关键词：定向井；悬点载荷；杆柱受力；经验系数修正
近年来，由于钻井及采油技术的快速发展，定向井在油田中的应用越来越普遍。特别是一些地理位置比较特殊的地区，利用定向井进行开发，大大降低了成本，方便了管理。采油厂2018—2019年产能油井中定向井和直井相比，定向井具有复杂的井身剖面，抽油杆柱和液柱在其中的受力状况和直井有所不同。所以，其悬点载荷的计算方法也应该有所区别。定向井的载荷计算是一个相当复杂的问题。目前所采用的方法是取井筒中一小单元进行受力分析，然后逐段叠加。这一过程需要输入井斜数据后利用计算机辅助进行，在现场用中很不方便，且由于受各种因素的影响，其计算结果仍然是一个近似值。通过对现场多口井实测载荷的分析比较认为，传统的直井载荷计算公式经过一定的经验系数修正后仍然可以应用于定向井载荷的近似计算。
1直井最大载荷计算
最大载荷发生在抽油机的上冲程，主要由抽油杆的重量、液柱重量两大部分组成。其次还有抽油杆及液体的惯性载荷、摩擦载荷(包括杆柱与油管的摩擦力、柱塞与衬套之间的摩擦力、液柱与油管之间的摩擦力)，另外还有井口回压(增加载荷)及沉没压力(减小载荷)的影响。目前，国内外常用的直井最大载荷计算公式有以下几种：
式中：Pmax—抽油机悬点最大载荷，N；Wr—抽油杆的重量，N；
Wr'—抽油杆在液体中的重量，N；
Wl—液柱重力产生的悬点载荷(扣除抽油杆占据的体积)，N；
Wl'—活塞面积上液柱的重量，N；s—冲程，m；
n—冲数，次/min。
所有公式都考虑了液柱载荷、抽油杆柱载荷和抽油杆柱的惯性载荷。但公式(1)、式(2)考虑的是作用在活塞整个截面积上的液柱载荷，公式(3)考虑的是作用在活塞环形面积上的液柱载荷。同其它公式相比公式(1)、式(2)考虑了摩擦载荷，公式(2)、式(3)考虑了液柱的惯性载荷。公式把曲柄连杆运动简化为简谐运动，即r=0。某采油厂各区块下泵不深，多数井采用长冲程、慢冲次抽油，原油黏度不高，比重也不大，因此直井不用考虑摩擦力和液柱的惯性载荷。从理论上讲，公式(5)比较适合该厂抽油机载荷的计算。表1是用公式(5)计算的三个不同区块98口井悬点最大载荷同实测载荷的对比情况。
从表1中可以看出，直井的最大载荷计算与实测值相比，绝对误差仅为0.13kN，符合率为99.2%，也就是说，计算值与实测值非常接近，完全可以用公式(5)来计算直井悬点最大载荷。
2 定向井最大载荷计算
目前，定向井的悬点载荷计算一般采用下面的方法：把井眼轴线看成是由许多段曲率半径不等的圆弧曲线组成，相邻两点为一段，考虑到横向压力、轴向拉力、杆管、杆液之间的摩擦力等，以抽油泵活塞上端面对应点为起始点，通过逐段计算每段上端载荷，直到算出悬点最大载荷。这种算法虽然从理论上是比较合理的，考虑了定向井的特殊情况，但是在实际应用中，井中的各种复杂因素不可能考虑全面，所以其计算结果仍然只能是一个近似值。而主要的问题是以上的计算方法在现场应用中很不方便。从大量的现场实测资料来看，可以用直井的经验公式来近似地计算定向井的载荷，这种计算方法完全可以满足现场应用的需要。
通常情况下，人们认为定向井和直井相比，因井眼轨迹的变化，各种摩擦力增大，从而会使悬点最大载荷增大一定的幅度。表2是用公式(5)和积分叠加的方法计算的两个区块49口井悬点最大载荷同实测载荷的对比情况。
从计算结果可以看出，用积分叠加方法计算的定向井最大载荷和实测值非常接近；用公式(5)计算的定向井的最大载荷与实测值相比，有一定偏差，绝对误差为－1.99kN，相对误差为5.66%，但相差幅度并不是很大。分析原因，一方面，大多数井的井眼轨迹变化是比较缓慢和连续的；另一方面，定向井在生产中都采取一定的扶正防偏磨措施，这种情况下，不会使摩擦载荷有太大的增加。表3是某油田26口井示功图实测载荷和用式(5)及积分叠加方法计算结果对比情况。表中直井和定向井井数均为13口，而且直井和定向井的参数(包括泵径、泵深、冲程、冲次、杆径)基本相同，但实测的悬点最大载荷定向井比直井增加2.91kN，用公式(5)计算的定向井载荷相对误差为－6.95%，11期杨静：定向井抽油机悬点最大载荷计算问题探讨2727虽然相差不是很大，但也不可以直接把直井的悬点载荷计算公式来用在定向井上。在直井最大载荷计算公式(5)的基础上，附加7%的载荷即可视为定向井的最大载荷。如果用这一系数对上述13口定向井的计算结果进行校正，则绝对误差正负值的井各占一半。依此来选择抽油机机型，将更加安全、准确。
3 结论
(1)通过对采油厂井况、油层物性分析来选择载荷计算公式，并进行现场实测数据验算，确定了适合该厂直井的抽油机悬点最大载荷计算公式。(2)定向井悬点载荷用积分叠加方法计算比较准确，但现场应用很不方便。(3)定向井悬点载荷可以用直井的悬点载荷公式进行计算，但需要一个合理的修正系数，这种计算方法既方便又准确。(4)依据合理的悬点载荷计算公式，确定准确的悬点最大载荷，从而有利于指导抽油机的选择，实现油田的高效开发。
参考文献
1张琪.采油工程原理与设计.北京：中国石油大学出版社，1999
论文作者:张明凡
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/14
标签：载荷论文; 定向井论文; 公式论文; 摩擦力论文; 抽油机论文; 计算公式论文; 现场论文; 《科学与技术》2019年第12期论文;