一种抽油杆腐蚀寿命确定方法技术

本发明专利技术公开了一种抽油杆腐蚀寿命确定方法，属于油气井腐蚀防护领域。其特征在于：首先利用高温高压釜对抽油杆材质在模拟工况下进行腐蚀测试，并得到均匀腐蚀速率值，进而计算得到抽油杆的实际截面积，再分别计算抽油杆最大工作应力和最小工作应力，然后计算抽油杆的许用最大应力，再计算出抽油杆的安全系数，最终根据给定的安全系数阈值计算出抽油杆的剩余安全服役寿命。该发明专利技术的优点在于：该方法能合理且准确地预测抽油杆的剩余腐蚀寿命，减小或避免抽油杆因腐蚀断裂带来的安全风险和经济损失。济损失。济损失。

【技术实现步骤摘要】
一种抽油杆腐蚀寿命确定方法


[0001]本专利技术涉及油气井腐蚀防护领域，具体是涉及一种抽油杆腐蚀寿命确定方法。

技术介绍

[0002]有杆泵采油是目前最主要的采油方式，占油井总数的80％以上，抽油杆作为地面抽油机和井下抽油泵的连接设备，是有杆泵采油的重要组成部分。抽油杆在工作过程中受到不对称循环载荷和井筒中液体腐蚀的共同作用，对于采出液含水率大、化度高、尤其是含CO2等酸性介质的油井，抽油杆腐蚀更为严重。腐蚀会造成抽油杆截面积不断变小，严重时会导致抽油杆断裂，油井停产，造成巨大经济损失。但是，对抽油杆进行盲目地更换则会带来巨大的浪费，合理兼顾抽油杆的安全性和经济性就成为了实现有杆泵采油井安全、高效开发的关键。
[0003]已有的针对油井管柱服役寿命预测方法的研究主要侧重于对油管和套管的腐蚀寿命预测，“一种油管柱寿命预测方法”(申请公布号：CN 103206205 A)主要考虑了油管柱应力的情况，准确的预测了油管的寿命，减小或避免油气井油管柱的安全风险，“一种用于套管的腐蚀寿命预测方法”(申请公布号：CN 107290270A)主要考虑了受腐蚀作用下套管的抗内压强度和抗外挤强度，准确的预测了套管的寿命，减小或避免油气井套管因腐蚀诱发的安全风险。然而，油管主要考虑拉伸载荷，套管主要考虑内压载荷和挤压载荷，而抽油杆主要考虑其上下冲程中受到的不对称循环载荷，抽油杆的腐蚀寿命确定方法与油套管的腐蚀寿命确定方法完全不同。
[0004]因此，专利技术一种基于腐蚀实验结果的抽油杆腐蚀寿命确定方法还是十分必要的。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种抽油杆腐蚀寿命确定方法，以解决现有抽油杆的寿命预测问题，并在达到上述目的同时，为抽油杆的更换提供依据，节省成本。
[0006]本专利技术采用以下技术方案，一种抽油杆腐蚀寿命确定方法，其特征在于，包含以下步骤：
[0007]步骤一：收集分析油井抽油杆运行的工况参数，确定不同服役阶段影响抽油杆腐蚀的腐蚀环境W＝[X,Y,Z,...]，W表示腐蚀环境，X,Y,Z,
…
表示影响抽油杆腐蚀的几个主要因素；
[0008]步骤二：利用高温高压釜模拟实际工况对抽油杆材质进行腐蚀测试，测试条件为：w
i
＝[x
i
,y
i
,z
i
,...,t](i＝0,1,2,3,
…
,n
‑
1,n)，w
i
表示第i服役阶段的腐蚀环境，x
i
表示第i服役阶段时主要因素X的取值大小，y
i
表示第i服役阶段时主要因素Y的取值大小，z
i
表示第i服役阶段时主要因素Z的取值大小，t表示腐蚀测试时间，n≥1，i＝n表示当前服役阶段，并利用腐蚀速率公式(1)求取抽油杆材质在不同工况环境下的均匀腐蚀速率值V
i
；
[0009][0010]式中：V
i
为材质的均匀腐蚀速率，mm/a；m0为腐蚀试验前试样的质量，g；m为腐蚀试验后试样的质量，g；S为试样总表面积，cm2；t为腐蚀测试时间，d；ρ为试样密度，g/cm3；
[0011]步骤三：将步骤二中的腐蚀速率值V
i
代入公式(2)中，计算出抽油杆当前直径D0'；
[0012]D0'＝D0‑
2∑V
i
T
i
(i＝0,1,2,3,
…
,n
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0013]式中：D0'为抽油杆当前直径，mm；D0为抽油杆原始直径，mm；V
i
为第i阶段的均匀腐蚀速率，mm/a；T
i
为抽油杆在第i阶段所运行的时间，a；
[0014]步骤四：将步骤三中的抽油杆当前直径D0'和当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速V
n
代入公式(3)中，计算得到受腐蚀作用后抽油杆剩余截面积A
r
；
[0015][0016]式中：A
r
为腐蚀后抽油杆剩余截面积A
r
，mm2；D0'为抽油杆当前直径，mm；V
n
为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；
[0017]步骤五：将步骤四中的剩余截面积A
r
代入公式(4)中计算出抽油杆工作时的最大应力σ
max
，其公式表示为(5)；
[0018][0019][0020]其中：
[0021]F
max
＝F
r
+F
l
+I
ru
+I
lu
+F
o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0022]F
r
＝ρ
s
A
r0
gL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0023]F
l
＝(A
p
‑
A
r0
)ρ
s
gL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0024][0025][0026]式中：σ
max
为抽油杆工作时的最大应力，MPa；F
max
为抽油杆工作时所受的最大载荷，N；A
r
为腐蚀后抽油杆剩余截面积，mm2；D0'为抽油杆当前直径，mm；V
n
为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；F
r
为抽油杆在空气中的重量，N；F
l
为作用在抽油杆上的油管内流体重量，N；I
ru
为上冲程时抽油杆的惯性载荷，N；I
lu
为上冲程时油管内流体造成的惯性载荷，N；F
o
为上冲程时抽油杆所受的其他载荷，包括摩擦载荷、井口回压产生的载荷等，N；ρ
s
为抽油杆材质密度，kg/m3；A
r0
为抽油杆原始横截面积，m2；g为重力加速度，m/s2；L为抽油杆长度，m；A
p
为抽油泵内截面积，m2；s为冲程，m；n为冲次，min
‑1；ε为油管的过流断面变化引起的液柱加速度变化系数；A
t
为油管流通断面面积，m2；
[0027]步骤六：将步骤四中的剩余截面积A
r
代入公式(11)中计算出抽油杆工作时的最小应力σ
min
，其公式表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽油杆腐蚀寿命确定方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：收集分析油井抽油杆运行的工况参数，确定不同服役阶段影响抽油杆腐蚀的腐蚀环境W＝[X,Y,Z,...]，W表示腐蚀环境，X,Y,Z,
…
表示影响抽油杆腐蚀的几个主要因素；步骤二：利用高温高压釜模拟实际工况对抽油杆材质进行腐蚀测试，测试条件为：w
i
＝[x
i
,y
i
,z
i
,...,t](i＝0,1,2,3,
…
,n
‑
1,n)，w
i
表示第i服役阶段的腐蚀环境，x
i
表示第i服役阶段时主要因素X的取值大小，y
i
表示第i服役阶段时主要因素Y的取值大小，z
i
表示第i服役阶段时主要因素Z的取值大小，t表示腐蚀测试时间，n≥1，i＝n表示当前服役阶段，并利用腐蚀速率公式(1)求取抽油杆材质在不同工况环境下的均匀腐蚀速率值V
i
；式中：V
i
为材质的均匀腐蚀速率，mm/a；m0为腐蚀试验前试样的质量，g；m为腐蚀试验后试样的质量，g；S为试样总表面积，cm2；t为腐蚀测试时间，d；ρ为试样密度，g/cm3；步骤三：将步骤二中的腐蚀速率值V
i
代入公式(2)中，计算出抽油杆当前直径D0'；D0'＝D0‑
2∑V
i
T
i
(i＝0,1,2,3,
…
,n
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：D0'为抽油杆当前直径，mm；D0为抽油杆原始直径，mm；V
i
为第i阶段的均匀腐蚀速率，mm/a；T
i
为抽油杆在第i阶段所运行的时间，a；步骤四：将步骤三中的抽油杆当前直径D0'和当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速V
n
代入公式(3)中，计算得到受腐蚀作用后抽油杆剩余截面积A
r
；式中：A
r
为腐蚀后抽油杆剩余截面积A
r
，mm2；D0'为抽油杆当前直径，mm；V
n
为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；步骤五：将步骤四中的剩余截面积A
r
代入公式(4)中计算出抽油杆工作时的最大应力σ
max
，其公式表示为(5)；，其公式表示为(5)；其中：F
max
＝F
r
+F
l
+I
ru
+I
lu
+F
o
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(6)F
r
＝ρ
s
A
r0
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(7)F
l
＝(A
p
‑
A
r0
)ρ
s
gL
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(8)(8)式中：σ
max
为抽油杆工作时的最大应力，MPa；F
max
为抽油杆工作时所受的最大载荷，N；A
r
为腐蚀后抽油杆剩余截面积，mm2；D0'为抽油杆当前直径，mm；V
n
为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；F
r
为抽油杆在空气中的重量，N；F
l
为作用在抽油杆上的油管内流体重量，N；I
ru
为上冲程时抽油杆的惯性载荷，N；I
lu
为上冲程时油管内流体造成的惯性载荷，N；F
o
为上冲程时抽油杆所受的其他载荷，包括摩擦载荷、井口回压产生的载荷等，N；ρ
s
为抽油杆材质密度，kg/m3；A
r0
为抽油杆原始横截面积，m2；g为重力加速度，m/s2；L为抽油杆长度，m；A
p
为抽油泵内截面积，m2；s为冲程，m；n为冲次，min
‑1；ε为油管的过流断面变化引起的液柱加速度变化系数；A
t
为油管流通断面面积，m2；步骤六：将步骤四中的剩余截面积A
r
代入公式(11)中计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德智，张新，刘振东，张思松，高搏，罗江，喻智明，明坤基，田刚，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：