分层采油工艺管柱受力分析

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1、分层采油工艺管柱受力分析以及结构优化摘要：分采泵分层采油井在生产中普遍存在泵效低、效果不理想等问题，通过对分层采油工艺管柱受力分析，计算中和点位置，优化管柱结构，减弱管柱弯曲对于分采泵的影响程度。同吋基于理论和生产实际经验，提出锚定、低坐封封隔器等技术，将其广泛应用于生产中，将极大地提高分层采油效果。随着油田的不断深入开发，射幵层位的不断增多，但普遍存在层间物性差异大，层间干扰严重，普通笼统合采层间动用不均衡势必会造成产能损失，为了避免层间干扰问题，提高低动用层的动用程度，挖潜剩余汕，封隔器分层分采泵分抽井不断增多。实

2、际生产中，普遍使用靠压重坐封的Y2系列封隔器，部分管柱的秉量施加于封隔器，使得整个管柱的受力分为两部分，上部分管柱受拉，处于自重伸长状态,•下部分管柱处于自重压缩状态。如果管柱结构不合理，作为细长、多球阀结构的分采泵很容易弯曲变形导致泵效下降，严重的会造成卡泵、损坏抽油泵。因此，优化分层采油工艺管柱结构问题，具有重要的现实意义。1、原因分析分析发现造成分采泵泵效低，甚至卡泵、损坏泵的原因包括人为因素、井身结构、分采泵的质量、管柱结构。人为因素方面包括坐封方法不当坐封力过大导致管柱弯曲严重。下泵作业前通洗井不彻底，洗井液

3、与地层流体不配伍、结垢导致泵漏失，压裂液性能不过关、试油后冲砂洗井不到位导致生产中地层吐砂。井身结构方面有定向井井眼轨迹复杂、狗腿度大。分采泵质量方面由于分采泵结构相对复杂、球阀多，密封点多，质量不过关。管柱结构设计不合理造成分采泵弯曲。从影响程度上看，管柱结构是造成分采泵泵效低的主要原因。2、受力分析2.1坐封前：封隔器在下到预定深度未坐封前整个管柱处于自重伸长状态，受自身重量以及浮力、巾于受到自重以及液体浮力的相互作用，将会产生一个伸长变形量，油管柱处在拉伸状态，不存在中性点的问题。2.2坐封后：由于部分管柱的重量

4、施加于封隔器，使得整个管柱的受力分为两部分，上部分管柱受拉,处于自重伸长状态,•下部分管柱处于自重压缩状态。在受拉和受压中间有一点，既不受拉也不受压，该点叫中性点。在充满流体的井筒内，管柱除本身的自重外，还有流体对它的浮力，管柱内外流体的压力。这些力的存在使管柱呈三向应力状态，即轴向应力径向应力周向应力％，如图1所示。(Jxyr(rnoo>o(jroooA;式中A为轴向应力，or为径向应力，为周向应力平均应力为O00则应力张量可分为两相么、.=0(J0+00(7(J-%000失稳弯曲的必要条件是某一偏斜应力大于零。对于

5、整体管柱来说，弯曲由轴应力偏量引起，因而管柱弯曲中和点就是管柱轴应力偏量为零的点，即管柱内外流体的压力在管壁内产也的径向应力o;和周向应力％由“拉美公式”来确定，即:收-吵，1w（d）rD2zV-zV:收-收，1Wade-r2-W冗R.M,2式中C，、么管壁的内、外压力，D„、Dw管柱的内、外径，m;DH

6、稳弯曲的分界点。即坐封时为使封隔器能正常工作，需要施加一定的压重（施工作业时人为配管柱长短产生的压在封隔器上的重力，即指重表上显示的减少的管柱重力）。中和点为管柱中轴向力为零的一截面，在这个截面上受到的力为自重产生的力以及压重。根据静力平衡方程列出方程式：—封隔器对油管的作用力(初始压重)；■^屮一中和点到管柱底部的距离，"2;一在井筒内液体中每米管柱的重量，％。由《采油数据手册》查得：管柱外径Dvv=73.02mm/?,内径D"=62.0mmo单位长度的管柱重量分管柱=95%g管柱=93%管柱的横截面积5"=1169

7、mm2单位长度的管柱排开的油水混合物重量为7浮=/^井液冲=11.46%油管在清水中的每米重景q=82.56N/m;压重f压重82.5612001000800XE芸600^4002000暇重(KN)如果按照坐封负荷60〜80AW，管柱中性点一般在封隔器以上723〜984米处。2.3生产过程中受力分析:抽油机在上冲程时，泵游动关闭、固定凡尔打开，整个液柱的重量都作用在抽油杆上。下冲程时，由于游动凡尔打开，固定凡尔关闭，整个液柱的重量作用在油管上，使油管受力产生拉伸变形。在泵的运动中，油管的伸长量变为以中性点为分界点，中性

8、点以上油管伸长、中性点以下油管被压缩的交替变化。随着泵的运动，油管这种伸长和压缩可以看作一种简谐振动，且越靠近中性点，振幅越大，泵越靠近封隔器，则封隔器越容易失效，导致卡封不严。泵的运行过程中，油管柱受到坐封负荷、液柱重力、沉没压力，管柱自身重力、惯性力、振动力、进n回压、液柱与油管间摩擦力等多种力的综合影响，此时封隔器将承受工作