抽油杆导向器又名万向联轴器是由葫芦岛龙源采油配套设备有限公司自主研制开发的专利产品,该装置结构简单,设计新颖独特,性能先进可靠,并具有多种复合功能(调偏、导向、转弯、防脱、拉伸及减磨等),易于推广使用。它连接在抽油杆上,根据不同的井况进行不同的应用,可建立抽油机井或螺杆泵井最佳运行状态。减少抽油杆断、脱、卡、弯事故,提高杆、管的使用寿命及油井的有效工作时间。通过现场试验与使用,已取得良好的经济效益和社会效益。
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抽油杆导向器的规格和力学性能
用 途 | 规 格 | 材 料 | 承载拉力 kN | 承载扭矩 N·m |
抽油机井用 | CYGDXQ-52 | 优质特种合金钢 | ≥335 | — |
CYGDXQ-56 | 优质特种合金钢 | ≥438 | — | |
CYGDXQ-58 | 优质特种合金钢 | ≥500 | — | |
CYGKXDXQ-62 | 优质特种合金钢 | ≥450 | — |
工作原理:
该装置的上、下体之间可以相对旋转,旋转幅度为圆周任意角度;同时上、下体还能轴向弯曲,沿轴线方向任意偏转倾斜成一定的角度;并能实现旋转及弯曲的复合动作,使连接的抽油杆具有多变的活动铰点。
用途及作用原理:
1、 脱螺纹工况
应用于抽油机井中,消除抽油杆上下往复运动产生的倒扣扭矩,起到防脱作用。抽油机正常工作时,井下抽油杆柱上存在一个既不受拉野不受压的位置,称该位置为中和点。抽油杆柱上行时,中和点位置偏低;抽油杆柱下行时,中和点位置偏高,因此在抽油杆柱上存在一个中和段。处于中和段的抽油杆柱所受内力方向随杆柱的上下往复运动而交替改变,连接螺纹的接触面也交替改变,导致抽油杆与接箍在摩擦力较小的一端螺纹面向松扣方向滑动,产生一个倒扣力矩。同时,抽油杆柱在下行过程中,纵向螺纹弯曲也可能产生一个倒扣力矩。当这两个倒扣力矩大于抽油杆连接螺纹预紧力矩时,连接螺纹松动,开始脱扣。抽油杆脱扣问题在油井中普遍存在。有些油井因抽油杆脱扣而频繁作业,既影响原油生产,又消耗大量人力、物力、财力。据现场技术人员反应,由于目前的防脱扣装置强度达不到使用要求而很少采用,但现场确实需要一种结构简单、安全可靠的防脱装置,而抽油杆导向器采用优良设计,优化结构,除了具备其他功能外,也是一种比较理想的防脱装置。
2、液击工况
应用于抽油机井中防止液击现象造成的井下事故,在有杆泵采油过程中,如果油井供液能力小于深井泵的排量,就会造成泵抽空和液击。液击在抽油杆上产生附加的应力是造成井下事故的主要原因之一。上冲程时,井液不能充满泵筒,在游动阀下面流有气穴,这样,转为下冲程时游动阀不能立即打开。而在打开的瞬间,油管中的液柱重量,从抽油杆柱转移到油管上,这个瞬间的负荷转移发生时;柱塞已经以相当大的速度在运动,并且由于突然而激烈的负荷降低,使抽油杆柱实际上受到压缩并弯曲,这种弯曲造成抽油杆外部纤维断裂,形成微小的横向裂纹。重复的弯曲就会发生疲劳折断。在柱塞接触液面这种瞬时的负荷转移叫做“液击”,传到地面的冲击声就像在井底敲泵一样,液击不仅破坏抽油杆,也使油管经受突然拉伸或膨胀,引起接头松动与漏失。液击还会在抽油机的曲柄销、轴承和齿轮上附加一个负扭矩或齿隙游移,导致设备的过早损坏。管柱结构如图,抽油杆导向器连接在活塞上边的抽油杆上。可缓解弯矩的强烈冲击,防止液击现象造成的井下事故及对地面设备的损害。
3、大斜度井工况
应用于斜井中,建立杆管最佳工作状态,减少偏磨,降低悬负荷,节约电机耗电,也利于提高杆管的使用寿命。在斜井中抽油杆与油管之间的摩擦主要集中在接箍上,上冲程时,载荷最大,加剧了接箍和油管之间的磨损,往往在抽油杆上加装扶正器,这就使抽油机载荷增加20%以上,而应用抽油杆万向导向器,建立活动支点,使杆柱具有柔性作用,可使杆柱与油管壁之间的摩擦与磨损减轻,因此总的耗能大大减少。管住结构如图,抽油杆导向器连接在大斜度井拐点附近。可使运行的抽油杆上造斜点附近建立活动铰接,避免杆、管强行偏磨,减少摩阻,从而降低抽油机悬点负荷,节约电机耗电量,也利于提高杆管的使用寿命,增加油井免修期
4、螺旋弯曲油管
管柱结构如图,抽油杆导向器连接在螺旋弯曲点处,形成活动铰接的杆柱。可在井下螺旋弯曲的油管内,能够随机顺畅的进行,建立油井最佳抽油状态,实现超冲程运行,提高泵效。
抽油机井现场试验效果和经济效益分析:
抽油机井中抽油杆导向器现场试验效果:
1999年至今,在各大采油厂试用了约80井次,200多套,其中海南15-15井,最大井斜34.06°,使用4套,下井1年多一直正常工作,未下该工具之前该井日产液10.5m3,日产油7.8m3,下该工具之后日产液22.9m3,日产油14.2m3,日平均增油6.3m3。海南17-23井,最大井斜30.1°,该井有2个拐点,使用5套,下井1年多一直正常工作,未下该工具之前,该井日产液16.5m3,日产油11.2m3,下该工具后日产液18.5m3,日产油14.8m3,日增油平均3.6m3。其他地区的井也不同程度的增加了产量,减少额修井作业次数,并利于节电。
抽油机井中应用抽油杆导向器的效益分析:
目前,由于杆类断脱比较严重,有些油井2—3个月就需要更换起下杆柱,而使用抽油杆导向器的油井一般都超过1年甚至更长些,在其试用期内减少起下作业数越多,直接经济效益越显著,一次起下作业费用大约2万元,按减少起下作业2—3次计算,节约作业费用达4—6万元。工具成本费低,造价低,另外,对于提高泵效,增加产量;减小摩阻,减小抽油机负荷,利于节电;提高杆管的使用寿命,增加油井的有效工作时间;减少液击现象对活塞及地面设备的损坏等方面的效益更是巨大。