【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油田开采领域，特别是涉及一种油井举升管柱及其设计方法。
技术介绍
1、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。
技术实现思路
1、本专利技术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。
2、为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
3、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。
4、本专利技术的有益效果：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。
5、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
6、本专利技术的有益效果：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。
7、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。
8、本专利技术的有益效果为：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。
9、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。
10、本专利技术的有益效果为：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。
11、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。
12、本专利技术的有益效果为：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。
13、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。
14、本专利技术的有益效果为：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。
15、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。
16、本专利技术的有益效果为：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。
17、进一步地，所述采液指数jl通过如下公式计算：
18、
19、其中，l表示措施前日产液量；pr表示地层静压；pwf表示井底流动压力。
20、本专利技术的有益效果为：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。
21、进一步地，所述动液面hf通过如下公式计算：
22、
23、其中，r表示油层中部深度，pr表示地层静压，ql表示措施前日产液量，jl表示采液指数，pc表示套压，ρw表示地层水密度；ρo表示原油密度；fw表示含水率。
24、本专利技术的有益效果为：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。
25、进一步地，所述杆柱中和点lx的计算公式为：
26、
27、其中，l碳表示连续抽油杆的长度，l加表示加重杆的长度，pm表示抽油泵柱塞与衬套之间半摩擦力；pld表示井液通过游动阀时的阻力pf表示抽油杆柱在井液中的浮力；qr表示单位长度抽油杆自重力；qrar/g表示惯性力平均值；qtr表示井液与单位长度抽油杆之间的摩擦力。
28、本专利技术的有益效果为：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。
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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
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Jl通过如下公式计算：
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Hf通过如下公式计算：
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Lx的计算公式为：
...【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：马利娟，马海，郜领娣，常国栋，栾中伟，柴细琼，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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