基于实际井眼轨迹的抽油杆柱设计与三维力学分析

摘要

由于定向井的广泛使用，实际井眼轨迹对抽油杆柱受力、变形的影响越来越显著。目前对抽油杆柱的设计，大都是基于直井或二维平面井眼轨迹进行，导致抽油杆柱结构设计存在不合理性。本论文在对三维弯曲井眼中抽油杆柱动力学模型作进一步完善的基础上，对抽油杆柱设计、偏磨严重点位置预测方法进行了较深入的研究，并取得了较好的结果。 首先，根据现有的抽油杆柱动力学方程，从实际井眼轨迹入手，结合较准确的边界条件，完善了抽油杆柱三维力学分析方法。 其次，提出了杆柱的等效阻力系数拟合方法，并以专门的测试设备测得的井下示功图数据作为边界条件，对5口井进行了等效阻力系数拟合工作。 再次，通过上述模型计算得到抽油杆柱轴向应力，提出基于实际井眼轨迹的多级抽油杆柱组合API设计方法，使杆柱组合与实际井眼更加匹配，并在此基础上根据抽油杆柱的失稳、最大挠度及支反力特征进行了抽油杆柱扶正器安放位置设计。以抽油杆柱与油管之间的支反力大小及杆、管相对位置来分析预测抽油杆柱的偏磨状况。 最后，应用上述理论研究成果，采用面向对象编程技术，开发了三维井眼条件下抽油杆柱设计、力学分析及偏磨严重点位置预测系统软件。应用该软件，开展了4口井的示功图预测、9口井的偏磨严重点位置预测工作，预测结果与实测数据对比表明，该软件具有较好的预测效果。此外，应用该软件对5口井进行了杆柱优化设计，对31口生产井的受力变形进行了计算分析。 根据本论文的研究工作，人们可以进一步了解三维井眼轨迹对抽油杆柱受力、变形的影响，并以此为基础，开展抽油杆柱偏磨严重点位置预测工作，合理设计抽油杆柱组合结构及扶正器位置，提高抽油杆柱的工作效率，减少检泵次数。此外，三维井眼条件下抽油杆柱设计、力学分析及偏磨严重点位置预测系统软件可以为现场技术人员提供较大帮助。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章基于实际井眼轨迹的抽油杆柱力学模型的建立与求解

第三章边界条件确定方法及等效阻力系数拟合

第四章基于实际井眼轨迹的抽油杆柱设计方法

第五章软件研制

第六章抽油杆柱三维力学分析软件的现场应用

第七章结论与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢