摘要：定向井本身的井身结构比较特殊，因此在实际作业的过程中采取螺杆泵抽采方式如果不能采取合理的措施，很容易导致柱杆出现严重的磨损甚至出现卡死等现象。为了能够有效消除柱杆在实际抽采作业中出现的磨损等问题，针对抽油杆造斜点设置了相应的导向器，并在合理的位置配套使用扶正器等相关的措施，在实际确定扶正器合理的位置的时候主要是通过建立模型进行分析计算得出。这种方式在抽采现象的应用中得到了广泛应用。
关键词：定向井；螺杆泵；管杆磨损；扶正器
引言
在直井的抽采作业中螺杆泵抽采工艺的应用已经逐渐趋于成熟，但是螺杆泵抽采工艺在定向井中的应用比较少，对此的相关研究也比较少。与直井相比较定向型本身的结构以及井身受力情况都更加复杂，当处于造斜段的时候，感触非常容易受到重力作用与油管壁发生接触。根据定向井本身井眼轨迹具体特征可以知道，螺杆泵在抽采作业过程中抽油杆的旋转运动使得在纵横方向上出现了弯曲状态，这样就非常容易导致感度出现损坏或者是断脱等现象。为了能够最大程度避免这种现象的出现，本文主要通过建立抽油杆的力学模型，并通过模型分析计算对导向器以及扶正器的布置方式进行了合理研究。
1 抽油杆柱受力情况分析
螺杆泵的抽油杆在实际作业这个过程中主要是通过地面动力端来进行扭矩传递，并以此来带动驱动轴旋转，驱动头经过减速处理之后通过方卡子将扭矩传递到光杆上，最终将扭矩传递到抽油杆柱上面。通过分析可以知道在井口位置抽油杆柱实际受到的是主动力矩的作用，在旋转作业过程中同时还会受到走向产生的力F，在举升液体的过程中不会受到一个摩擦力矩，此外，转子与电子之间由于采取的是过盈配合，因此两者之间也会产生还会产生一个摩擦力，在泵的出口位置由于会存在一定的压差，因此也会在抽油杆柱上产生的反扭矩。上述几个参数可以通过以下计算公式来进行计算。
上述公式中R主要表示的是转子截面半径，m；e主要表示的是转子的偏心距m；主要表示的是在泵进出口产生的压差，Pa；
上述公式中主要表示的是定转子之间在初始状态下的过盈值，mm；n主要表示的是在螺杆泵在运行过程中的转速，r/min；
上述公式中主要表示的是井下液体动力粘度，Pa·s；主要表示的是油管的内径，m；d主要表的是抽油杆直径，如果都抽油杆本身是空心抽油杆，那么d主要表示的就是其外径，m。
上述公式中，e主要表示的是转子偏心距，mm；D主要表示的是转子的直径，m；T主要表示的是定子实际的导程，m[1]。
在定向井的抽采过程中，处于造斜点以下的定子都会在不同程度上出现“狗腿角”现象，因此必须要合理的利用扶正器来进行辅助，这样才能有效避免其在转动过程中导致抽油杆与油管壁产生连续摩擦从而出现破坏现象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而扶正器本身的距离较短，而且其余油管之间的间隙也非常小，如果在抽油杆上安装扶正器之后，就相当于为抽油杆设置了一个活动的铰支座，选择造斜点位置附近的两个扶正器作为主要研究对象，然后来建立起两者之间的力学模型，如下图1所示。
图1 造斜点附近杆柱力学模型
2 杆柱力学模型分析
通过建立有线源分析模型，将油管整体部分以及杆柱作为主要研究对象，将井底部分作为原点。在针对井口位置抽油杆柱实际所受到的主动力矩进行计算的过程中，可以通过将其进一步简化成随着时间而不断变化的旋转角位。电极所产生的扭矩主要是通过方卡子来传递到光杆上，而抽油杆在制作上作用的走向力主要是通过卡子来进行传递，鉴于此，就可以针对井口的边界条件进行进一步简化之后，将其当成是扭矩角速度的已知边界，而将其他的所有条件都设定为固定边界[2]。
3 合理布置扶正器及导向器
针对所建立的杆柱模型充分利用ANSYS有限元分析软件进行分析计算，就精确的计算出杆柱在与油管内部实际产生的变形状况以及两者之间的接触情况进行精确计算。在实际针对扶正器及导向器进行合理布置的过程中，接触率以及渗透量是两个最为主要的依据参数。利用ANSYS有限元分析软件进行精确计算处理之后，就可以精确的得出接触率以及渗透量。通过计算可以发现接触力和渗透量之间呈现出正比例关系，而如果两者接触的地方存在“狗腿角”那么其实际的接触率以及渗透量要比其他部位都高。针对计算过程中所产生的最大渗透量位置可以合理的布置导向器，而针对油管与杆柱存在地方要合理的布置扶正器，在此基础上再进行详细计算，并针对扶正器位置进行合理调整，充分保证其不存在接触，而且在接触位置的渗透量不能超过油管壁厚。
如果杆柱在实际作业过程中仅仅存在一个造斜点，为了能够进一步提升杆柱实际的工作状态，应该完全忽略全角变化率，并相应的设置导向器。
如果杆柱在实际作业过程中会涉及到多个造斜点，而且没25m井段实际的全角变化率超过了30，则可以针对25m全角变化率非常接近30的时候设置导向器，而针对25m全角变化率超过40的情况，则必须要设置导向器。
针对全角变化率相对比较大的位置设置导向器之后，必须要在间隔为8米的距离设置一个扶正器，而针对造斜段则必须要严格的按照间隔6米来相应的设置扶正器[3]。
4 结束语
定向井螺杆泵抽油杆柱在实际作业过程中，造斜段经常会因为重力作用而与油管之间产生摩擦，非常容易导致杆柱出现损坏现象。针对抽油杆柱建立相应的力学模型之后，并通过ANSYS有限元分析软件进行精确计算，最终实现了在抽油杆柱上合理的布置导向器和扶正器。
参考文献
[1]林骏.水平井螺杆泵举升系统参数优化设计及软件开发[D].燕山大学，2017.
[2]苗新蕾，胥宏峰，孙庆义.定向井螺杆泵采油技术[J].大庆石油学院学报，2006（04）：36-38+147.
[3]董世民，张万胜，王强，柴国鸿，苏艳玲.直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理[J].石油学报，2012，33（02）：304-309.
论文作者:展新
论文发表刊物:《文化时代》2019年18期
论文发表时间:2020/3/18
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