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塔里木油田的油藏普遍具有埋藏深、压力和温度高的特点,使东部油田一些成熟的采油工艺技术在塔里木油田的应用中受到了严峻的挑战,此类油井在国内目前尚没有成熟的工艺配套技术。目前,有杆泵采油方式在塔里木油田占主导地位,约占人工举升井数的2/3。随着塔里木油田的不断开发,建立适用于塔里木油田的机械采油举升方式选择模型以及建立有杆泵深抽优化设计模型是目前塔里木油田急需解决的问题及难点。 本文基于塔里木油田的现状。结合塔里木有杆泵采油方式的工艺特点,设计了一种适合塔里木油田的举升方式优选模型。然后在调研了塔里木油田有杆泵井的工况条件的基础上,建立了一种适用于深抽井的有杆泵设计方法,提出了一种新的混合杆柱的设计方法,建立了适用于深抽井的杆柱的力学模型,最后用软件实现并在现场实际应用中检验模型的精确度和适用性。 首先,本文通过对塔里木油田已投入开发19个油气田有杆泵使用情况进行调研,总结塔里木油田的地质特点和工况条件,总结出塔里木油田有杆泵井的四个主要技术设计特点:下泵深,混合杆柱设计,广泛使用深井泵以及整个油田现用泵的泵径大部分为38mm、44mm两种,且所用的抽油机种类较多;抽油机主要有两种,一种是以14型抽油机为主,还有异型抽油机、调径变距抽油机等的游梁式抽油机,另一种是以20型、22型为主的直线型抽油机等。 其次,在考虑塔里木油田地处边疆和沙漠、地面条件恶劣、管理维护成本较高而且储层埋藏深、地层压力偏高且变化范围大、地层温度高、下泵深度深、单井产液量高、部分井原油粘度大以及受气体影响等特点的基础上,本文通过得分法建立优选模型,优选出适合塔里木油田的举升方式。 然后,在大量调研的基础上根据现场实际资料结合现场情况,本文选择适用于塔里木现场的产能计算方法、多相管流计算方法、泵效分析计算方法、杆柱设计以及抽油机校核等,以系统分析的方法将各种模型有机结合在一起,形成适用于塔里木油田深井井况的有杆泵设计方法。 随后,本文按照玻璃钢杆不能受压、有额定温度限制、弹性模量小以及有最大拉力限制但没有疲劳极限的限制特点设计玻璃钢杆-钢杆混合杆柱组合,并根据在超深井(超过4000m)中杆柱载荷过大,抽油机负载过大的实际情况以及玻璃钢杆的重量轻、抗疲劳性能好的特点提出了一种玻璃钢杆下深最大化的最轻杆设计方法。 除此之外,本文还建立了一种综合考虑杆柱重量、摩擦载荷、振动载荷的惯性载荷杆柱力学模型,该模型中考虑了加重杆以及扶正器对载荷的影响,在计算惯性载荷时考虑了游梁式抽油机以及直线式抽油机不同悬点运行规律对杆柱载荷的影响,并在计算振动载荷时使用一维波动方程的近似解析解。 最后,本文将上述有杆泵深抽井设计模型使用软件实现,并使用现场实际数据进行模型检验,经检验发现本模型的精度较高,可在塔里木油田深井有杆泵举升的实际生产中使用。