2021.15科学技术创新抽油机井是当前陆地油田上最主要的开采方式之一，但同时斜井、定向井等也是常见的井筒结构形式。当利用抽油机开采定向井、斜井等井筒内的流体时，由于井眼倾斜和弯曲导致杆管之间存在较大的接触压力，从而导致抽油杆和油管之间发生摩擦损害，通常称为杆管偏磨[1]。这种偏磨会导致抽油杆柱断脱、油管漏失、作业频次增加等等。为了减少甚至消除偏磨，人们研发设计了诸多设备与方法，但都没有解决根本问题。本文利用TR I Z 原理进行求解分析，力图到解决问题的最优方案。 1问题的背景
抽油机井开采系统是由抽油机(在地面上)、井口装置(在地面上)、抽油泵(在井底)、抽油杆柱和油管柱(分别由多根抽油杆、油管连接而成，在井筒中)组成。
抽油泵是一种活塞泵，依靠活塞的往复运动抽汲流体；抽油杆柱的功能就是传递抽油机驴头的动力给井下抽油泵的活塞；油管的作用是把抽油泵抽汲的流体导流到井口；井口的功能有密封、导流、测压等。由于诸多原因的存在，导致抽油杆柱在上下往复运动过程中发生摆动和弯曲，从而引起抽油杆和油管之间的磨损，如图1所示。
图1杆管偏磨示意图
为了防止抽油杆和油管之间发生摩擦损坏，通常在抽油杆
上安设数量不等的扶正器。为更好地防止偏磨，还使用内衬油管、旋转井口等其它措施，但现场使用效果并不理想。2问题分析
根据TR I Z 原理，针对上述问题，依次进行了以下分析。2.1功能分析
对该系统进行功能分析，建立功能模型，如图2所示。2.2原因分析
利用因果链分析、裁剪分析、鱼骨图分析等方法，对系统发生偏磨的原因进行多角度分析，发现导致偏磨的主要原因有6项，如图3所示。
图3导致问题的主要原因
我们选择第5项原因，作为解决问题的关键点，利用TR I Z 原理进行方案设计和改进。
3利用TR I Z 原理解决问题3.1选定关键问题
第5项原因作为问题的关键点，即：在上下往复运动过程中，抽油杆柱缺乏足够的横向支撑力。
铜管焊接抽油机井系统在采油过程中，抽油杆柱不但要上下往复运
吊葫芦
动，而且还要承受振动载荷、惯性载荷等多种动载荷，不可
避免
基于T R I Z 理论的抽油杆与油管磨损问题求解
高书香耿小丕范志东韩彦龙李冰冰赵海贤
(承德石油高等专科学校，河北承德067000)
摘要：抽油机井杆管偏磨问题严重影响生产。借助TRIZ 理论和工具，到了消除抽油杆和油管磨损的途径和方法。首先，通过对系统的功能分析、原因分析等工作，确定了问题的关键点；选用物场模型和标准解求解方法，初步到了8个解决方案；利用定性筛选和定量评价方法，选定最优方案，即利用磁场斥力作用持续扶正抽油杆柱，消除了杆管偏磨。
关键词:TRIZ ；杆管偏磨；物场模型；方案优选中图分类号:TE933
文献标识码:A
文章编号:2096-4390(2021)15-0041-02
作者简介：高书香，女，籍贯：山东潍坊，从事石油工程专业的科研与教学工作
。
图2抽油机井系统功能模型
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双卡通科学技术创新
地出现横向摆动情况。目前在诸多防偏磨技术中，主要依靠扶正器的横向支撑力，但效果并不理想。
3.2选择解决工具
从上述分析可以看出，抽油杆柱和油管柱之间的物场模型不完整，因此选用物场模型和标准解原理进行求解设计。求解前的物场模型如图4所示。
图4问题的物场模型
根据标准解求解原理和流程，选用第一类或第二类标准解进行求解，得到8个初步方案，如表1所示。
4方案优选与设计4.1优选方案
上述8个方案中，根据矿场生产实际，以及设备生产企业的基本状况，定性筛选出4个方案进行后续的定量评价，即方案1、3、5、8。定量评价指标选用设备成本、系统效率、防磨损程度，各指标的权重依次是0.2、0.4、0.4。然后对定性筛选出的4个方案进行打分，如表2所示。
表2定量评价打分情况
各方案的计算量化值依次是:0.92、0.8、0.76、0.92。因此，方案1和方案8同为最优方案。
4.2设计方案
将方案1和方案8相结合，设计方案如下:
(1)在抽油杆的外表面和油管的内表面，分别镶嵌极性相同
的磁体。(2)抽油杆和油管可以单独生产，现场安装后再使用；也可在制造时嵌套配置。
某科学的变速齿轮(3)磁件的分布型式、镶嵌方式可根据载荷大小而选择。上述设计已经申请专利，并获得授权(CN 211737102U )。5结论
5.1TR I Z 作为一种创新工具，在改进设备结构及工艺等方面，具有显著优势。
5.2TR I Z 理论的应用，要结合大量的问题分析工具。5.3利用TR I Z 原理求解问题时产生的大量方案，需要结合有效的方案评价方法进行优选，提高问题求解效率。
参考文献
[1]董世民，王宏博.定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器
布点优化[J].石油学报
,2020,41(12):1686-1696.
序号 创新方案
1 在抽油杆和油管形成的环形空间内设置一个磁场，依靠磁场斥力或磁力线密度变化，为抽油杆柱提供持续的横向支撑力。
2 利用环形空间内的原油中所含的蜡、胶质、沥青质，使抽油杆柱表面和油管内表面被包裹和覆盖，降低磨损程度。
3 抽油杆与油管环空填充光滑流体和扶正器，扶正器数量不受限制，抽油杆设计成中空的管状，抽汲的流体通过抽油杆内部导流到地面。电厂巡检机器人
4 不用抽油杆柱，使用电磁场推动活塞，抽汲流体。
5 在抽油杆柱的外表面覆盖一层聚晶纳米金刚石材料。
6 在抽油杆表面或油管内壁上设置光滑且耐磨的涂层。
7 两个相邻扶正器的端面具有相同的磁性，使抽油杆处于拉应力状态。
8
抽油杆柱外表面和油管内表面具有相同的磁性，形成磁场斥力，自动扶正抽油杆。微型显示器
表1创新设计的初步方案
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