聚驱采出液对抽油机井杆管偏磨影响的机理研究

摘要

聚合物驱油技术已是目前我国各主力油田进入开发后期提高采收率的重要方法之一。但是，自从实施聚合物驱以来，在采油工艺上暴露出一个严重的问题，杆管偏磨速度和程度加剧。其中，采出液粘度的增加导致了与粘度有关的各种摩擦力的增加，即抽油杆与油管较水驱时受力状况变差，抽油杆在下行程时纵向压缩载荷增大。因此，抽油杆与油管偏磨加重，杆断率增加，作业井次明显增加，严重影响了聚驱油井的正常生产。 本文针对此问题，从现场获取了聚合物样品对产出液的流变性进行了实验研究，包括温度、浓度、含油率等因素对粘度的影响，对本构方程的稠度系数和流变系数进行了回归，得出了在不同温度和浓度下，稠度系数和流交系数变化的三维曲面。进行了动态剪切实验研究，得出了复合模量、损耗模量、储存模量随振动频率的变化关系，从而得到粘弹模量等值点随频率的变化规律。得出了抽油机悬点所承受的各种载荷的计算公式，分析了抽油杆柱轴向分布力，并推导出中和点的位置，建立了杆管偏磨发生的临界条件。推导出了幂律流体在抽油杆沿轴向做周期性的往复运动的情况下，偏心环空内流动的数学模型和速度分布。研究了侧向力对杆管偏磨的影响机理，用Maxwell型粘弹性流体，利用双极标系的转化，对侧向力进行了计算。对影响杆管偏磨的含水率、沉没度等因素进行了分析，对防偏磨措施加重杆和扶正器进行了设计与计算。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1研究背景与意义

1.2研究现状与进展

1.2.1聚合物溶液的流变性

1.2.2杆管环空内流体的流动

1.2.3杆管偏磨问题

1.3论文的主要研究内容

第二章 聚驱采出液的流变性研究

2.1聚驱采出液的粘度

2.2聚合物溶液的性质

2.2.1聚合物溶液的流变性

2.2.2聚合物溶液的增粘性

2.2.3聚合物溶液的稳定性

2.3聚合物溶液流变性实验研究

2.3.1实验样品

2.3.2实验设备

2.3.3实验结果分析

2.4聚合物溶液动态剪切实验研究

2.4.1实验条件

2.4.2实验结果分析

2.5本章小结

第三章 聚驱井中轴向力作用下的杆管偏磨分析

3.1抽油机悬点承受的载荷

3.1.1抽油杆柱的重力产生的悬点静载荷

3.1.2液柱的重力产生的液柱载荷

3.1.3振动载荷与惯性载荷

3.1.4摩擦载荷

3.1.5其它载荷

3.2聚驱井中杆管偏磨发生的机理与条件

3.2.1杆管偏磨产生的机理

3.2.2中和点的确定

3.2.3杆管偏磨发生的临界载荷

3.2.4杆管偏磨发生的条件

3.3本章小结

第四章 幂律流体偏心环空的流动规律

4.1偏心环空中双极坐标的变换

4.2幂律流体在偏心环空内流动的数学模型

4.2.1幂律流体在偏心环空内流动的物理模型

4.2.2幂律流体在偏心环空内流动的控制方程

4.2.3幂律流体在偏心环空内流动的定解条件

4.3双极坐标中的数学模型

4.3.1控制方程的坐标转换

4.3.2定解条件的双极坐标转换

4.4数值求解

4.4.1时间的离散化

4.4.2空间的离散化

4.4.3控制方程的离散化

4.4.4边界条件的离散化

4.4.5表观粘度的离散化

4.5计算结果与分析

4.5.1偏心度对最宽、最窄环空处流速的影响

4.5.2振幅对最宽、最窄环空处流速的影响

4.5.3流性指数对最宽、最窄环空处流速的影响

4.5.4稠度系数对最宽、最窄环空处流速的影响

4.6本章小结

第五章 聚驱井中侧向力作用下的杆管偏磨分析

5.1偏心环空内抽油杆受到的侧向力

5.2流体性质对侧向力的影响

5.2.1上随体Maxwell模型侧向力的计算

5.2.2下随体Maxwell模型侧向力的计算

5.3侧向力对杆管偏磨作用的机理分析

5.4本章小结

第六章 杆管偏磨影响因素及其防治措施

6.1杆管偏磨影响因素分析

6.1.1井筒内流体粘度对杆管偏磨的影响

6.1.2沉没度对杆管偏磨的影响

6.1.3含水率对杆管偏磨的影响

6.1.4井偏角对抽油杆管偏磨的影响

6.1.5井口回压、井口盘根对偏磨的影响

6.1.6结蜡、出砂对抽油杆管偏磨的影响

6.1.7油田注水引起套管变形的机理

6.2聚驱井杆管偏磨的防治措施

6.2.1采用加重杆

6.2.2采用扶正措施

6.2.3改变柱塞与衬套间隙

6.2.4调整运行参数

6.3现场防偏磨措施治理效果

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢