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分层采油工艺管柱受力分析以及结构优化 摘要：分采泵分层采油井在生产中普遍存在泵效低、效果不理想等问题,通过对分层采油工艺管柱受力分析，计算中和点位置，优化管柱结构，减弱管柱弯曲对于分采泵的影响程度。同时基于理论和生产实际经验,提出锚定、低坐封封隔器等技术,将其广泛应用于生产中,将极大地提高分层采油效果。 随着油田的不断深入开发，射开层位的不断增多，但普遍存在层间物性差异大，层间干扰严重，普通笼统合采层间动用不均衡势必会造成产能损失，为了避免层间干扰问题，提高低动用层的动用程度，挖潜剩余油，封隔器分层分采泵分抽井不断增多。实际生产中，普遍使用靠压重坐封的Y2系列封隔器，部分管柱的重量施加于封隔器,使得整个管柱的受力分为两部分,上部分管柱受拉，处于自重伸长状态；下部分管柱处于自重压缩状态。如果管柱结构不合理，作为细长、多球阀结构的分采泵很容易弯曲变形导致泵效下降，严重的会造成卡泵、损坏抽油泵。因此，优化分层采油工艺管柱结构问题,具有重要的现实意义。 1、原因分析 分析发现造成分采泵泵效低，甚至卡泵、损坏泵的原因包括人为因素、井身结构、分采泵的质量、管柱结构。 人为因素方面包括坐封方法不当坐封力过大导致管柱弯曲严重。下泵作业前通洗井不彻底，洗井液与地层流体不配伍、结垢导致泵漏失，压裂液性能不过关、试油后冲砂洗井不到位导致生产中地层吐砂。井身结构方面有定向井井眼轨迹复杂、狗腿度大。分采泵质量方面由于分采泵结构相对复杂、球阀多，密封点多，质量不过关。管柱结构设计不合理造成分采泵弯曲。从影响程度上看，管柱结构是造成分采泵泵效低的主要原因。 2、 受力分析 2.1 坐封前：封隔器在下到预定深度未坐封前整个管柱处于自重伸长状态，受自身重量以及浮力、由于受到自重以及液体浮力的相互作用，将会产生一个伸长变形量，油管柱处在拉伸状态，不存在中性点的问题。 2.2 坐封后：由于部分管柱的重量施加于封隔器,使得整个管柱的受力分为两部分,上部分管柱受拉,处于自重伸长状态；下部分管柱处于自重压缩状态。在受拉和受压中间有一点,既不受拉也不受压,该点叫中性点。 在充满流体的井筒内,管柱除本身的自重外,还有流体对它的浮力,管柱内外流体的压力。这些力的存在使管柱呈三向应力状态,即轴向应力，径向应力，周向应力，如图1 所示。 曲的必要条件是一偏斜应力大于零失稳弯曲的必要条件是某一偏斜应力 =点 零。对于整体管柱来说, 弯曲由轴应力偏量引起, 因而管柱弯曲中和点就是管柱轴应力偏量为零的点, 即。对于整体管柱来说, 弯曲由就是管柱应轴力 式中为轴向应力， 为径向应力， 为周向应力 平均应力为 则应力张量, 可分为两项 则应力张量可分为两相 = + 失稳弯曲的必要条件是某一偏斜应力大于零。对于整体管柱来说, 弯曲由轴应力偏量引起, 因而管柱弯曲中和点就是管柱轴应力偏量为零的点, 即 Z 管柱内外流体的压力在管壁内产生的径向应力和周向应力由“拉美公式”来确定,即 式中、 ———管壁的内、外压力, ; 、 ———管柱的内、外径,; 轴力为轴应力与管柱横截面之积 管柱弯曲中和点定义为可能失稳弯曲和不可能失稳弯曲的分界点。 即 坐封时为使封隔器能正常工作,需要施加一定的压重（施工作业时人为配管柱长短产生的压在封隔器上的重力, 即指重表上显示的减少的管柱重力）。 中和点为管柱中轴向力为零的一截面，在这个截面上受到的力为自重产生的力以及压重。根据静力平衡方程列出方程式： 一封隔器对油管的作用力(初始压重)； 一中和点到管柱底部的距离,； 一在井筒内液体中每米管柱的重量, 。 由《采油数据手册》查得:管柱外径D,内径。 单位长度的管柱重量 管柱的横截面积 单位长度的管柱排开的油水混合物重量为 油管在清水中的每米重量q=82.56 N/m;