大位移井电泵举升管柱力学行为研究

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大位移井具有水平位移大、钻穿油层的井段长等优点,广泛应用于滩海、近海和深海油田的开发。相对于传统的有杆泵,电潜泵具有效率高、排量大、自动化程度高度等优点,因而广泛应用于大位移井采油中。然而,在将电潜泵机组下入到大位移井过程中,由于大位移井井眼曲率的影响,在通过狗腿度较大的井段时,可能导致电泵电缆的挤压和磨损,以及电泵机组的损坏,引起井下事故;还有可能因为扶正器的加装而使管柱的刚度增加,从而导致机组下入不到位或者上提、下入困难,以及增加生产成本。因此,迫切需要对大位移井电泵举升管柱进行力学行为研究来解决这些问题。鉴于此,本文针对大位移井电泵举升管柱在下入、上提过程中出现的问题,结合冀东油田现场生产实际工况,开展了以下几个方面的工作:(1)为弄清大位移井井眼轨迹的特点,并为大位移井电泵举升管柱的力学分析提供基础的井眼数据,对大位移井测井数据进行了插值处理,将不连续的测井数据转化成了连续的井眼轨迹曲线。(2)针对电泵管柱下入困难以及管柱下入和上提过程中电泵电缆的挤压磨损问题。在充分考虑了井眼轨迹、油管内外液体密度、扶正器和套管内壁摩擦力、管柱自重等因素对管柱受力和变形影响的基础上,运用微元法建立了电泵举升管柱一维、二维、三维力学模型,分析了大位移井中电泵举升管柱在直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段以及水平井段的管柱的变形和受力。(3)根据对大位移井在不同井况下管柱的受力和变形分析,建立了大位移井电泵举升管柱扶正器与套管内壁摩阻力计算以及管柱轴向力计算模型;建立了大位移井电泵举升管柱两扶正器间管柱最大挠曲变形计算模型;建立了基于两扶正器间管柱最大挠曲变形的大位移井电泵举升管柱扶正器安放位置计算模型。(4)针对电泵机组在通过狗腿度较大的井段时,可能发生机组塑性变形和法兰连接螺钉断裂等事故,开展了大位移井电泵机组失效机理研究。运用ABAQUS有限元分析软件,分析了不同长度机组以及机组连接法兰螺钉在不同内径套管内,通过不同狗腿度的井段的受力和变形,得出了在7in和51/2in套管内,15m和20m长机组能通过的最大的狗腿度。(5)结合大位移井电泵举升管柱力学分析和大位移井电泵机组失效机理分析,开发了一套大位移井电泵举升管柱力学行为分析软件。该软件具有力学分析、数据输入和输出、数据库维护、图形显示和输出等功能,能进行大位移井电泵举升管柱扶正器安放位置和数量的分析计算,大位移井电泵管柱扶正器摩阻和管柱轴向载荷分析计算,以及电泵机组强度校核。运用开发的软件对现场的两口电泵举升井进行了实例计算,验证了软件计算方法和模型的可靠性,检验了软件运行和参数设置的合理性。本文对大位移井电泵举升管柱力学行为进行了系统分析,并开发了相应的力学分析软件。论文的研究工作为大位移井电泵举升管柱扶正器的合理安放,电泵管柱安全下入和起出提供了有力的理论支撑。因而,本文的研究工作具有积极的理论指导作用和实际应用价值。
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