分層采油工藝管柱受力分析

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1、分層采油工藝管柱受力分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化摘要：分采泵分層采油井在生產(chǎn)中普遍存在泵效低、效果不理想等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)分層采油工藝管柱受力分析，計(jì)算中和點(diǎn)位置，優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)，減弱管柱彎曲對(duì)于分采泵的影響程度。同吋基于理論和生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出錨定、低坐封封隔器等技術(shù)，將其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中，將極大地提高分層采油效果。隨著油田的不斷深入開(kāi)發(fā)，射幵層位的不斷增多，但普遍存在層間物性差異大，層間干擾嚴(yán)重，普通籠統(tǒng)合采層間動(dòng)用不均衡勢(shì)必會(huì)造成產(chǎn)能損失，為了避免層間干擾問(wèn)題，提高低動(dòng)用層的動(dòng)用程度，挖潛剩余汕，封隔器分層分采泵分抽井不斷增多。實(shí)

2、際生產(chǎn)中，普遍使用靠壓重坐封的Y2系列封隔器，部分管柱的秉量施加于封隔器，使得整個(gè)管柱的受力分為兩部分，上部分管柱受拉，處于自重伸長(zhǎng)狀態(tài),?下部分管柱處于自重壓縮狀態(tài)。如果管柱結(jié)構(gòu)不合理，作為細(xì)長(zhǎng)、多球閥結(jié)構(gòu)的分采泵很容易彎曲變形導(dǎo)致泵效下降，嚴(yán)重的會(huì)造成卡泵、損壞抽油泵。因此，優(yōu)化分層采油工藝管柱結(jié)構(gòu)問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1、原因分析分析發(fā)現(xiàn)造成分采泵泵效低，甚至卡泵、損壞泵的原因包括人為因素、井身結(jié)構(gòu)、分采泵的質(zhì)量、管柱結(jié)構(gòu)。人為因素方面包括坐封方法不當(dāng)坐封力過(guò)大導(dǎo)致管柱彎曲嚴(yán)重。下泵作業(yè)前通洗井不徹底，洗井液

3、與地層流體不配伍、結(jié)垢導(dǎo)致泵漏失，壓裂液性能不過(guò)關(guān)、試油后沖砂洗井不到位導(dǎo)致生產(chǎn)中地層吐砂。井身結(jié)構(gòu)方面有定向井井眼軌跡復(fù)雜、狗腿度大。分采泵質(zhì)量方面由于分采泵結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、球閥多，密封點(diǎn)多，質(zhì)量不過(guò)關(guān)。管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成分采泵彎曲。從影響程度上看，管柱結(jié)構(gòu)是造成分采泵泵效低的主要原因。2、受力分析2.1坐封前：封隔器在下到預(yù)定深度未坐封前整個(gè)管柱處于自重伸長(zhǎng)狀態(tài)，受自身重量以及浮力、巾于受到自重以及液體浮力的相互作用，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)伸長(zhǎng)變形量，油管柱處在拉伸狀態(tài)，不存在中性點(diǎn)的問(wèn)題。2.2坐封后：由于部分管柱的重量

4、施加于封隔器，使得整個(gè)管柱的受力分為兩部分，上部分管柱受拉,處于自重伸長(zhǎng)狀態(tài),?下部分管柱處于自重壓縮狀態(tài)。在受拉和受壓中間有一點(diǎn)，既不受拉也不受壓，該點(diǎn)叫中性點(diǎn)。在充滿(mǎn)流體的井筒內(nèi)，管柱除本身的自重外，還有流體對(duì)它的浮力，管柱內(nèi)外流體的壓力。這些力的存在使管柱呈三向應(yīng)力狀態(tài)，即軸向應(yīng)力徑向應(yīng)力周向應(yīng)力％，如圖1所示。(Jxyr(rnoo>o(jroooA;式中A為軸向應(yīng)力，or為徑向應(yīng)力，為周向應(yīng)力平均應(yīng)力為O00則應(yīng)力張量可分為兩相么、.=0(J0+00(7(J-%000失穩(wěn)彎曲的必要條件是某一偏斜應(yīng)力大于零。對(duì)于

5、整體管柱來(lái)說(shuō)，彎曲由軸應(yīng)力偏量引起，因而管柱彎曲中和點(diǎn)就是管柱軸應(yīng)力偏量為零的點(diǎn)，即管柱內(nèi)外流體的壓力在管壁內(nèi)產(chǎn)也的徑向應(yīng)力o;和周向應(yīng)力％由“拉美公式”來(lái)確定，即:收-吵，1w（d）rD2zV-zV:收-收，1Wade-r2-W冗R.M,2式中C，、么管壁的內(nèi)、外壓力，D?、Dw管柱的內(nèi)、外徑，m;DH

6、穩(wěn)彎曲的分界點(diǎn)。即坐封時(shí)為使封隔器能正常工作，需要施加一定的壓重（施工作業(yè)時(shí)人為配管柱長(zhǎng)短產(chǎn)生的壓在封隔器上的重力，即指重表上顯示的減少的管柱重力）。中和點(diǎn)為管柱中軸向力為零的一截面，在這個(gè)截面上受到的力為自重產(chǎn)生的力以及壓重。根據(jù)靜力平衡方程列出方程式：—封隔器對(duì)油管的作用力(初始?jí)褐?；■^屮一中和點(diǎn)到管柱底部的距離，"2;一在井筒內(nèi)液體中每米管柱的重量，％。由《采油數(shù)據(jù)手冊(cè)》查得：管柱外徑Dvv=73.02mm/?,內(nèi)徑D"=62.0mmo單位長(zhǎng)度的管柱重量分管柱=95%g管柱=93%管柱的橫截面積5"=1169

7、mm2單位長(zhǎng)度的管柱排開(kāi)的油水混合物重量為7浮=/^井液沖=11.46%油管在清水中的每米重景q=82.56N/m;壓重f壓重82.5612001000800XE蕓600^4002000暇重(KN)如果按照坐封負(fù)荷60?80AW，管柱中性點(diǎn)一般在封隔器以上723?984米處。2.3生產(chǎn)過(guò)程中受力分析:抽油機(jī)在上沖程時(shí)，泵游動(dòng)關(guān)閉、固定凡爾打開(kāi)，整個(gè)液柱的重量都作用在抽油桿上。下沖程時(shí)，由于游動(dòng)凡爾打開(kāi)，固定凡爾關(guān)閉，整個(gè)液柱的重量作用在油管上，使油管受力產(chǎn)生拉伸變形。在泵的運(yùn)動(dòng)中，油管的伸長(zhǎng)量變?yōu)橐灾行渣c(diǎn)為分界點(diǎn)，中性

8、點(diǎn)以上油管伸長(zhǎng)、中性點(diǎn)以下油管被壓縮的交替變化。隨著泵的運(yùn)動(dòng)，油管這種伸長(zhǎng)和壓縮可以看作一種簡(jiǎn)諧振動(dòng)，且越靠近中性點(diǎn)，振幅越大，泵越靠近封隔器，則封隔器越容易失效，導(dǎo)致卡封不嚴(yán)。泵的運(yùn)行過(guò)程中，油管柱受到坐封負(fù)荷、液柱重力、沉沒(méi)壓力，管柱自身重力、慣性力、振動(dòng)力、進(jìn)n回壓、液柱與油管間摩擦力等多種力的綜合影響，此時(shí)封隔器將承受工作