专利名称：一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法
技术领域：
本发明涉及油田采油技术领域，特别是提供一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法。
背景技术：
抽油杆柱是有杆泵采油系统的核心装备之一，具有超细长比结构，由于定向井井眼轨迹的复杂性，抽油杆柱在井下往复运动过程中，受井眼轨迹约束，并且在不对称循环载荷的作用下易与油管发生偏磨，从而造成抽油杆柱的断脱或失效。抽油杆柱的偏磨断脱事故会严重影响原油生产，增加开采费用，提高原油成本。目前油田大都采用加扶正器、防偏磨接箍和固定等间距注塑杆的方式来防止偏磨。这些方法虽然取得了一定效果，但仍然无法彻底解决偏磨问题。究其原因，由于目前的抽油杆柱扶正器位置设计大都采用等间距分布的方式，这样由于扶正器的使用数量和位置固定，一方面可能无法保证抽油杆柱与油管局部接触状态得以改善，另一方面在非接触位置安装扶正器会造成资源的浪费，更会增加抽油系统运行的阻力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抽油杆柱扶正器位置设计方法，其特征是根据抽油杆柱的空间构形来确定扶正器的位置，也即根据可能的抽油杆一油管接触点来确定扶正器位置。这种方法可以最大限度地防止抽油杆柱偏磨可能性，又达到节省居中器或扶正器个数，减少摩阻和重量的目的。其对减少杆体与油管摩擦、减少注塑扶正器的用量、延长抽油杆柱和油管使用周期、降低作业成本具有十分重要的意义。为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其根据抽油杆柱地面示功图和井眼轨迹的三维特征，在确定抽油杆柱三维空间构形的基础上确定扶正器安装位置，使抽油杆柱本体或接箍不与油管接触而发生偏磨。这种方法的核心可以归纳为以下三点
1)采用有限元节点迭代方法计算抽油杆柱在井眼中的三维空间构形，并以接触点位置作为扶正器位置；
2)基于实际的定向井三维井眼轨迹和实测抽油杆柱地面示功图(载荷-位移曲线)；
3)上述抽油杆柱由目前油田使用的标准抽油杆组成，上述扶正器为任何一种油田目前使用的扶正器。本发明与现有技术相比较，具有以下突出的优点
本发明根据实际可能的接触点位置来确定扶正器安装位置，其可以消除所有的可能发生的抽油杆柱本体或接箍偏磨。本方法不仅适合于受压杆柱，而且适合于受拉杆柱。其对减少杆体与油管摩擦、减少注塑扶正器的用量、延长抽油杆柱和油管使用周期、降低作业成本具有十分重要的意义。
图1是井眼轨迹三维图2是地面示功图(载荷-位移曲线)； 图3是无扶正器抽油杆柱在油管中的接触位置投影图4是4时刻无扶正器抽油杆柱在井眼中的三维变形图5是^时刻无扶正器抽油杆柱在井眼中的三维变形图6按本方法设计位置安装扶正器的抽油杆柱变形投影图7按本方法设计位置安装扶正器的抽油杆柱在^时刻的三维变形图8按本方法设计位置安装扶正器的抽油杆柱在^时刻的三维变形图。上面涉及的^时刻为抽油杆柱受顶端最大拉力作用时刻，h时刻为抽油杆柱受顶端最小拉力时刻。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其根据抽油杆柱地面示功图(载荷-位移曲线)和井眼轨迹的三维特征，在确定抽油杆柱三维空间构形的基础上确定扶正器安装位置，使抽油杆柱本体或接箍不与油管接触而产生偏磨。所述抽油杆柱由目前油田使用的标准抽油杆组成，所述扶正器为任何一种油田目前使用的扶正器。本发明的原理如下
利用基于实际井眼轨迹的抽油杆柱动力学模型进行抽油杆柱动态载荷特征分析，计算抽油杆柱各个位置的轴力，利用有限元节点迭代方法进行抽油杆柱三维空间构形计算，找出可能的接触位置，并将其作为扶正器的安装位置。本发明所采用的抽油杆柱力学模型如下 抽油杆柱的有限元动力学方程为
权利要求
1.一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其特征在于，根据抽油杆柱地面示功图和井眼轨迹的三维特征，在确定抽油杆柱在井眼中的三维空间构形的基础上确定扶正器安装位置，使抽油杆柱本体或接箍不与油管接触而发生偏磨。
2.根据权利要求1所述的一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其特征在于，所述抽油杆柱在井眼中的三维空间构形由一种有限元节点迭代方法计算，并以接触点位置作为扶正器位置。
3.根据权利要求1所述的一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其特征在于，所述井眼轨迹的三维特征基于实际的定向井三维井眼轨迹。
4.根据权利要求1所述的一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其特征在于，所述抽油杆柱地面示功图基于实测的抽油杆柱地面示功图。
5.根据权利要求1所述的一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其特征在于，所述抽油杆柱由目前油田使用的标准抽油杆组成，所述扶正器为任何一种油田目前使用的扶正器。
全文摘要
本发明涉及一种定向井抽油杆柱扶正器位置设计方法，其根据抽油杆柱地面示功图和井眼轨迹的三维特征，在确定抽油杆柱三维空间构形的基础上确定扶正器安装位置，使抽油杆柱本体或接箍不与油管接触而发生偏磨。采用有限元节点迭代方法计算抽油杆柱在井眼中的三维空间构形，并以接触点位置作为扶正器位置；基于实际的定向井三维井眼轨迹和实测抽油杆柱地面示功图；本发明根据实际可能的接触点位置来确定扶正器安装位置，可以消除所有的可能发生的抽油杆柱本体或接箍偏磨。本方法不仅适合于受压杆柱，而且适合于受拉杆柱。其对减少杆体与油管摩擦、减少注塑扶正器的用量、延长抽油杆柱和油管使用周期、降低作业成本具有十分重要的意义。
文档编号E21B17/10GK102235155SQ201110196790
公开日2011年11月9日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者狄勤丰, 王文昌, 王明杰, 胡以宝 申请人:上海大学