽油杆柱的最下端，抽油
时，中心杆承受载荷，外管起加重作用，中心杆受
拉扶正外管，提高了杆柱的稳定性。同时外管的重
力通过上管压下管的方式向下传递，集中加到抽油
泵活塞上，使抽油杆柱的中和点下移到抽油泵活塞
上，改善杆柱受力状况，避免抽油泵活塞下行阻力
造成的下部抽油杆柱失稳弯曲、杆管偏磨。
双层结构使加重抽油杆处于拉直状态，可减小
加重抽油杆与油管的接触压力及摩擦阻力，增加抽
油杆柱下行动力，防止下部抽油杆柱失稳弯曲、断
脱、偏磨。防磨滑套可防止加重抽油杆与油管的摩
擦与磨损。防偏磨集中加重抽油杆主要技术参数见
表1。
表1 防偏磨集中加重抽油杆主要技术参数
2．2 抽油杆缓冲补偿防失稳技术
缓冲补偿防失稳技术即采用抽油杆防失稳补偿
器，解决振动载荷造成的杆柱失稳弯曲及杆管偏磨
问题。
抽油杆防失稳补偿器由上接头、中心杆、外筒
和下接头组成，见图2。上接头下部与中心杆上部
连接，外筒套装在中心杆外，外筒与中心杆之间可
图2 抽油杆防失稳补偿器
1一上接头；2一中心杆；3一外筒；4一下接头。
以相对滑动。将这种补偿器连接在抽油杆柱的失稳
部位，在抽油杆失稳弯曲之前，外筒与中心杆之间
相对滑动，抽油杆柱的弹性势能通过抽油杆补偿器
转化为重力势能，使抽油杆失稳弯曲的弹性力得到
释放，抽油杆柱的稳定性提高；同时液体阻尼的作
用使作用在抽油杆柱上的振动载荷快速衰减，抽油
杆柱不会失稳，抽油杆与油管之间也不会产生接触
压力，防止了抽油杆与油管之问的偏磨。
抽油杆防失稳补偿器主要技术参数见表2。
表2 抽油杆防失稳补偿器主要技术参数
3 应用效果
2008年油田现场开始采用上述技术，至今已
在胜利油田滨南采油厂、现河采油厂、东胜公司、
吐哈油田和华北油田应用50余井次，防偏磨效果
很理想，防偏磨免修期延长1倍以上，延长了抽油
井检泵周期，减少了作业费用及杆管损失费用。
史115—13井原防偏磨免修期55 d，应用该技
术后，防偏磨免修期380 d；胜37一斜188井原防偏
磨免修期88 d，应用该技术后，正常生产550 d；新
疆鄯善的善9—23井原防偏磨免修期55 d，应用该
技术后，防偏磨免修期240 d；温沙304井原防偏磨
免修期88 d，应用该技术后，防偏磨免修期260 d。
利52—10井措施前，泵径44 mm，泵深1 884
m，动液面1 806 m， 日产液6．0 t， 日产油3．9 t。
应用该技术后，泵径32 mm，泵深2 200 m，日产
液9．0 t， 日产油5．9 t，冲程损失减小了，增产、
增效非常明显。
参考文献
[1] 顾纯学．杆式抽油井油管受力和振动分析[J]．石
油机械，1997，25 (4)：15—16．
[2] 张琪．采油工程原理与设计[M]．东营：石油
大学出版社，2000：108—110．
[3] 韩修廷，王秀玲，侯宇，等．抽油机井振动载荷
对杆管偏磨的影响研究[J]．大庆石油地质与开
发，2004，23 (1)：38—39．
第一作者简介：于学信，工程师，生于1972年，2004
年毕业于中国石油大学(北京)机械设计及理论专业，获
硕士学位，现从事采油、采气工艺研究工作。地址：
(257000)山东省东营市。电话：(0546)8554090。E—mail：
yxx8287@ 163．eom。
收稿日期：2010—11—30

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