CN117432344A - 一种油井举升管柱及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油井举升管柱及其设计方法，包括油管柱和抽油杆柱；油管柱包括连接在泵下加重防腐抽油泵筒上端的液压锚定器，和连接在液压锚定器上端的内衬油管，还包括连接在泵下加重防腐抽油泵筒下端的尾管、筛管和丝堵；抽油杆柱包括设置在泵下加重防腐抽油泵筒内的抽油泵柱塞，和连接在抽油泵柱塞上端的抽油杆安全接头和连接在抽油杆安全接头上端的连续抽油杆，还包括在抽油泵柱塞下端连接设置的加重杆。本发明的油井举升管柱及其设计方法有效解决了采油管柱在井下蠕动的问题。同时，油井举升管柱中，还设置了内衬油管，减缓杆管偏磨问题。

Description

一种油井举升管柱及其设计方法

技术领域

本发明属于油田开采领域，特别是涉及一种油井举升管柱及其设计方法。

背景技术

油井有杆泵举升管柱一般为抽油泵柱塞上端接钢制抽油杆及加重杆，举升过程中，由于抽油杆柱长期受交变拉压载荷及地层水腐蚀介质的共同作用，容易导致抽油杆柱断脱。尤其在地层水腐蚀严重的油井，极易因腐蚀造成杆柱断脱，油井检泵作业周期短，造成频繁作业，影响油井生产效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油井举升管柱及其设计方法，以解决现有技术中油井抽油杆柱容易腐蚀断脱的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种油井举升管柱，包括油管柱和抽油杆柱；所述油管柱包括连接在泵下加重防腐抽油泵筒上端的液压锚定器，和连接在液压锚定器上端的内衬油管，还包括连接在泵下加重防腐抽油泵筒下端的尾管、筛管和丝堵；所述抽油杆柱包括设置在所述泵下加重防腐抽油泵筒内的抽油泵柱塞，和连接在抽油泵柱塞上端的抽油杆安全接头和连接在抽油杆安全接头上端的连续抽油杆，还包括在抽油泵柱塞下端连接设置的加重杆。

本发明的有益效果：油井举升管柱中，内衬油管、液压锚定器、泵下加重防腐抽油泵筒、尾管、筛管和丝堵从油井井口通过采用自上而下顺次连接的方式，有效解决了采油管柱在井下蠕动的问题。同时，油井举升管柱中，还设置了内衬油管，减缓杆管偏磨问题。

进一步地，所述抽油泵柱塞包括内部设置的球阀进、出液机构和球阀进、出液机构外部设置的定位密封机构；所述球阀进、出液机构包括进、出液部和辅助密封结构；所述进、出液部采用两级柱塞结构，上部柱塞结构包括依次连接设置的上部柱塞、上下游动阀罩、阀球阀座、导流接头；下部柱塞结构包括依次连接设置的用于连接阀座的柱塞上接头、下部柱塞、柱塞下进液接头；所述下部柱塞的外部设置有所述定位密封机构。

本发明的有益效果：抽油泵柱塞采用两级柱塞和辅助密封结构，通过球阀进、出液机构和定位密封机构实现石油的进出，并实现定位和密封作用。

进一步地，所述定位密封机构包括设置在所述下部柱塞外部的定位锁抓和设置在定位锁爪外的锁抓套，定位锁爪下端连接有密封芯管，密封芯管下端连接有密封芯管下接头，密封芯管和密封芯管下接头外套设有密封套，密封芯管和密封套之间设置有套环和密封圈。

本发明的有益效果为：定位密封机构采用锁爪实现柱塞定位，采用密封圈实现泵筒与柱塞间活动腔室油流的密封。

进一步地，所述柱塞下进液接头设置侧向进液孔道，其下端螺纹连接加重杆，实现下部柱塞结构的下部加重。

本发明的有益效果为：柱塞下进液接头设置侧向进液孔道，其下端螺纹连接加重杆，实现下部柱塞结构的下部加重，加重杆可加粗且不受拉压载荷，能够延长钢杆自身防腐寿命。

进一步地，所述抽油杆安全接头以及抽油杆均采用碳纤维复合材料制成。

本发明的有益效果为：利用碳纤维复合材料的的高强度、轻量化、耐腐蚀的优点，通过设置泵下加重防腐抽油泵，配合碳纤维复合材料连续抽油杆，实现泵上复合材料抽油杆柱全覆盖，泵下钢制加重杆在上下冲程过程中不受拉压载荷，延长钢杆自身防腐寿命。

一种油井举升管柱的设计方法，计算油井的采液指数，根据所述采液指数计算动液面，在所述动液面的基础上考虑一定沉没度获得下泵深度；将下泵深度设置为连续抽油杆的下入深度；再根据所述下入深度及油井射孔井段的关系，确定加重杆杆径和最大下入长度，以确定加重杆杆径、长度；同时，根据抽油杆和加重杆的杆径和长度，计算抽油杆和加重杆的混合杆柱的杆柱中和点，通过重新调整下泵深度，使杆柱中和点位置位于加重杆上，完成管柱设计。

本发明的有益效果为：通过优化目标函数最优解，包括油井供排、泵效、杆柱受力安全等，确保油井参数设计合理，达到系统高效、杆柱受力安全的目的。提高系统效率、保证杆柱安全。

进一步地，还计算混合杆柱的悬点载荷、扭矩，以保证悬点载荷、扭矩在抽油机设备额定范围内；同时计算抽油杆、加重杆杆柱应力，确定杆柱应力范围比是否合理；若不合理，则重新调整下泵深度，直到杆柱应力范围比合理。

本发明的有益效果为：确定杆柱应力范围比是否合理，确保混合杆柱受力正常，避免发生疲劳破坏，以此优化碳杆和钢杆长度，确定合理的碳钢比。

进一步地，所述采液指数J_l通过如下公式计算：

其中，_l表示措施前日产液量；P_R表示地层静压；P_wf表示井底流动压力。

本发明的有益效果为：根据油井目前动液面、产液量等，计算油井的采液指数。从而根据采液指数计算动液面。

进一步地，所述动液面H_f通过如下公式计算：

其中，_R表示油层中部深度，P_R表示地层静压，Q_l表示措施前日产液量，J_l表示采液指数，P_c表示套压，ρ_w表示地层水密度；ρ_o表示原油密度；f_w表示含水率。

本发明的有益效果为：计算不同产液量条件下油井对应的动液面，确定油井的供排关系。

进一步地，所述杆柱中和点L_x的计算公式为：

其中，L_碳表示连续抽油杆的长度，L_加表示加重杆的长度，P_M表示抽油泵柱塞与衬套之间半摩擦力；P_Ld表示井液通过游动阀时的阻力P_f表示抽油杆柱在井液中的浮力；q_r表示单位长度抽油杆自重力；q_ra_r/g表示惯性力平均值；q_tr表示井液与单位长度抽油杆之间的摩擦力。

本发明的有益效果为：计算碳钢混合杆柱的杆柱中和点，确保杆柱中和点位于钢杆上，保证了碳杆始终处于受拉状态，避免碳杆受压劈裂。

附图说明

图1为本发明的油井举升管柱示意图；

图2为本发明的油井举升管柱的球阀进、出液机构上部柱塞部分的截面图；

图3为本发明的油井举升管柱的定位密封机构截面图；

图4为本发明的油井举升管柱参数设计方法流程图。

附图标记说明：

1、内衬油管；2、液压锚定器；3、泵下加重防腐抽油泵筒；4、尾管；5、筛管；6、丝堵；7、连续抽油杆；8、抽油杆安全接头；9、拉杆、抽油泵柱塞；10、加重杆；11、泵筒接箍；12、厚壁泵筒；13、上出液接头；14、上游动阀座接头；15、柱塞；16、上游动阀罩；17、第一阀球；18、第一阀座；19、导流接头；20、下游动阀罩；21、第二阀球；22、第二阀座；23、柱塞上接头；24、长柱塞；25、锁抓套；26、定位锁抓；27、密封芯管；28、套环；29、密封圈；30、隔套；31、密封套；32、铜环；33、密封芯管下接头；34、泵筒；35、下进液接头；36、油层；37、抽油杆螺纹。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

一种油井举升管柱实施例：

本发明针对腐蚀严重的油井，为解决抽油杆腐蚀断脱造成油井检泵周期短、作业频率高的问题，采用碳纤维连续抽油杆泵下加重防腐工艺技术，实现泵上采用碳杆、泵下采用钢制加重杆，避免钢杆腐蚀、断裂造成检泵作业，从而延长油井检泵周期，实现油井防腐延寿的目的。

本发明提供一种油井举升管柱。举升管柱主要用于解决油井举升中由于地层水矿化度高造成钢制抽油杆腐蚀断脱、检泵周期短的问题，举升管柱包括油管柱和抽油杆柱；油管柱从上至下包括内衬油管、液压锚定器、泵下加重防腐抽油泵筒、尾管、筛管、丝堵；抽油杆柱从上至下包括光杆、快速连接接头、连续抽油杆、抽油杆安全接头、拉杆、抽油泵柱塞、加重杆。其中连续抽油杆和抽油杆安全接头均采用碳纤维复合材料，该工艺管柱充分利用碳纤维复合材料的高强度、轻量化、耐腐蚀的优点，通过设置泵下加重防腐抽油泵，配合采用碳纤维复合材料的连续抽油杆，实现泵上复合材料抽油杆柱全覆盖，泵下钢制加重杆在上下冲程过程中不受拉压载荷，延长钢杆自身防腐寿命；同时，通过建立混合杆柱力学模型，进一步优化目标函数最优解，确保油井参数设计合理，达到系统高效、杆柱受力安全的目的，实现油井长效举升、延长检泵周期的目的。

本发明的一种油井举升管柱，包括油管柱和抽油杆柱；油管柱如图1所示，设置在油井套管内，包括从上向下依次连接的内衬油管1、液压锚定器2、泵下加重防腐抽油泵筒3、尾管4、筛管5和丝堵6；抽油杆柱设置在油管柱内，举升管柱的抽油杆柱包括从上向下依次连接的光杆、快速连接接头、选用碳纤维复合材料的连续抽油杆7、选用碳纤维材料的抽油杆安全接头8、拉杆、抽油泵柱塞9、加重杆10。设置在泵下加重防腐抽油泵筒3上端的为液压锚定器2，设置在液压锚定器2上端的是内衬油管1，其中内衬油管1选用外径为88.9mm，内径为76mm的油管。设置在泵下加重防腐抽油泵筒3的下端依次为尾管4、筛管5和丝堵6，尾管4选用外径为73mm、内径为62mm的平式油管。拉杆、抽油泵柱塞9上端设置有碳纤维材料的抽油杆安全接头8，抽油杆安全接头上端为φ22mm碳纤维复合材料连续抽油杆7；拉杆、抽油泵柱塞9下端连接加重杆10。

泵下加重防腐抽油泵柱塞，采用两级柱塞+辅助密封结构，如图2和图3所示。图2为球阀进、出液机构，图3为定位密封机构，图2的b部与图3的a部相连。图2包括：泵筒接箍11、镀铬的厚壁泵筒12、上出液接头13、上游动阀座接头14、柱塞15、上游动阀罩16、第一阀球17选用规格为Sφ42.88mm、第一阀座18选用规格为φ55mm、导流接头19、下游动阀罩20、第二阀球21选用规格为Sφ34.93mm、第二阀座22选用规格为φ44mm、φ44mm柱塞上接头23，φ44mm长柱塞24。球阀进、出液机构采用两级柱塞结构，上部出液机构主要由φ70mm柱塞、上下游动阀罩及Sφ45mm阀球阀座、导流接头、Sφ35mm阀球阀座等零件组成，下部进液机构主要由φ44mm柱塞上接头、φ44mm柱塞、柱塞下进液接头等零件组成。φ44mm柱塞的外部设置有定位密封机构。球阀进、出液机构，φ44mm柱塞下进液接头35设置侧向进液孔道，下端螺纹连接加重杆，实现下柱塞下部加重，加重杆可加粗且不受拉压载荷，延长钢杆自身防腐寿命。定位密封机构主要由定位锁抓26、锁抓套25、密封芯管27、套环28、密封圈29、密封套31及密封芯管下接头33等零件组成。定位密封机构用于实现柱塞定位及泵筒与柱塞间活动腔室油流的密封。

本实施例提供的油井举升管柱入井作业过程中，泵下加重防腐抽油泵筒(包括泵筒接箍11、厚壁泵筒12、锁抓套25以及密封套31)随油管柱一起下入，加重杆及抽油泵两级柱塞以及定位密封件(抽油泵其余部件按照组装图组配)随抽油杆柱一起下入井内。

内衬油管、液压锚定器、泵下加重防腐抽油泵筒、尾管、筛管以及丝堵之间通过丝扣连接。抽油杆柱中，光杆的上端连接地面抽油机悬绳器，光杆的下端连接快速连接接头的上端；快速连接接头的下端连接碳纤维复合材料连续抽油杆的上端；碳纤维复合材料连续抽油杆的下端连接碳纤维抽油杆安全接头的上端；碳纤维抽油杆安全接头的下端连接拉杆的上端；拉杆的下端连接抽油泵柱塞的上端；抽油泵柱塞的下端连接加重杆。

光杆为φ28mm光杆；快速连接接头为光杆与碳纤维复合材料连续抽油杆的连接短节；碳纤维复合材料连续抽油杆的外径为22mm；拉杆外径为φ22mm；加重杆外径为φ38mm或φ45mm的加重杆。碳纤维抽油杆安全接头用于卡泵时实现抽油杆与抽油泵柱塞的安全断开。

在油管柱中，内衬油管的上端连接油井井口的油管悬挂器，内衬油管的最下端连接液压锚定器的上端；液压锚定器的下端连接泵下加重防腐抽油泵筒的上端；泵下加重防腐抽油泵筒的下端连接尾管的上端；尾管的下端连接筛管的上端；筛管的下端连接丝堵。

内衬油管的外径为88.9mm，内径为76mm；液压锚定器为HYYM-115液压锚定器；泵下加重防腐抽油泵筒上端为31/2TBG标准螺纹，下端为27/8TBG标准螺纹；尾管为φ73mm普通油管；筛管为φ73mm筛管；丝堵为φ73mm丝堵。

光杆、快速连接接头、碳纤维复合材料连续抽油杆、碳纤维抽油杆安全接头、拉杆、抽油泵柱塞以及加重杆之间通过丝扣自上而下顺次连接。泵上抽油杆柱采用碳纤维复合材料连续抽油杆，有效解决了钢制抽油杆柱受地层水腐蚀造成杆柱强度降低而引发的杆柱断脱等问题。同时，充分考虑杆柱安全问题，设置了碳纤维抽油杆安全接头，解决卡泵时碳杆的连续无损起出。

本发明实施例提供的油井举升管柱中，内衬油管、液压锚定器、泵下加重防腐抽油泵筒、尾管、筛管和丝堵通过丝扣从油井井口自上而下顺次连接，有效解决了采油管柱在井下蠕动的问题。同时，本发明实施例提供的油井举升管柱中，还设置了内衬油管，减缓杆管偏磨问题。

本发明实施例提供的油井举升管柱中，光杆、快速连接接头、碳纤维复合材料连续抽油杆、碳纤维抽油杆安全接头、拉杆、抽油泵柱塞和加重杆从油井井口自上而下顺次连接，有效解决了泵上钢制抽油杆柱受地层水腐蚀造成杆柱强度降低而引发的杆柱断脱等问题。同时，本发明实施例提供的油井举升管柱中，还设置了碳纤维抽油杆安全接头，解决卡泵时碳杆的连续无损起出。

一种油井举升管柱的设计方法实施例：

本发明的油井举升管柱参数设计方法，通过建立混合杆柱力学模型，包括碳-钢混合杆柱比例设计、杆柱中和点位置计算、混合杆柱悬点载荷、扭矩计算、杆柱应力计算等，进一步优化目标函数最优解，确保油井参数设计合理，达到系统高效、杆柱受力安全的目的。

本发明提供了油井举升管柱的参数设计方法，具体包括如下步骤：

(1)录取油井射孔井段、井斜、全角变化率、措施前产状、泵径、泵深、动液面等数据，确定油井具备碳纤维抽油杆举升应用的工艺条件。

(2)根据所述(1)的基础数据，结合油井目前动液面、产液量等，计算油井采液指数。

根据措施前油井生产状况求出采液指数，其公式为：

其中，P_wf＝P_c+(H_R-H_f)*[ρ_w*f_w+ρ_o*(1-f_w)]*0.00981，P_wf—井底流动压力，MPa；Q_l—措施前日产液量，m³/d；P_R—地层静压，MPa；P_c—套压，MPa；H_R—油层中部深度，m；H_f—动液面，m；ρ_w—地层水密度，g/cm³；ρ_o—原油密度，g/cm³；f_w—含水率；J_l—采液指数，m³/(d·MPa)。

(3)根据所述(2)预测的油井采液指数，计算不同产液量条件下油井对应的动液面，确定油井的供排关系。

不同产液量对应的动液面预测公式为：

式中各符号意义见所述(2)符号意义。这里，通过设定一组液量，预测不同液量时对应的动液面。

(4)根据所述(3)预测的液量、动液面，优化泵径、冲程、冲次、下泵深度。

结合油藏配产，在预测的动液面的基础上考虑一定的沉没度来优化下泵深度。泵径、冲程、冲次的优化，根据油藏配产，通过设置一组对应的参数，并考虑合理的泵效(一般合理泵效为50％～75％)进行相应参数的优化。

具体公式为：

H_p＝H_f+H_s

式中：H_p—下泵深度，m；H_s—沉没度，m；H_f—动液面，m；D_p—泵径，mm；s—冲程，m；n—冲次，次/分钟；Q_理—泵的理论排量，m³/d；Q_预—预测的产液量，m³/d；η—泵效，％。

(5)所述(4)优化的下泵深度确定为碳纤维复合材料连续抽油杆的下入深度。

(6)根据所述(5)确定的碳纤维连续抽油杆的下入深度及油井射孔井段的关系，确定加重杆杆径、长度，优化碳-钢混合杆柱比例；为提高加重效率并降低杆柱冲程损失，尽量优选大直径的加重杆，加深加重杆的下入长度，降低碳-钢混合比例。

约束条件为：

式中：L_碳—碳纤维复合材料连续抽油杆长度，m；L_加—加重杆长度，m；D_碳—碳纤维复合材料连续抽油杆直径，mm；D_加—加重杆直径，mm；X_碳/钢—碳-钢混合比例。

(7)根据所述(5)、(6)确定的碳纤维复合材料连续抽油杆、加重杆的杆径和长度，计算碳-钢混合杆柱的杆柱中和点，确保杆柱中和点位置位于加重杆上；若杆柱中和点位于碳杆上，重新执行上述(4)、(5)、(6)步骤，直至杆柱中和点位置位于加重杆上。

杆柱中和点计算公式为：

碳杆不受压的约束条件为：

L_x＞L_碳

式中：P_M—抽油泵柱塞与衬套之间半摩擦力，N；P_Ld—井液通过游动阀时的阻力，N；P_f—抽油杆柱在井液中的浮力，N；q_r—单位长度抽油杆自重力，N/m；q_ra_r/g—惯性力平均值，N/m；q_tr—井液与单位长度抽油杆之间的摩擦力，N/m；L_x—杆柱中和点位置，m。

其中，抽油泵柱塞与衬套之间半摩擦力P_M采用经验公式计算：

P_M＝0.94×D_p/δ-140

式中：δ—抽油泵柱塞与衬套的配合间隙，mm。

其中，井液通过游动阀时的阻力P_Ld，即由于摩擦力的作用，液体通过游动阀的压头损失产生的的活塞下行阻力，等于井液通过游动阀产生的压头损失乘以柱塞和阀座孔间的环形面积，可由下式计算：

P_Ld＝0.00981×[ρ_w*f_w+ρ_o*(1-f_w)]×h×A_p

μ_k＝0.000069Re³-0.002767Re²+0.04005Re+0.002793

式中：A_p—抽油泵柱塞的截面积，m²；A_o—抽油泵游动阀的截面积，m²；h—液体通过游动阀的压头损失，m；μ_k—流量系数；Re—雷诺数，×10³；d_o—游动凡尔孔径，mm；μ—井内液体粘度，mPa·s。

(8)计算混合杆柱悬点载荷、扭矩，确保悬点载荷、扭矩在抽油机设备额定范围内。抽油杆柱悬点最大载荷：

其中，

W_l′＝A_pL_pρ_lg

式中：W_r—抽油杆柱在空气中的重力，kN；W_l′—作用在抽油泵柱塞上的液体载荷(整个柱塞面积)，kN；q_i—第i级抽油杆每米在空气中的重力，kN/m；P_max—悬点最大载荷，kN。抽油杆柱悬点最小载荷计算公式如下：

其中，

式中：W‘_r—抽油杆在液体中的重力，kN；r—与冲程相对应的旋转半径，m；l—抽油机连杆长度，m；q‘_i—第i级抽油杆每米在液体中的重力，kN/m；P_min—最小悬点载荷，kN。

(9)计算碳纤维抽油杆、加重杆杆柱应力，确保抽油杆柱应力范围比合理，一般不超过90％。若某级抽油杆应力范围比超出杆柱应力合理范围，则重新执行上述(4)、(5)、(6)、(7)、(8)步骤，直至抽油杆柱应力范围比在合理范围内。

抽油杆柱最大应力：

抽油杆柱最小应力：

抽油杆柱最大许用应力：

抽油杆柱应力范围比：

约束条件为：

σ_maxi≤σ_alli

PL_i≤90％

式中：σ_maxi—第i级抽油杆柱顶部的最大循环应力，MPa；σ_mini—第i级抽油杆柱顶部的最小循环应力，MPa；P_maxi—第i级抽油杆柱顶部承受的拉载荷，N；f_ri—第i级抽油杆截面积，mm²；σ_bi—第i级抽油杆材料抗拉强度极限，MPa；σ_alli—第i级抽油杆许用的最大循环应力，MPa；PL_i—第i级抽油杆应力范围比，％；SF—抽油杆使用条件系数，抽油杆使用条件系数取决于油井产出液性质，对于钢质杆，若油井产出液无明显腐蚀性，可取SF＝0.9；若油井产出液具有明显的腐蚀性，可取SF＝0.7；对于碳纤维杆，可取SF＝0.9。

油井举升管柱的参数设计方法中，由于碳杆弹性模量和钢杆相比差异大，混合杆柱和纯钢杆井下运动规律存在本质不同，为提高系统效率、保证杆柱安全，混合杆柱设计遵循碳杆不受压的原则，提供的方法中，一方面通过建立碳杆不受压模型，计算混合杆柱中和点，确保杆柱中和点位于钢杆上，保证了碳杆始终处于受拉状态，避免碳杆受压劈裂；另一方面通过建立混合杆柱应力比模型，确保混合杆柱受力正常，避免发生疲劳破坏，以此优化碳杆和钢杆长度，确定合理的碳钢比。在此基础上，通过优化目标函数最优解，包括油井供排、泵效、杆柱受力安全等，确保油井参数设计合理，达到系统高效、杆柱受力安全的目的。

本发明的油井举升管柱参数优化设计方法，设计流程如图4所示，一是考虑碳纤维复合材料连续抽油杆的弹性模量大、冲程损失大的影响，进而造成泵效及系统效率低的问题，结合油井供排关系的预测，在给定产量和约束条件值范围内，通过迭代计算，以泵效最佳为目标进行举升参数设计；二是考虑碳杆不耐压的问题，通过碳-钢混合杆柱比例优化、杆柱中和点位置计算，确保杆柱中和点位于钢杆上，保证碳杆始终处于受拉状态，实现举升系统安全可靠的目的；三是通过对混合杆柱悬点载荷、扭矩计算、杆柱应力计算等，确保混合杆柱受力正常，避免发生疲劳破坏。通过对混合杆柱参数优化设计，最终实现举升系统安全可靠、高效运行的目的。

Claims (10)

1.一种油井举升管柱，其特征在于，包括油管柱和抽油杆柱；所述油管柱包括连接在泵下加重防腐抽油泵筒上端的液压锚定器，和连接在液压锚定器上端的内衬油管，还包括连接在泵下加重防腐抽油泵筒下端的尾管、筛管和丝堵；所述抽油杆柱包括设置在所述泵下加重防腐抽油泵筒内的抽油泵柱塞，和连接在抽油泵柱塞上端的抽油杆安全接头和连接在抽油杆安全接头上端的连续抽油杆，还包括在抽油泵柱塞下端连接设置的加重杆。

2.根据权利要求1所述的油井举升管柱，其特征在于，所述抽油泵柱塞包括内部设置的球阀进、出液机构和球阀进、出液机构外部设置的定位密封机构；所述球阀进、出液机构包括进、出液部和辅助密封结构；所述进、出液部采用两级柱塞结构，上部柱塞结构包括依次连接设置的上部柱塞、上下游动阀罩、阀球阀座、导流接头；下部柱塞结构包括依次连接设置的用于连接阀座的柱塞上接头、下部柱塞、柱塞下进液接头；所述下部柱塞的外部设置有所述定位密封机构。

3.根据权利要求2所述的油井举升管柱，其特征在于，所述定位密封机构包括设置在所述下部柱塞外部的定位锁抓和设置在定位锁爪外的锁抓套，定位锁爪下端连接有密封芯管，密封芯管下端连接有密封芯管下接头，密封芯管和密封芯管下接头外套设有密封套，密封芯管和密封套之间设置有套环和密封圈。

4.根据权利要求2所述的油井举升管柱，其特征在于，所述柱塞下进液接头设置侧向进液孔道，其下端螺纹连接加重杆，实现下部柱塞结构的下部加重。

5.根据权利要求1所述的油井举升管柱，其特征在于，所述抽油杆安全接头以及抽油杆均采用碳纤维复合材料制成。

6.一种油井举升管柱的设计方法，其特征在于，计算油井的采液指数，根据所述采液指数计算动液面，在所述动液面的基础上考虑一定沉没度获得下泵深度；将下泵深度设置为连续抽油杆的下入深度；再根据所述下入深度及油井射孔井段的关系，确定加重杆杆径和最大下入长度，以确定加重杆杆径、长度；同时，根据抽油杆和加重杆的杆径和长度，计算抽油杆和加重杆的混合杆柱的杆柱中和点，通过重新调整下泵深度，使杆柱中和点位置位于加重杆上，完成管柱设计。

7.根据权利要求6所述的油井举升管柱的设计方法，其特征在于，还计算混合杆柱的悬点载荷、扭矩，以保证悬点载荷、扭矩在抽油机设备额定范围内；同时计算抽油杆、加重杆杆柱应力，确定杆柱应力范围比是否合理；若不合理，则重新调整下泵深度，直到杆柱应力范围比合理。

8.根据权利要求6所述的油井长效防腐举升管柱的设计方法，其特征在于，所述采液指数J_l通过如下公式计算：

其中，_l表示措施前日产液量；P_R表示地层静压；P_wf表示井底流动压力。

9.根据权利要求8所述的油井举升管柱的设计方法，其特征在于，所述动液面H_f通过如下公式计算：

其中，_R表示油层中部深度，P_R表示地层静压，Q_l表示措施前日产液量，J_l表示采液指数，P_c表示套压，ρ_w表示地层水密度；ρ_o表示原油密度；f_w表示含水率。

10.根据权利要求6所述的油井举升管柱的设计方法，其特征在于，所述杆柱中和点L_x的计算公式为：

其中，L碳表示连续抽油杆的长度，L加表示加重杆的长度，P_M表示抽油泵柱塞与衬套之间半摩擦力；P_Ld表示井液通过游动阀时的阻力P_f表示抽油杆柱在井液中的浮力；q_r表示单位长度抽油杆自重力；q_ra_r/g表示惯性力平均值；q_tr表示井液与单位长度抽油杆之间的摩擦力。