抽油桿萬向導向器研究及應用

1、劉占廣唐廣蠢馬慶桂月嘲(中油遼河油田分公司)蔓：本文介紹一種新的專利產品一抽油桿萬向導向囂及其研制該裝置結構伺單設計新穎獨 特。性能先進可靠，井具魯多種復音功能(調偏、導向、轉彎、防脫、抗扭及堿磨等)通過對抽油桿 萬向導向器的研究開發(fā)與應用，使抽油桿活動鍍接解決大斜度井、定向井抽油桿偏磨與導向問最，減 少抽油桿斷脫卡彎的事故，減少對抽油桿接箍的損壞及對油管的刮磨破壞作用，提高桿管的使用壽龠， 同時減少摩阻，降低懸點負荷，起到了節(jié)能降耗作用關同抽油桿萬向導向器一述 有桿泵抽油是當前國內外應用最廣泛的機械采油技術，據統計，在世界上有桿泵抽油井占機械采油井數的9096左右。我國原油生產的75以上都是

2、有桿泵抽油系統完成的。 在有桿抽油系統中，抽油桿是相當重要的構件，由于工作條件十分惡劣它不僅受交變 載荷的作用，同時也受較大的摩阻作用，常常受到沖擊、偏磨、彎曲等損害，特別是在斜井中，抽油桿柱除受拉伸、扭轉載荷作用外，還要受到彎曲載荷(即彎矩)的作用， 容易產生疲勞斷裂等事故使油井停產，抽油桿產生斷、脫、卡、彎等事故的井次約占總事故井數的70一80，因而研究抽油桿萬向導向技術建立桿柱最佳工作狀態(tài)，克服不利困素是十分必要的。 抽油桿防脫器是抽油桿常用的井下工具之一。常規(guī)的抽油桿防脫器在應用中雖然可以達到防脫效果，但其性能單一只能徑向旋轉而不能軸向轉彎，因而抽油井生產過程中特別是在斜井、定向井管柱

3、存在彎曲的情況下，不能實現彎曲、調偏、導向作用， 即不能保證運行的桿柱適應管內曲線的變化而保持良好的工作狀態(tài)及受力狀態(tài)，即使 是直井，在油井供液不足的情況下，亦經常發(fā)生液擊現象，會對抽油桿產生彎曲破壞作 用抽油桿防脫器由于結構上的局限不具備緩解和減輕抽油桿柱受彎曲破壞作用的功 能。研究抽油桿萬向導向器的目的在于，提供一種保證抽油桿在工作中能夠實現徑向任 意旋轉及軸向任意轉彎，并具備復合功能，既起到防脫作用又能做到軸向彎曲，實現調 偏、導向、避免偏磨。根據井況，建立所需要的活動鉸點，隨機地在彎曲度較大及拐點處任意彎曲，減少摩阻，也降低懸點負荷，節(jié)約電機功率。由于抽油桿萬向導向器的復 合功能，保證

4、抽油桿柱上下運行時順暢自如在油管中處于最佳工作狀態(tài)從而達到減 少磨損及拉傷，降低抽油桿及油管的損害，延長油井生產周期，提高油管及抽油桿的使 用壽命。 二珀構疊工作髓1、結構該裝置由上接頭、導向球體、球蓋、止退銷釘和下接頭組成。2、工作曩理抽油機井中運動的抽油桿連接該工具后，使桿柱形成鉸鏈連接。該裝置的上下體之 間可以相對旋轉，旋轉幅度為圓周任意角度及無限的圈數：同時上下體還能軸向彎曲， 能沿軸線方向活動偏轉傾斜成一定的角度；并能實現旋轉及轉彎的復合動作。使抽油桿220垂；藕1w具有多變的活動支點，在起下作業(yè)及抽油運行過程中，根據井況的不同隨機地建立最 佳工作狀態(tài)，緩解沖擊，消除各種彎扭矩實現調

5、偏、導向、轉彎、防脫及避免偏磨。三工藝用 (1)應用于斜井中建立桿管最佳工作狀態(tài)，減少偏磨，降低懸負荷，節(jié)約電機耗電，也利于提高桿管的使用壽命。在斜井中抽油桿與油管之間的摩擦主要集中在接箍上，上沖程時，載荷晟大，加劇 了接箍和油管之問的磨損，往往在抽油桿上加裝扶正器這就使抽油機載荷增加20以上， 而應用抽油桿萬向導向器，建立活動支點，使桿柱具有柔性作用，可使桿柱與油管壁之 間的摩擦與磨損減輕，回此總的耗能大大減少。(2)應用于抽油機井中，消除抽油桿柱上下往復運動產生的倒扣扭矩起到防脫作用。抽油機正常工作時井下抽油桿柱上存在一個即不受拉也不受壓的位置稱該位置 為中和點抽油桿柱上行時，中和點位置偏

6、低；抽油桿柱下行時，中和點位置偏高，因 此在抽油桿柱上存在一個中和段。處于中和段的抽油桿柱所受內力方向隨桿柱的上下往 復運動而交瞢改變，連接螺紋的接觸面也交替改變，導致抽油桿與接箍在摩擦力較小的 一端螺紋面向松扣方向滑動，產生一個倒扣力矩。同時，抽油桿柱在下行過程中縱向 螺紋彎曲也可能產生一個倒扣力矩。當這兩個倒扣力矩大于抽油桿連接螺紋預緊力矩時， 連接螺紋松動，開始脫扣。抽油桿脫扣問題在油井中普遍存在。有些油井因抽油桿脫扣 而頻繁作業(yè)既影響原油生產，又消耗大量人力、物力、財力。據現場技術人員反應， 由于目前的防脫扣裝置強度選不到使用要求而很少采用，但現場確實需要一種結構簡單、 安全可靠的防脫

7、裝置，而抽油桿萬向導向器采用優(yōu)良設計，優(yōu)化結構，除了具備其它功 能外也是一種比較理想的防脫裝置(3)應用于抽油機井中防止液擊現象造成的井下事故 在有桿泵采涮過程中，如果油井供液能力小于深井泵的排量就會造成泵抽空和液擊。液擊在抽油桿上產生附加的應力是造成井下事故的主要原因之一。上沖程時，井液不能充滿泵筒。在游動閥下面流有氣穴，這樣，轉為下沖程時游動閥不能立即打開。而 在打開的瞬間，油管中的渡柱重量，從抽油桿柱轉移到油管上，這個瞬時的負荷轉移發(fā) 生時；柱塞已經以相當大的速度在運動，并且由于突然而激烈的負荷降低使抽油桿柱 實際上受到壓縮并彎曲，這種彎曲造成抽油桿外部纖維斷裂，形成微小的橫向裂紋。重

8、復的彎曲就會發(fā)生疲勞折斷。在柱塞接觸液面時這種瞬時的負荷轉移叫做“液擊”，傳到 地面的沖擊聲就象在井底敲泵一樣，液擊不僅破壞抽油桿，也使油管經受突然拉伸或膨 脹，引起接頭松動與漏夫。液擊還會在抽油機的曲柄銷、軸承和齒輪上附加一個負扭矩 或齒隙游移導致設備的過早損壞。防止液擊最直接的辦法是減慢泵速縮短仲程或改用小泵來降低捧量。但是因為在 特定的裝置上規(guī)定的規(guī)格較少，可調的范圍有限，這些辦法往往又不切合實際，因為 由人為的調節(jié)范圍和規(guī)格選擇不是無限可變的，也就沒有可能精確地使流入井內的流量 與抽油泵的捧量匹配。如果最大的流入量大于調定的泵捧量，則產量受損失，收益減少； 反之，如果油井生產能力小于調

9、定的泵排量，那就不能排除液擊現象和由此引起的設備 應力過大。為此應用抽油桿萬向導向器可以緩解彎矩及沖擊力減少對抽油桿自身損害， 也減少對地面設備的破壞井隨時發(fā)揮其作用，不用人為地去控制。四圭量控術t表1抽油桿萬向導向器主要技術參數i型號長度 最大外徑 球體軸徑 極限拉力 最大工作 旋轉角(m皿)(m) (m)(州)負荷(糾)(度)i中l(wèi)2584520 2l2012l中22-250 22 280 l20 12i中25_28855 25 280 l50 12五設計依曩豆精構特點該抽油桿萬向導向器的設計指導思想：結合油井抽油桿各工況特點，尋求最佳解決 方案，力求在結構上簡單合理性能上先進可靠，從而達到有效消除各種狀態(tài)下產生的 軸向彎曲應力、徑向扭轉應力及緩解交變載荷的沖擊，該裝置采用球體結構，零件少 強度高通過拉伸試驗證明：自夠適應井下各種復雜條件。六童冉抗拉曩毫安t為了證明該裝置的使用性能。對產品進行了室內抗拉強度實驗，在鉆采院中心試驗 室進行了專問的技術檢驗加載范圍：從50肼逐漸增大，最后到280酬被拉斷，斷裂點為上接頭絲扣處，檢查抽油桿萬向導向器各部位：如球體、球蓋、球體軸頸、上下抽油桿扣均完好無損沒有任何變形，并旋