CN104213847B - 一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法 - Google Patents

Abstract

一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法，属于石油工业采油工程领域。含有以下步骤；步骤1、井下抽油杆、油管之间摩阻的确定；步骤2、确定抽油杆柱微元体的受力；步骤3、确定内衬油管下入井段；计算出的节点轴向力，轴向应力变大两节点间的井段，即为内衬油管下入的井段。本发明的有益效果是：克服了内衬油管下入井段凭经验确定的弊端，合理使用内衬油管，起到了防止抽油杆、油管偏磨的作用，现场80余井次的应用，成功率100%。

Description

一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法

技术领域

本发明涉及一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法，属于石油工业采油工程领域。

背景技术

近几年，在全国各个油田，抽油机井表现出来的抽油杆与油管之间的磨损现象日益严重。偏磨导致维修作业频繁，免修期短，维修作业费用上升，采油成本高，综合效益低。

王海文等人发表在《石油矿场机械》2008年02期上的HDPE内衬油管防治抽油机井杆管偏磨研究一文指出高密度聚乙烯内衬油管既有塑料管耐腐蚀和耐磨性好的特点,又具有钢质油管的机械强度,在腐蚀偏磨严重的油井上应用取得了较好的效果。分析了内衬油管的结构、性能、防治偏磨的机理和特点,研究了与内衬油管配套的抽油机井工艺技术,对油田现场应用内衬油管出现的问题进行了分析。

2007年07月04日中国化工信息网上以题为“内衬管防偏磨技术走俏胜利油田”报道内衬HDPE／EXPE油管技术治理油水井偏磨的方法，在胜利油田流行起来。实践证明，该技术可使偏磨油井的检泵周期延长3-5倍，成为治理偏磨油井最有效的方法之一。目前这种技术已经扩大应用到全国多个油田的400多口油井当中。

虽然内衬油管在油井防偏上起到了很好的作用，但是怎样确定内衬油管下入井段至今未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是：依据噪声系统的随机性，建立内衬油管下入井段一般形式的加性噪声数学模型，确定不同油井内衬油管下入井段。克服依据井斜数据靠经验确定下入井段的弊端。

一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法，含有以下步骤；

步骤1、井下抽油杆、油管之间摩阻的确定；

a、抽油杆段在井筒狗腿平面的侧压力N_dp；

$N_{\mathrm{dp}}=q_{r}L\cos {\mathrm{\γ}}_n+2P\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}+\cos 2\mathrm{\β}$

b、抽油杆柱段在与狗腿平面相垂直方向的侧压力N_p；

N_p=q_rLcosγ₀；

C、三维井筒中，抽油杆柱段的总侧压力N由N_dp和N_p垂直迭加；

$N=\stackrel{\‾}{N_{\mathrm{dp}}^2+N_p^2};$

D、井下抽油杆、油管之间的摩阻F。F=fN；

其中：

$\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}=\stackrel{\‾}{{\sin }^2\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)+{\sin }^2\left(\frac{{\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\φ}}_1}{2}\right)\sin {\mathrm{\θ}}_1\sin {\mathrm{\θ}}_2}$

$\cos {\mathrm{\γ}}_n=\left[\frac{\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}}\right]\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)$

$\cos {\mathrm{\γ}}_0=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1\sin {\mathrm{\θ}}_2\sin ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\φ}}_1)}{\sin \mathrm{\β}};$

式中：q_r-抽油杆柱平均比重；L-井筒内抽油杆柱的长度，m；P-抽油杆柱下端轴向力，N；γ_n-井筒主法线方向与重力矢量之间的夹角；β-井眼全角；θ₁、φ₁-分别为抽油杆柱段上端井斜角和方位角；θ₂、φ₂-分别为抽油杆柱段下端井斜角和方位角；f-摩擦系数；

步骤2、确定抽油杆柱微元体的受力；

计算斜井抽油杆柱轴向载荷采用分段迭加法；将抽油杆柱自下而上分成若干个微元小段；任一小段微元体的受力情况为：

a、抽油杆与油管之间的摩擦力F1；

F₁=δF,

b、抽油杆与液体间的摩擦力F₂；

$F_2=2\mathrm{\π\μ\δL}\frac{(m^2+1)V}{(m^2-1)\ln m-(m^2+1)},$

C、油管与液体间的摩擦力F₃；

$F_3=\frac{F_2}{1.3}\mathrm{\δ},$

D、微元体抽油杆柱惯性力F₄；

$F_4=\frac{q_{r}L}{g}{a}_r;$

E、微元体重力F₅。F₅=q_rL；

F、抽油杆柱i+1节点处的轴向力P_i+1；

$P_{i+1}=P_i+F_1+F_2+F_3+F_4\cos \left(\frac{{\mathrm{\α}}_{i+1}+{\mathrm{\α}}_i}{2}\right);$

式中：m-油管内直径与抽油杆直径之比；μ-液体黏度，mPa.s；

V-抽油杆运行时的速度，m/min；α_r-抽油杆柱加速度；α_i+1、α_i-任意两微元节点处的井斜角；

步骤3、确定内衬油管下入井段；

a、抽油杆最下端处（i=0）的载荷；上冲程时，抽油杆最下端处的载荷是柱塞上的有效液柱载荷；下冲程时，抽油杆最下端载荷是作用在杆柱下部的液体压力；

b、利用i+1节点处的轴向力与i节点处的轴向力关系式，抽油杆最下端向上逐单计算各节点处的轴向力，直到井口；

C、当i+1节点是抽油杆变径处时，在轴向力上迭加以浮力F₆；

P_i+1=P_i-F₆；

F₆=γ₁(A_i+1-A_i)H_i；

式中：γ_i-液体的密度；A_i-i节点处的截面积m²；A_i+1-i+1节点处的截面积m²；H_i-i节点处距离井口的长度m；

D、确定内衬油管下入的井段；

对于计算出的节点轴向力，轴向应力变大两节点间的井段，即为内衬油管下入的井段。

本发明的有益效果是：克服了内衬油管下入井段凭经验确定的弊端，合理使用内衬油管，起到了防止抽油杆、油管偏磨的作用，现场80余井次的应用，成功率100%。

Claims (1)

1.一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法，其特征在于含有以下步骤；

步骤1、井下抽油杆、油管之间摩阻的确定；

A、抽油杆段在井筒狗腿平面的侧压力N_dp；

$N_{dp}=q_{r}L{\mathrm{cos\γ}}_n+2Psin\frac{\mathrm{\β}}{2}+cos2\mathrm{\β};$

B、抽油杆柱段在与狗腿平面相垂直方向的侧压力N_p；

N_p＝q_rL cosγ₀；

C、三维井筒中，抽油杆柱段的总侧压力N由N_dp和N_p垂直迭加；

$N=\sqrt{N_{dp}^2+N_p^2};$

D、井下抽油杆、油管之间的摩阻F；F＝fN；

其中：

$sin\frac{\mathrm{\β}}{2}=\sqrt{{\sin }^2\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)+{\sin }^2\left(\frac{{\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\φ}}_1}{2}\right){\mathrm{sin\θ}}_1{\mathrm{sin\θ}}_2}$

${\mathrm{cos\γ}}_n=\[\frac{sin\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2}{2}\right)}{\sin \frac{\mathrm{\β}}{2}}\]sin\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right)$

${\mathrm{cos\γ}}_0=\frac{{\mathrm{sin\θ}}_1{\mathrm{sin\θ}}_{2}sin({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\φ}}_1)}{\sin \mathrm{\β}};$

式中：γ₀-井筒曲线双法线与重力矢量间的夹角，度(°)；q_r-抽油杆柱平均比重；L-井筒内抽油杆柱的长度，m；P-抽油杆柱下端轴向力，N；γ_n-井筒主法线方向与重力矢量之间的夹角，度(°)；β-井眼全角，度(°)；θ₁、φ₁-分别为抽油杆柱段上端井斜角和方位角，度(°)；θ₂、φ₂-分别为抽油杆柱段下端井斜角和方位角，度(°)；f-摩擦系数；

步骤2、确定抽油杆柱微元体的受力；

计算斜井抽油杆柱轴向载荷采用分段迭加法；将抽油杆柱自下而上分成若干个微元小段；任一小段微元体的受力情况为：

A、抽油杆与油管之间的摩擦力F₁；

B、抽油杆与液体间的摩擦力F₂；

$F_2=2\mathrm{\π}\mathrm{\μ}\mathrm{\δ}L\frac{\left(m^2+1\right)V}{\left(m^2-1\right)\ln m-\left(m^2+1\right)},$

C、油管与液体间的摩擦力F₃；

$F_3=\frac{F_2}{1.3}\mathrm{\δ},$

D、微元体抽油杆柱惯性力F₄；

$F_4=\frac{q_{r}L}{g}{a}_r;$

E、微元体重力F₅；F₅＝q_rL；

F、抽油杆柱i+1节点处的轴向力P_i+1；

$P_{i+1}=P_i+F_1+F_2+F_3+F_4\cos \left(\frac{{\mathrm{\α}}_{i+1}+{\mathrm{\α}}_i}{2}\right);$

式中：m-油管内直径与抽油杆直径之比；μ-液体黏度，mPa.s；

V-抽油杆运行时的速度，m/min；α_r-抽油杆柱加速度，m/s²；α_i+1、α_i-任意两微元节点处的井斜角，度(°)；

步骤3、确定内衬油管下入井段；

A、抽油杆最下端处(i＝0)的载荷；上冲程时，抽油杆最下端处的载荷是柱塞上的有效液柱载荷；下冲程时，抽油杆最下端载荷是作用在杆柱下部的液体压力；

B、利用i+1节点处的轴向力与i节点处的轴向力关系式，抽油杆最下端向上逐单计算各节点处的轴向力，直到井口；

C、当i+1节点是抽油杆变径处时，在轴向力上迭加以浮力F₆；

P_i+1＝P_i-F₆；

F₆＝γ₁(A_i+1-A_i)H_i；

式中：γ_i-液体的密度，kg/m³；A_i-i节点处的截面积，m²；A_i+1-i+1节点处的截面积，m²；H_i-i节点处距离井口的长度，m；

D、确定内衬油管下入的井段；

对于计算出的节点轴向力，轴向应力变大两节点间的井段，即为内衬油管下入的井段。