[发明专利]一种基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法

说明书

本发明提供了一种基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，包括：步骤一：导入油井的三维井眼数据和抽油杆数据、抽汲参数以及油藏参数；步骤二：建立抽油杆的有限元模型以及平衡方程；步骤三：分析抽油杆疲劳寿命；步骤四：以傅里叶级数构造悬点速度；步骤五：确定设计变量，约束条件和目标函数，建立实时悬点速度优化设计的数学模型；步骤六：采用遗传算法对步骤五中数学模型进行优化设计，得到悬点速度的最优解。本发明在不改变油井已有抽汲参数、抽油杆柱组合以及扶正器个数的前提下，通过改变抽油机悬点速度以达到减轻抽油杆偏磨进而延长泵检周期的目的，节约了作业成本、提高了开发效益。

技术领域

本发明属于采油技术领域，具体而言，涉及一种基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法。

背景技术

石油工业中定向井的实际井眼轨迹是一条不规则三维空间曲线，具有复杂的空间特征，定向井中的抽油杆柱力学行为与常规直井存在很大的差别，主要缘于井眼轨迹的曲率和挠率变化使得具有超细长比的抽油杆柱在井下往复运动时承受轴向拉压和弯曲的作用，并在下冲程中表现出典型的失稳特征，这也间接造成了抽油杆柱的偏磨和断脱问题日益严重。

抽油杆发生疲劳断裂破坏的原因是抽油杆在上、下冲程中受到交变载荷。

抽油杆发生偏磨的原因主要有两点：(1)抽油井正常工作时，抽油杆柱在上、下冲程中的受力情况是不同的。上冲程时整个抽油杆处于受拉状态，杆柱基本呈直线；下冲程时，抽油杆主要受上下两个方向的作用力，一个是自身向下的重力，另一个是活塞和抽油杆的下行阻力，该阻力方向向上，使下部的抽油杆产生螺旋弯曲。这样，在抽油杆上、下往复运动中，杆柱上、下受力不一致。下冲程时，在抽油杆柱上形成一个受力中和点，中和点上部杆柱受拉升力，中和点下部杆柱受压力。下冲程受压的部分杆柱就会发生弯曲变形，与油管发生偏磨。(2)对于斜井或水平井，其井身结构存在一定的井斜角，如果抽油泵下到造斜点以下，泵以上油管会随着套管一起弯曲，生产时抽油杆的综合拉力或压力产生了一个侧向分力，导致油管和抽油杆发生偏磨。弯曲段或造斜点的角度越大，抽油杆与油管之间的磨损越严重。这种磨损发生在抽油杆的上、下两个冲程的全过程，磨损较严重。即使对于直井，目前的钻井技术很难保证井身完全垂直，这样套管在某一段就会出现弯曲现象，其后下入的油管也会随着套管弯曲，且当弯曲段出现在泵挂以上时，由于抽油杆在油管中做上、下往复运动，也会造成管杆之间的摩擦。

在下冲程中，抽油杆柱受压产生弯曲。为减轻或避免这种受压弯曲，一般在抽油杆柱下端增加加重杆来改善抽油杆柱的工作状况，提高抽油杆的工作寿命。但过长的加重杆既增加了成本，也增大了杆柱的重力，加大了抽油的功耗。扶正器可有效防止抽油杆与油管偏磨引起的失效，但过多的扶正器不仅增大了柱塞上行和下行的阻力，也使得开采成本增加。

现有抽油机悬点速度优化方案普遍只考虑了抽油机的节能控制，但未考虑悬点速度对抽油杆疲劳寿命以及对抽油杆偏磨的影响。

发明内容

为了解决抽油杆疲劳损坏及偏磨导致检泵周期短的问题，本发明提供一种在不改变抽汲参数、抽油杆柱组合以及扶正器个数的前提下，通过寻找悬点的最优运行速度的方法，达到减轻管杆偏磨、提高抽油杆疲劳寿命，进而延长泵检周期的目的，从而节约作业成本、提高开发效益。

本申请实施例提供了一种基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，包括：

步骤一：导入油井的三维井眼数据和抽油杆数据、抽汲参数以及油藏参数；

步骤二：建立抽油杆的有限元模型以及平衡方程；

步骤三：分析抽油杆疲劳寿命；

步骤四：以傅里叶级数构造悬点速度；

步骤五：确定设计变量，约束条件和目标函数，建立实时悬点速度优化设计的数学模型；

步骤六：采用遗传算法对步骤五中数学模型进行优化设计，得到悬点速度的最优解，并将规律曲线形成数控变频程序，用于油井生产。