海上电潜泵井空心杆电加热工艺技术研究

空心杆电加热工艺广泛应用于陆地油田有杆泵井,但不能直接应用于海上油田电潜泵举升。结合陆地油田应用经验,创新研发了专用偏心采油树、抽油杆悬挂器、改造双公短节等关键工具,并配备中频电源等地面控制设备,形成了适合海上油田电潜泵井的空心杆电加热工艺技术。该技术在渤海海上油田成功应用6口井,具有节能、施工作业简单的特点,井口温度达到50℃以上,解决了抽油杆与油管环空之间的井控、抽油杆悬挂、加热电缆投放以及周期性结蜡等问题。本文所研发的海上电潜泵井空心杆电加热工艺技术在海上高含蜡油田和稠油油田具有广阔的推广应用前景。

空心抽油杆镦锻成形技术的研究

采用大镦锻比对管坯端部镦粗时容易发生轴向失稳,在管坯的内壁形成环形内凹,最终可形成折叠。分析了空心抽油杆锻件的形状和尺寸,镦粗时易在法兰部位产生内凹和折叠,方部不易成形。根据管坯镦粗成形规则,合理制定了平锻工步图,并根据工步图设计平锻模具,进行了工艺试验,最终得到了合格的锻件。

空心抽油杆内密闭热水循环降黏技术

为了提高机采稠油井产出液的温度,降低井筒热量损失,提出采用空心杆内加隔热管的密闭热流体循环降黏工艺,该工艺充分利用循环热水携带的热量以及油套环空的隔热性能,使产出液在井筒中维持较高的温度,起到'保温'效果。基于这一井筒降黏原理,建立该降黏工艺井筒中各流体流动和换热的数学模型,并进行求解,同时分析产液量、隔热管隔热性能、原油黏度、循环热水量等因素对降黏效果的影响。结果表明,循环降黏工艺能有效维持产出液温度,井筒降黏效果好,且运行成本低,循环热水用量少,节能降耗优势明显。

基于集肤效应的空心抽油杆电热系统的数值计算

基于集肤效应原理及电磁场有关耦合理论,利用有限元方法,推导了描述交流电加热井下原油的数学物理模型。在数值计算中,假设在同一级空心抽油杆和杆内电缆在每个截面上的电磁场完全相同,并忽略空气中的漏磁。根据建立的模型,对加热系统中空心抽油杆及杆内电缆的电磁场进行了模拟和分析,得出了在不同的操作频率下,空心抽油杆及杆内电缆的电流密度分布情况以及频率与集肤深度的关系。计算结果表明,电流频率越高,集肤深度越小。对空心抽油杆而言,电流主要分布在杆体的内表面上,因而该装置使用安全。

井筒重力热管室内实验与矿场试验研究

利用重力热管的高效传热特性,将其应用在井筒流体加热过程中,分析了重力热管加热效果的外部影响因素。结果表明,重力热管在不消耗额外能量的条件下,利用深部流体能量提高井筒上部流体的温度,能起到均衡井筒温度场的作用,进而改善井筒温度分布剖面。室内实验表明:工质类型、工质充液率、真空度对重力热管的传热效果有很大影响。矿场试验表明:在适当的条件下,能够将原油温度加热到原油凝点以上,降低原油粘度,改善原油流动性,井底抽油杆载荷,满足生产实际的要求;重力热管加热过程受井底温度、热管下入深度、油井产液量以及原油物性等因素的影响,随着井底温度、热管下入深度、油井产液量的增加,重力热管的传热效果变好。

蒸汽吞吐井采出过程的压力温度场数值模拟

蒸汽吞吐井采出稠油时,经常利用电缆加热.正确设定电缆加热时间、温度、范围可以节约开采成本,提高生产效益.本文首先建立了井筒径向传热和产液径向传热模型,适用于产液需要或者不需要电缆加热两种情况.然后对产液、油管、套管、水泥环的温度分布和产液的压力分布进行了数值模拟.最后比较了预测值与实测值,分析了误差产生的原因.总体结果表明预测值与实际值相符,这种数值模拟方法能有效地指导生产.

液力反馈型空心杆抽油泵的设计

设计的液力反馈型空心杆抽油泵主要由反馈长柱塞、反馈泵筒、出油阀、接箍、旋转装置、工作泵筒、工作柱塞、进油阀等组成。悬点载荷分析表明,这种泵在下行程时,与常规泵相比,增加了杆柱的下行动力而减少了下行阻力,有效地解决了常规泵空心抽油杆采油工艺中空心抽油杆柱下行困难的问题,并可提高抽油泵的泵效,延长空心抽油杆的使用寿命。液力反馈型空心杆抽油泵的应用,可改进空心抽油杆采油工艺,提高采油的整体效率,将对空心抽油杆采油工艺的推广应用起积极作用。

D级空心抽油杆疲劳性能试验研究

为考查Ｄ级空心抽油杆不同摩擦焊接工艺性能的可靠性， 采用电测试验应力法测试抽油杆焊接接头的应力集中系数β。在静拉伸条件下进行应变测试， 测得抽油杆焊接接头平均应力集中系数为１－０９１５ ， 各应力集中系数分散性较小， 说明摩擦焊接工艺稳定可靠。在ＭＴＳ—８１０材料试验机上做了抽油杆短杆接头的疲劳试验， 采用数理统计方法统计分析Ｄ 级空心抽油杆疲劳性能， 获得Ｄ级杆的Ｐ－ Ｓ－ Ｎ 曲线和疲劳极限图， 求得存活率Ｐ＝ ９９－９ ％ 及对应寿命Ｎ＝ １０７时抽油杆的最大应力水平为２４４－３７ＭＰａ。统计结果表明， 按有关工艺制造的Ｄ级空心抽油杆疲劳强度满足使用要求。

重力热管式抽油杆柱加热井筒技术现场试验

目前蒸汽吞吐井采用的电加热及热流体循环工艺,存在能耗大、运行成本高及井下作业复杂等问题。依据热管原理,将机抽井中的空心抽油杆经过加工处理,改制成具有高效传热功能的重力热管,并形成了利用抽油杆柱吸收地热加热井筒新技术。介绍了油井现场制造重力热管式抽油杆柱的操作工艺,依据辽河油区3口试验井资料,分析了该技术的适用条件及影响因素。结果表明:对于油层深度低于1 300 m、油层流体温度为100～120℃、油层条件下原油黏度小于10 000 mPa.s、周期注汽量不低于2 000 m3及产液量不低于15 m3/d(最好在20 m3/d以上)的蒸汽吞吐井,应用该技术可取得加热井筒的好效果。

液力反馈型空心杆采油工艺抽油机悬点载荷分析

介绍了一种新型空心杆采油工艺技术 ,这种技术采用了具有液力反馈原理的空心杆抽油泵 ,该泵的特点是能有效地减小空心杆的下行阻力 ,并能增加抽油杆的下行动力。对常规型和液力反馈型两种空心杆采油工艺进行了分析对比 ,给出了两种工艺中抽油机的最大、最小悬点载荷计算公式 ,计算出上、下冲程中抽油机的最大、最小悬点载荷。

吐哈温米油田空心抽油杆热洗清蜡工艺设计与应用

为了解决吐哈温米油田有杆采油井结蜡的问题,设计了空心抽油杆热洗清蜡工艺。该工艺以空心抽油杆内腔为基本通道,分别在井口设计注入阀实现热介质的注入,在井底设计单流阀实现热介质的排出,热介质与井筒结蜡融合流动并排出。该工艺在温米油田3口结蜡井上进行矿场试验,试验效果良好,建议在同类井上推广应用。

新型空心液力反馈稠油泵及其结构优化设计

针对稠油抽取时经常遇到的难题,设计了新型空心液力反馈稠油泵。该泵综合了液力反馈、空心抽油杆和强启闭柱塞等诸多优点。提出实际抽油量最大化的结构优化法,运用这种方法对稠油泵的反馈泵泵筒直径和工作泵泵筒直径进行了优化匹配设计,可以在最大抽油泵外径固定的情况下,使抽油泵的实际抽油量最大。理论分析和数值计算表明新型空心液力反馈稠油泵比普通抽油泵大大提高了理论排量;对不同的工作泵泵筒直径选择最优的反馈泵泵筒直径与之匹配,可使单行程实际抽油量达到最大。

新型无油管采油装置

国内常用的无油管采油装置在使用过程中易造成泵砂埋或泵下移,影响正常作业。针对这种情况,大港油田新世纪机械制造有限公司研制成功一种新型无油管采油装置,这种装置以空心抽油杆代替实心抽油杆带泵工作并兼作出油流道,还通过一种新型悬挂器将整筒抽油泵固定在套管壁上,提高了抽油泵的工作稳定性。介绍了这种新型采油装置的工作原理和下井工艺以及其关键部件———悬挂防转装置的设计。现场使用情况表明,新型无油管采油装置具有泵效高、投资少及作业方便等优点。

空心杆注蒸汽开采稠油的参数优化设计

空心抽油杆注蒸汽伴热是一种适用于开采高凝固点、高黏度原油的实用技术。为了减少该工艺的能量消耗,提高生产能力和经济效益,对注蒸汽参数进行设计,同时引入优化算法节省优化时间。以能耗最低为目标,以井筒温度不低于拐点温度为约束,建立了空心抽油杆注蒸汽伴热工艺的优化目标函数。考虑到该伴热工艺的井筒温度分布数学模型是具有半隐式边界条件的常微分非线性方程组,采用数值方法求解的时间较长,从而导致注汽参数优化设计的时间更长,因此,引入带约束的遗传算法对循环热流体的参数进行了优化设计。实例验证表明,进行参数优化设计后,能耗降低明显,经济效益增加显著;并且由于遗传算法的引入,使得计算时间大大减少。

空心抽油杆摩擦焊接头强韧性控制

本文对２０ＣｒＭｏ＋３５ＣｒＭｏ空心抽油杆摩擦焊接头采用局部中频感应加热回火热处理工艺，通过对摩擦焊接及焊后回火热处理工艺的优化，提高了接头的强韧性，使焊缝区的σｂ、σｓ超过了ＳＹ５５５０－９２空心抽油杆规定的Ｄ级杆的标准要求。文中对摩擦焊接头的组织、晶粒度和硬度分布进行了分析，并对回火后近缝区的组织变化进行了研究。

35CrMo钢真空扩散焊接接头的疲劳试验

对３５ＣｒＭｏ钢在采用两组焊接规范（真空度为４Ｐａ；焊接压力为５６ＭＰａ；焊接时间为１ｍｉｎ；焊接温度分别为８６０℃、９００℃）下获得的焊接接头进行了标准疲劳试验及缺口疲劳试验。试验结果表明：扩散焊接接头的抗疲劳性能优于母材；扩散焊接接头的疲劳寿命对缺口的敏感程度比母材低。采用真空扩散焊接工艺焊接制造空心抽油杆即使对焊接接头不进行切削加工，也不会影响空心抽油杆的寿命。

空心抽油杆注蒸汽数学模型的解析解及其参数优化

空心抽油杆注蒸汽是一种适用于开采高凝固点、高粘度原油的实用技术。它的井筒温度分布数学模型是具有半隐式边界条件的常微分非线性方程组。通常采用差分方法求取模型的数值解,但数值求解是在很多假设的基础上进行的,尤其是蒸汽干度为零的深度不易确定,使得计算结果不准确。另外,由于数值计算耗时长,导致蒸汽参数优化设计的时间更长。在用迭代法求取方程系数和蒸汽干度为零的深度的基础上,推导了该模型的解析解。该解析解形式简单,使用方便,计算快捷。文中以加热能耗最小为目标,以井筒温度不低于拐点温度为约束,建立了空心抽油杆注蒸汽的优化设计目标函数,并以解析解为基础,用遗传算法对注入蒸汽的参数进行了优化设计。结果证明在解析解的基础上进行注入蒸汽参数的优化设计,运算效率大大提高。

空心杆镦锻成形模具设计

大镦锻比管坯端部镦粗时容易发生轴向失稳,在管坯的内壁形成环形内凹,最终可形成折叠。分析了空心杆锻件的形状和尺寸,镦粗时易在法兰部位产生内凹和折叠,方部不易成形。根据管坯镦粗成形规则,设计平锻模具,并进行了工艺实验,最后得到了合格的锻件。

空心抽油杆摩擦焊接头断裂失效分析

文章对断裂失效构件 2 0CrMo +35CrMo为材质的空心抽油杆摩擦焊接头进行了分析。结果表明 ,该失效的摩擦焊接头 ,由于在焊接中采用了弱工艺规范致使热影响区宽度过宽 ,尤其在 2 0CrMo一侧的焊接热影响区中存在较宽的正火软化区 ,从而降低了接头强度 ,成为构件的薄弱环节 。

空心抽油杆镦锻工艺的实验研究

通过对空心抽油杆镦锻工艺中金属流动特征的分析和实验研究 ,解决了空心抽油杆中部压方成形等无规则可循的难题。提出了避免空心抽油杆在镦锻过程中产生内壁凹陷、折叠、难充满的有效措施。在制订镦锻工艺时 ,采用倒装结构的凹模 ,减小了金属在模腔中的流动阻力 ,制订了36mm空心抽油杆镦锻成形工艺。