一种稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距确定方法

摘要

一种稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距确定方法，属于在稠油冷采的油井，利用同轴双空心抽油杆配合螺杆泵的采油技术领域。建立防冲距调整长度的数学模型并求解，确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距最适合的长度，提高螺杆泵的泵效；本发明有益的效果：建立防冲距调整长度的数学模型并求解，确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距最适合的长度，提高螺杆泵的泵效。

说明书

技术领域

本发明涉及一种稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距确定方法，属于在稠油冷采的油井，利用同轴双空心抽油杆配合螺杆泵的采油技术领域。 

背景技术

螺杆泵开采稠油在国内外有过许多的报道。如：史宝光等人发表在《油气采收率技术》1998年第3期上的螺杆泵及配套工艺在稠油开采中的应用一文介绍孤岛油田局部稠油井曾采用挤稠油降粘剂、泵下掺水等工艺，效果不明显。1993年对这部分油井采取地层化学处理、地面掺热水降粘与螺杆泵配套使用的采油工艺等措施，使原来大多数生产不正常的油井恢复正常生产，平均单井日产油量由原来的0.77ｔ增加到6.23ｔ，检泵周期由原来62天延长到355天。 

在确定螺杆泵防冲距时，现场技术人员及操作员工根据不同螺杆泵生产厂家，提供的不同泵型不同下入深度进行调整，满足了生产需要。但是螺杆泵配套同轴双空心抽油杆进行稠油冷采时，由于同轴双空心杆直径增大，同时加热使同轴双空心杆受热伸长量增加，致使防冲距调整凭经验。防冲距过小，转子磨定位销造成负荷大甚至杆断；防冲距过大，造成泵效低甚至不出液。因此，螺杆泵配套同轴双空心抽油杆进行稠油冷采防冲距如何确定成为人们亟待解决的问题。 

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种稠油冷采用同轴双空心 抽油杆的螺杆泵防冲距确定方法。 

提供一种确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距的方法。建立防冲距调整长度的数学模型并求解，确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距最适合的长度，提高螺杆泵的泵效。 

本发明确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距的方法采取的技术方案： 

步骤1、采集下入同轴式双空心抽油杆的油井参数和同轴式双空心抽油杆的技术参数： 

a、每千米同轴式双空心抽油杆内循环水的质量M，采用：600kg/千米；同轴式双空心抽油杆有中心通道和外环通道，内循环水的质量M是两个通道内循环水质量M之和； 

b、同轴式双空心抽油杆每米质量，单位：kg/m； 

c、同轴式双空心抽油杆每千米的伸长量，m/千米； 

d、油井井口回压P₁，单位：MPa；油井井口回压P₁的确定方法：油井最高允许回压按下列规定确定：机械采油井宜为1.0-1.5MPa；低产油田的机械采油井采用管道集输时，井口回压可为1.0-2.5MPa； 

e、油管横截面面积Ac，单位：mm²；是指内径为76mm(外径89mm)的加厚油管内横截面面积；油管横截面面积Ac取4534.16mm²； 

f、同轴式双空心抽油杆横截面面积S，单位：mm²；取1384.74mm²； 

g、在同轴式双空心抽油杆内循环的循环水的压力P₂，单位：MPa； 

i、所述的同轴式双空心抽油杆循环水进口温度t，单位：℃； 

j、同轴式双空心抽油杆循环水进口温度C，单位：℃； 

K、防冲距的长度H，单位：m； 

步骤2、将采集的参数带入油井的数学模型；防冲距的长度H的关系 函数； 

$\mathrm{\Delta t}(H,\mathrm{\Delta t})=\frac{6.78\mathrm{EIM}}{[A_c\mathrm{\pi H\Delta }{t]}^{1/2}}\exp \{\frac{1+F{r}^2{k}_1}{16\mathrm{H\Delta t}}-k_2\mathrm{\Delta t}\}\left(\frac{\partial r}{\partial H}\right)+\frac{k_2}{k_1\Sigma k_1}·\frac{p_1+\Sigma p_i{p}_2}{\Sigma p_i}[1+\exp \left(\frac{-r^2\mathrm{H\Delta t}}{\mathrm{ET}}\right)]\left(\frac{\partial r}{\partial H}\right)$

其中: 

△t为同轴双空心杆进出口温度差，单位：℃； 

M为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的水量，单位：kg/千米； 

K₁为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的流动速率； 

ΣK_i为一级动力学转化速率，取0.55～0.60； 

P₁为油井井口回压，单位：MPa； 

P₂为在同轴式双空心抽油杆内循环的循环水的压力，单位：MPa； 

K₂为亨利常数；这里指O₂的亨利常数4.40×10⁶； 

Σp_i为分配系数；指一定温度下,处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比； 

Ac为油管横截面面积，单位：mm²； 

S为同轴式双空心抽油杆横截面面积，单位：mm²； 

F为同轴式双空心抽油杆每千米的伸长量，m/千米；取0.923m/千米。 

E为双空心抽油杆的弹性模量，单位：Pa； 

I为双空心抽油杆的极惯性矩，单位：m⁴； 

所述的防冲距H，具体计算方法是通过有限差分法和打靶法结合起来的迭代法求解；迭代是数值分析中通过从一个初始估计出发寻找一系列近似解来解决问题（一般是解方程或者方程组）的过程，为实现这一过程所使用的方法统称为迭代法； 

有限差分法微分方程和积分微分方程数值解的方法；基本思想是把连 续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替，这些离散点称作网格的节点；把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。打靶法是将解归约为一个初值问题的求解边界值问题的方法。 

有限差分法、打靶法、迭代数值法是数值计算处理方法，是技术人员所熟知的方法，在此不详述。 

本发明有益的效果：建立防冲距调整长度的数学模型并求解，确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距最适合的长度，提高螺杆泵的泵效。 

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。 

实施例1： 

一种稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距确定方法， 

提供一种确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距的方法。建立防冲距调整长度的数学模型并求解，确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距最适合的长度，提高螺杆泵的泵效。 

本发明确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距的方法采取的技术方案： 

步骤1、采集下入同轴式双空心抽油杆的油井参数和同轴式双空心抽油杆的技术参数： 

a、每千米同轴式双空心抽油杆内循环水的质量M，采用：600kg/千米；同轴式双空心抽油杆有中心通道和外环通道，内循环水的质量M是两个通道内循环水质量M之和。 

b、同轴式双空心抽油杆每米质量，单位：kg/m。 

c、同轴式双空心抽油杆每千米的伸长量，m/千米。 

d、油井井口回压P₁，单位：MPa；油井井口回压P₁的确定方法：依据中国石油天然气集团公司主编，中国计划出版社出版，2005年8月第一版，中华人民共和国国家标准油气集输设计规范，GB50350-2005，第10页，4.1.3设计时，油井最高允许回压按下列规定确定：机械采油井宜为1.0-1.5MPa。低产油田的机械采油井采用管道集输时，井口回压可为1.0-2.5MPa。 

e、油管横截面面积Ac，单位：mm²；是指内径为76mm(外径89mm)的加厚油管内横截面面积；油管横截面面积Ac取4534.16mm²； 

f、同轴式双空心抽油杆横截面面积S，单位：mm²；取1384.74mm²； 

g、在同轴式双空心抽油杆内循环的循环水的压力P₂，单位：MPa。 

i、所述的同轴式双空心抽油杆循环水进口温度t，单位：℃。 

j、同轴式双空心抽油杆循环水进口温度C，单位：℃。 

K、防冲距的长度H，单位：m。 

步骤2、将采集的参数带入油井的数学模型。防冲距的长度H的关系函数。 

$\mathrm{\Delta t}(H,\mathrm{\Delta t})=\frac{6.78\mathrm{EIM}}{[A_c\mathrm{\pi H\Delta }{t]}^{1/2}}\exp \{\frac{1+F{r}^2{k}_1}{16\mathrm{H\Delta t}}-k_2\mathrm{\Delta t}\}\left(\frac{\partial r}{\partial H}\right)+\frac{k_2}{k_1\Sigma k_1}·\frac{p_1+\Sigma p_i{p}_2}{\Sigma p_i}[1+\exp \left(\frac{-r^2\mathrm{H\Delta t}}{\mathrm{ET}}\right)]\left(\frac{\partial r}{\partial H}\right)$

其中: 

△t为同轴双空心杆进出口温度差，单位：℃； 

M为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的水量，单位：kg/千米； 

K₁为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的流动速率； 

ΣK_i为一级动力学转化速率，取0.55～0.60； 

P₁为油井井口回压，单位：MPa； 

P₂为在同轴式双空心抽油杆内循环的循环水的压力，单位：MPa。 

K₂为亨利常数；1803年英国化学家w.亨利研究气体在液体中的溶解度时，总结出一条经验规律，“在一定的温度和压强下，一种气体在液体里的溶解度与该气体的平衡压强成正比”，这里指O₂的亨利常数4.40×10⁶； 

Σp_i为分配系数；指一定温度下,处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比； 

Ac为油管横截面面积，单位：mm²； 

S为同轴式双空心抽油杆横截面面积，单位：mm²； 

F为同轴式双空心抽油杆每千米的伸长量，m/千米。取0.923m/千米。 

E为双空心抽油杆的弹性模量，单位：Pa。 

I为双空心抽油杆的极惯性矩，单位：m⁴。 

所述的防冲距H，具体计算方法是通过有限差分法和打靶法结合起来的迭代法求解。迭代是数值分析中通过从一个初始估计出发寻找一系列近似解来解决问题（一般是解方程或者方程组）的过程，为实现这一过程所使用的方法统称为迭代法。 

有限差分法微分方程和积分微分方程数值解的方法。基本思想是把连 续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替，这些离散点称作网格的节点；把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。打靶法是将解归约为一个初值问题的求解边界值问题的方法。 

有限差分法、打靶法、迭代数值法是数值计算处理方法，是技术人员所熟知的方法，在此不详述。 

本发明有益的效果：建立防冲距调整长度的数学模型并求解，确定稠油冷采用同轴双空心抽油杆的螺杆泵防冲距最适合的长度，提高螺杆泵的泵效。 

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。