由于桿柱上行時由井液質(zhì)量產(chǎn)生的載荷逐漸減小，由此產(chǎn)生的彈性變形也減小。這時桿柱在傳動裝置作用下固有頻率的振動將發(fā)揮最重要的作用。

 

　　為了描述桿柱的振動過程，引入桿柱在傳動裝置作用下的振動頻率N1與固有頻率N2之比表示的無量綱頻率因數(shù)B。因井液阻力，桿柱還會產(chǎn)生阻尼系數(shù)C，C是實(shí)際和理論阻尼之比，即C=C1/C2。

　　由此，整個系統(tǒng)的無量綱沖程長度可表示為D=f（A，B，C）鋼桿柱負(fù)載系數(shù)A通常為0.1～0.5，玻璃鋼桿柱為0.5～0.7.當(dāng)負(fù)載系數(shù)A增大時，D減小。鋼桿柱的頻率因數(shù)為0.10～0.45，相當(dāng)于沖程長度為1.00～1.15m<2>。玻璃鋼的剛度小于鋼，玻璃鋼桿的固有頻率也小于鋼桿柱，因此在相同振動頻率下，傳動裝置可使玻璃鋼桿柱在更接近于諧振狀態(tài)下使用。由于玻璃鋼桿柱的頻率因數(shù)為0.45～0.80，因此可保證沖程長度<2.30～2.50m，即便考慮上行時的桿柱伸長，也能保證柱塞沖程長度大于光桿。

　　鋼桿柱與玻璃鋼桿柱的無量綱阻尼系數(shù)相同，其變化范圍均為0.1～0.2.在鋼桿柱的頻率因數(shù)下使用，阻尼對沖程長度參數(shù)的影響不大；在玻璃鋼桿柱的頻率因數(shù)下使用，阻尼系數(shù)C減小，沖程長度急劇增大。因此，在校核玻璃鋼桿柱和確定其工作制度時，必須考慮A、B、C的共同作用以及對D的共同影響。應(yīng)合理選擇使用的頻率因數(shù)，使其最大限度地接近共振區(qū)，以使阻尼系數(shù)C最小。此外，還應(yīng)考慮光桿沖程長度、泵、柱塞直徑及桿柱剛度，以保證優(yōu)化采油要求的負(fù)載系數(shù)A。

　　考慮上述因素后，加拿大石油公司在阿爾伯塔省的尼皮薩油田采用了玻璃鋼桿桿柱，結(jié)果使油井產(chǎn)油量由80m3/d增至120m3/d.深井采油試驗(yàn)在深井中應(yīng)用在深井中使用鋼桿柱有時會發(fā)生嚴(yán)重問題<3>。

　　美國西德克薩斯1口3836m的油井在自噴轉(zhuǎn)抽時，采用鋼桿柱抽油系統(tǒng)生產(chǎn)22個月，因井太深和使用條件復(fù)雜，發(fā)生了4次斷桿事故，后改用噴射泵等采油方式也未能成功。1988年采用配備有玻璃鋼桿的桿柱，泵深3810m，泵徑27mm，光桿沖程4.667m，沖次8min-1，桿柱由50%的31.75mm玻璃鋼桿和下部50%的鋼桿組成。該組合桿柱可保證在選定的工作制度下，由超行程效應(yīng)使柱塞沖程接近4.978m，即，無量綱沖程長度系數(shù)D=1117.玻璃鋼桿的最大使用應(yīng)力為最大許用應(yīng)力的53%.在4.5a的時間內(nèi)，油井一直正常穩(wěn)定生產(chǎn)，并極大地降低了采油費(fèi)用。

　　在高產(chǎn)井中應(yīng)用美國克列爾福爾克公司的一些油井采用鋼桿柱達(dá)不到要求的產(chǎn)量，因油井太深鋼桿柱會失效。為解決這一問題，用計(jì)算機(jī)程序?yàn)檫@類油井設(shè)計(jì)了玻璃鋼桿柱。給出了在同一口油井采用鋼桿柱和玻璃鋼桿柱抽油系統(tǒng)的對比試驗(yàn)結(jié)果。由可以看出，在地面設(shè)備和泵徑不變的情況下，采用玻璃鋼桿柱光桿的最大載荷與以前相同，光桿沖程縮短。

　　由于超行程效應(yīng)，柱塞的沖程長度增大，使油井產(chǎn)液量增加23%，油井增油70%，單位采液量耗電下降20%.試驗(yàn)表明，超行程可使油井產(chǎn)油量大幅度提高，單位耗電的采液量增加，桿柱斷裂次數(shù)減少，用于開采條件復(fù)雜的深井、斜井和高產(chǎn)井最有效。

　　在斜井中應(yīng)用由于玻璃鋼桿柱具有高彈性，只要采用保護(hù)器保證其使用應(yīng)力恒定，并正確選擇桿柱組合和使用模式，就可有效地應(yīng)用于斜井<2>。美國人認(rèn)為井身的臨界彎曲區(qū)為每30.5m>3°。為了評價井身彎曲對玻璃鋼桿柱使用性能的影響，選擇有臨界彎曲的斜井492和659二口斜井進(jìn)行試驗(yàn)，其中492井在200～300m井段的井斜變化為10°，659井在0～180m井段的井斜變化為21.5°，2口井每30.5m井段的井斜角變化分別為3.06°和3.64°，其中，659井的檢測無故障生產(chǎn)時間為1120d，而在采用玻璃鋼桿柱以前該井的抽油桿柱平均年斷裂3次，869井為1167d，采用玻璃鋼桿柱以前桿柱6個月斷裂2次。這2口井的試驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃鋼桿柱具有很大的承受極限彎曲的能力，在斜井中有很好的使用性能。

　　俄羅斯對玻璃鋼抽油桿的研究<1>俄羅斯巴什基爾石油公司烏發(fā)石油開采管理局在1989206首次對玻璃鋼桿進(jìn)行礦場試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)型和參數(shù)為：井深3193m，泵深1384m，抽油機(jī)型號НН16232，泵型號UP29，油管直徑73mm，光桿沖程2m，沖次6.5min-1。桿柱組合：25.4mm、長度9.1m的玻璃鋼桿77根，總長701m；19mm、長度8m鋼桿69根，總長552m；22mm、長度8m鋼桿16根，總長128m.產(chǎn)液量4.5m3/d，檢測的無故障生產(chǎn)時間360d.結(jié)果表明井下使用是成功的。

　　對1000mm和800mm的玻璃鋼桿樣品進(jìn)行了臺架試驗(yàn)，結(jié)果如。可以看出，同型號的玻璃鋼桿質(zhì)量比鋼桿輕63%，玻璃鋼桿的彈性模量比鋼桿小72%；玻璃鋼桿有較高的拉伸和彎曲強(qiáng)度。

　　玻璃鋼桿柱的載荷水平評價美國石油學(xué)會推薦根據(jù)最小循環(huán)應(yīng)力與最大許用應(yīng)力之比σmin/<σmax>來評價玻璃鋼桿柱的載荷水平，但還應(yīng)考慮玻璃鋼桿的使用壽命還取決于系數(shù)M，即，拉伸周期的實(shí)際最大應(yīng)力與許用最大應(yīng)力之比σmax/<σmax>.通常，玻璃鋼桿最好在M≤0.85的范圍內(nèi)使用。

　　為簡單地評價玻璃鋼桿的載荷水平，推薦采用循環(huán)載荷系數(shù)K來表述周期載荷與靜態(tài)載荷的破壞應(yīng)力之比。首先設(shè)定桿柱破壞前的循環(huán)次數(shù)N，根據(jù)循環(huán)次數(shù)lgN與循環(huán)載荷系數(shù)K的關(guān)系確定σN的初始值，然后用公式進(jìn)行計(jì)算，即<σ>=σN/KA式中，<σ>為奧金格許用折算應(yīng)力，MPa；KA為安全系數(shù)。

　　結(jié)論1）玻璃鋼桿柱有高的連接強(qiáng)度和彈性，其質(zhì)量比鋼桿輕得多，可不更換地面抽油設(shè)備，通過下入大泵和小泵深抽來提高油井產(chǎn)量。2）玻璃鋼桿柱可用于井深4000m以上油井的有桿泵采油，并可延長有桿泵在高含H2S、CO2和水的油井中的使用壽命。3）玻璃鋼桿柱質(zhì)量輕，可使抽油機(jī)驢頭載荷減小37.5%，每單位耗電的舉升液量增加60%.

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