定向井杆、管防偏磨内衬油管下入井段的确定

1、PAGE PAGE 6定向油井防偏磨内衬油管下入井段的确定*基金项目：中国石油华北油田科技重大专项“华北油田采油采气工艺技术研究”，项目编号：2013-HB-Z0807；中国发明专利： HYPERLINK javascript:_doPostBack(grdQueryResult$_ctl11$_ctl1,) 一种油井防偏用内衬油管下入井段的确定方法，专利号，201310219809.9。作者简介：付亚荣，1965年生。1987年毕业于重庆石油学校油田应用化学专业，现从事油气田开发技术研究与应用工作，高级工程师。电话E-mail:cy5_fyr。付亚荣（中国石油华北油

2、田第五采油厂，河北辛集）摘要：为克服定向井杆、管防偏磨内衬油管下入井段依据井斜数据靠经验确定下入井段的弊端。依据内衬油管下入井段在宏观上具有随机性和时变性的特点，建立内衬油管下入井段一般形式的数学模型，首先确定井下抽油杆、油管之间摩阻，然后确定抽油杆柱微元体的受力，最后确定内衬油管下入井段：按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。现场100多口定向油井应用后，油井检泵周期平均延长512天以上，并正在延续。为国内其他油田应用提供了技术借鉴。关键词：定向井 偏磨 内衬油管 下入井段中图分类号：TE254 文献标识码：A定向井能有效地解决地下井位与地面建筑物、地形地

3、貌之间的矛盾。具有不受地面障碍限制，减少施工征地、穿透油层多、方便日常管理等优点，在世界各地油气田开发中得到迅速发展1。目前，国内“S”型定向井采油中仍将有杆泵作为主要的人工举升设备，但它比直井有杆泵抽油复杂2。定向井井眼轨迹为三维空间曲线，抽油杆柱受弯曲应力作用，扶正器使抽油杆由静定问题变成了变刚度的静不定问题，给杆柱的设计带来了更大的困难。国内外的学者对定向井有杆泵举升杆柱载荷计算、杆柱振动与动态仿真、参数优化与扶正器合理配置等问题进行了大量研究3-5。通常采取全井抽油杆扶正的防偏磨措施，但大斜度井段的杆管偏磨依然严重。20世纪90年代初期发展起来的HDPE内衬油管在国内许多油田防治油井偏

4、磨获得了较好的效果6-8，有关文献报道6在油井内采用具有低的摩擦因数和记忆效应的内衬油管，与油管、抽油杆磨损和腐蚀相关的无故障运行时间大约平均增加400%；为减少因油管内径缩小，活塞效应增大而造成偏磨井段上移，现场经验内衬油管应用井段大于偏磨段100m，但发现部分有井偏磨段下移，怎样确定内衬油管下入井段至今未见相关报道。笔者依据内衬油管下入井段在宏观上具有随机性和时变性的特点，建立内衬油管下入井段一般形式的数学模型，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9。现场100余井次的应用，成功率100%。1 井下抽油杆、油管之间摩阻的确定考虑结构复杂定向井井眼轨迹、杆管

5、间摩擦力、抽油悬点运动规律等计算井下抽油杆、油管之间摩阻10。抽油杆柱在真是下往复运动时，杆管之间存在刚性摩擦，可能与于油管之间存在多个接触点，是一个随着载荷变化的非线性接触。（1）抽油杆段在井筒狗腿平面的侧压力Ndp；（2）抽油杆柱段在与狗腿平面相垂直方向的侧压力Np；（3）三维井筒中，抽油杆柱段的总侧压力N由Ndp和Np垂直迭加；（4）井下抽油杆、油管之间的摩阻F，F=fN；其中：； 式中：-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；-井筒主法线方向与重力矢量之间的夹角；-井眼全角；-分别为抽油杆柱段上端井斜角和方位角；-分别为抽油杆柱段下端井斜角和方位角

6、；f-摩擦系数。2 确定抽油杆柱微元体的受力具有超细长比的抽油杆对有限元整体刚度矩阵的形成十分不利，严重制约着计算速度，甚至有可能造成病态矩阵无法计算11。计算斜井抽油杆柱轴向载荷采用分段迭加法12；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：（1）抽油杆与油管之间的摩擦力F1；（2）抽油杆与液体间的摩擦力F2；（3）油管与液体间的摩擦力F3；（4）微元体抽油杆柱惯性力F4；（5）微元体重力F5，；（6）抽油杆柱i+1节点处的轴向力Pi+1；式中：m-油管内直径与抽油杆直径之比；-液体黏度，mPa.s；V-抽油杆运行时的速度，m/min；-抽油杆柱加速度；-任意两微元节点

7、处的井斜角；3 确定内衬油管下入井段确定（1）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；（2）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；（3）当i+1节点是抽油杆变径处时，在轴向力上迭加以浮力F6；式中：-液体的密度；-i节点处的截面积m2；- i+1节点处的截面积m2；Hi-i节点处距离井口的长度m；（4）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。4 现场应用2009年至今在10

8、6口严重偏磨的定向油井应用，油井检泵周期平均延长512天以上并正在延续。造斜点最高625m，最大井斜50.33,平均造斜点高度1207m、平均最大井斜深度1601m、平均最大井斜22.9。典型井例：X-210井，造斜点最高515m，最大井斜47.35，斜井井段550m。2010-04-30、2010-11-07两次因油管偏磨漏失检泵，检泵周期187天，2010-11-07检泵下内衬油管740m5 结束语（1）具有低的摩擦因数和记忆效应的内衬油管对定向防止偏磨中具有显著的效果；（2）依据内衬油管下入井段在宏观上具有随机性和时变性的特点，建立内衬油管下入井段一般形式的数学模型，克服依据井斜数据靠经

9、验确定下入井段的弊端。（3）内衬油管下入井段需要根据不同井况的油井在检泵作业时，进行修正。参考文献：1 张峰，郭均鹏. 丛式定向井采油工艺在宋芳屯油田的应用J .西部探矿工程,2006（4）:84-86.2 胡永全，段玉廷，袁祥忠. 定向井抽油杆组合设计探讨J .石油机械,1994，22（10）:33-35.3 黎晓茸，姚斌. 定向井抽油机悬点载荷计算问题探讨J .钻采工艺,2003，26（2）:21-23.4 饶建华，刘宏昭，李冬平，等.定向井有杆抽油系统动态数值仿真与预测J. 石油机械,2004，32（8）:4-6.5 董世明，王胜杰，卢东风，等.定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型J. 石油学报,2008，29（1）:120-122.6 王海文，赵雷，杨峰，等.HDPE内衬油管防治抽油机井杆管偏磨研究J. 石油矿场机械,2008，37（2）:75-77.7 王 军.内衬耐磨防腐油管耐磨试验与应用效果分析 J. 中国科技信息,2006，（15）:97-98.8 王志刚，李辉.抽油机井防偏磨综合配套技术研究与应用 J. 石油地质与工程,2011，25（S1）:107-109.9 付亚荣，马永忠，吕德福，等.螺杆泵工作寿命的加性噪声预测 J. 钻采工艺,1999，22（2）:80.10 杨海滨，狄勤丰，王文昌，等.抽油杆柱与油管偏磨机理及偏