一种油井管杆冲击速度及冲击力计算方法技术

本发明专利技术涉及一种油井管杆冲击速度及冲击力计算方法。一种油井管杆冲击速度及冲击力计算方法，将抽油杆上下往复运动中对接头的冲击形式分为冲击高台阶和冲击低台阶2种；建立模型并简化，假设油管接箍为半径为R的球型，油管内壁为平面，油管连接处凸起台阶高度h，当油管接箍以速度V滑向台阶时，对台阶的冲击速度为V

A calculation method of impact velocity and impact force of oil well pipe rod

【技术实现步骤摘要】
一种油井管杆冲击速度及冲击力计算方法
本专利技术涉及一种油井管杆冲击速度及冲击力计算方法。
技术介绍
在油田正常生产过程中，抽油机井的油井管柱失效频繁，油管螺纹部位损坏尤其严重，油井管柱失效往往意味着停产修井，经济损失巨大。严重影响油气田生产的正常运行，严重的甚至致使油井报废，带来了高额的修井和材料更换费用。国内外一直在寻求经济有效的缓解此现象的方法。国内外学者一直从材料耐磨性能，安装扶正器的角度试图缓解此现象，尚未有人建立相关计算方法或模型，为减缓油井管杆提供理论依据。几十年来，国内外油田使用的油管多按照APISpec5CT《油管和套管规范》生产供货，其中螺纹多按照APISpec5B《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》加工。油井生产时使用的油管多为圆螺纹，按照标准要求圆螺纹的螺纹锥度为1：16的圆锥螺纹，齿形夹角60°，分为10牙/25.4mm，齿高为1.41mm和8牙/25.4mm，齿高为1.81mm两种形状。正常生产过程中油管通过接箍进行连接。API5BSpec5B《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》规定“机紧后管端至接箍中心的距离”为J值，并规定其名义尺寸为12.7mm。因此，油管正常连接后中间存在缝隙，即J值缝隙，见图2。
技术实现思路
本专利技术旨在针对上述问题，提出一种油井管杆冲击速度及冲击力计算方法。本专利技术的技术方案在于。1、建立模型并简化假设油管接箍为半径为的球型，油管内壁为平面，油管连接处凸起台阶高度，当油管接箍以速度滑向台阶时，对台阶的冲击速度为；为冲击开始到冲击结束时油管接箍向上的位移。2、计算冲击速度由于可得：3、一种油井管杆连接部位的冲击力计算方法，该过程如下：由于油管接箍通过油管连接部位时，会由于冲击作用而造成速度的改变。因此，依据动量原理计算冲击力大小，油管接箍冲击油管连接部位时其动量的改变等于相同时间内冲量的改变量，可用下式表示：其中，f为冲击力，单位N；t0为冲击初始时间，单位s；t1为冲击结束时间，单位s；m为油井管杆质量；V0为冲击初始油管接箍速度，单位m/s；V1为冲击结束油管接箍速度，单位m/s。本专利技术的技术效果在于：本专利技术建立的模型为减缓油井管杆冲击磨损提供了理论依据。由公式(2)可以看出，h为0时V冲为0，h与R相等时V冲等于V，这与实际情况相符合。此外，还可以看出V冲与V成正比；随着台阶高度h的增加冲击速度V冲增加；冲击速度V冲与油管接箍的形状也有关系，增加接箍半径可以减小冲击速度V冲。因此，要想减缓油管连接部位冲击损伤可以从降低台阶高度h、降低抽油杆运行速度V、增大R、延长冲击作用时间四个方面着手。附图说明图1为油井管杆连接结构的示意图。图2为油管J值缝隙的示意图。图3为抽油杆上下往复运动中对接头的4种冲击形式的示意图。图4为油管连接处冲击速度计算模型图。具体实施方式实施例1—计算油井管杆冲击速度由于油管连接处缝隙的存在，一定程度上破坏了连续性，导致了冲击的产生。API标准对油管加工精度(壁厚、螺纹同轴度等参数)要求较低，油管J值缝隙的存在必然导致油管连接部位存在冲击台阶。抽油杆上下往复运动中对接头的冲击形式可分为向上运动冲击高台阶、向下运动冲击高台阶、向上运动冲击低台阶、向下运动冲击低台阶4种形式，如图3所示。抽油杆是上下往复运动，冲击形式可以归结为冲击高台阶和冲击低台阶两种形式，区别仅仅是冲击力的大小不同。由于抽油杆上下往复运动时纵向速度主要受抽油机控制，横向冲击力及速度主要受横向载荷的影响，而横向载荷的计算十分复杂，且每根抽油杆均不同，不做分析。因此，仅讨论图3(a)中的冲击方式，且不考虑横向载荷的影响。假设油管接箍为半径为R的球型，油管内壁为平面，油管连接处凸起台阶高度h，当油管接箍以速度V滑向台阶时，对台阶的冲击速度为V冲；X为冲击开始到冲击结束时油管接箍向上的位移。2、计算冲击速度由于可得：h为0时V冲为0，h与R相等时V冲等于V，这与实际情况相符合。实施例2—计算油井管杆连接部位的冲击力由于油管接箍通过油管连接部位时，会由于冲击作用而造成速度的改变。因此，依据动量原理计算冲击力大小，油管接箍冲击油管连接部位时其动量的改变等于相同时间内冲量的改变量，可用下式表示：其中，f为冲击力，单位N；t0为冲击初始时间，单位s；t1为冲击结束时间，单位s；m为油井管杆质量；V0为冲击初始油管接箍速度，单位m/s；V1为冲击结束油管接箍速度，单位m/s。现场实施例验证从上文可知，要想减缓油管连接部位损伤可以通过提高油管加工精度降低冲击台阶、、降低抽油杆运行速度、改变油管接箍形状(增大R，进而增加接触面弧度)和延长冲击作用时间四个方面着手。油管接箍加工难度大，没有开展现场验证。针对其余三个方面缓解方案制定了具体的措施，并进行了现场应用。(一)降低冲击台阶高度通过控制油管螺纹加工精度，同时J值缝隙为0mm，可以最大程度减少冲击台阶高度，进而减缓油管连接部位损伤，经现场验证正常生产时间延长1倍以上，这与建立的冲击速度计算模型预测趋势吻合。(二)降低抽油杆运行速度现场验证降低抽油杆运行速度30％，油井正常生产，结果表明油井正常生产时间可延长10％，这充分验证了降低运行速度可以降低冲击速度，通过降低冲击速度达到降低冲击力的目的，进而延缓油管连接部位损伤失效。同时可以看出冲击速度对冲击损伤影响较小。(三)延长冲击作用时间现场验证可以通过增加材料弹性变形的方法达到延长冲击作用时间的目的。通过增加弹性耐磨环延长冲击作用时间进行了延长，大大延缓了油井管杆冲击损伤。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油井管杆冲击速度计算方法，将抽油杆上下往复运动中对接头的冲击形式分为冲击高台阶和冲击低台阶2种；其特征在于：/n1、建立模型并简化/n假设油管接箍为半径为R的球型，油管内壁为平面，油管连接处凸起台阶高度h，当油管接箍以速度V滑向台阶时，对台阶的冲击速度为V

【技术特征摘要】
1.一种油井管杆冲击速度计算方法，将抽油杆上下往复运动中对接头的冲击形式分为冲击高台阶和冲击低台阶2种；其特征在于：
1、建立模型并简化
假设油管接箍为半径为R的球型，油管内壁为平面，油管连接处凸起台阶高度h，当油管接箍以速度V滑向台阶时，对台阶的冲击速度为V冲；X为冲击开始到冲击结束时油管接箍向上的位移；
2、计算冲击速度V冲

【专利技术属性】
技术研发人员：张永强，董晨曦，王丹丹，杨添麒，拓川，尹志福，王珂，
申请(专利权)人：陕西延长石油集团有限责任公司研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61