无论是总监还是副监督，助理监督，大伙都在自己的岗位上努力工作，通过现场接触到的不同作业内容，解决作业过程中遇到的各类问题，从而不断熟悉各类作业的流程，掌握各个作业关键步骤的要领，控制并预防可能产生的不利风险。这样，在最初的三年监督工作内，各方面能力都有显著的提高，然后就容易进入一个惯性思维的固定作业过程，这就是所谓的经验思维模式。

一个大学生很容易就用未知数来解小学生的应用题，用导数来解中学生的几何方程，就矩阵来解高中生的代数方程组。一般来说，目前从事作业监督工作的，都是大学毕业生。可目前的问题是，咱们这些工学士对自己从事的现场油水井作业很少去关注细节，而这些细节之所以说细节，在于通过理论计算出存在的差异。

(资料图)

有些困难来自于没有数据，或者无法得到准确的数据，这就让现场监督难以判断多少量是合适的，恰到好处的。下面所要讲到的作业内容，就是一个井下作业监督应该具备的作业理论知识，知道怎样去获取相关的数据，通过理论计算来证实自己的判断，执行下一步正确的步骤。希望在这里阐述的思路能够起到抛砖引玉的作用，激发起大家不断探寻作业理论的热情，汇总成咱们作业室井下作业监督在现场实施的一本指导手册。

理论来源于实践，来源于现场作业。所以先阐述一口常规检泵井作业过程中涉及到的基础计算，以利于大家循序渐进，关注细节差异，用数据来分析，提高处理问题的能力。

一． 常规检泵作业

1、 洗压井计算项

一口油水生产故障井在洗压井之前，先记录油套压。在确保油套连通的情况下，开始放压，观察压力变化情况，在取样口观察有无油气溢流。要是放压为零，再关井若干小时，每小时观察压力变化情况。这个过程是一个开关井过程，是地层压降和压恢的粗略反映，在井下管柱有压力监测装置的情况下，可以直读数据更准确了解情况。这好比中医诊病望闻问切中搭脉过程。

1.1 静液面深度测算

井筒可以视为一个连通器，油管内部与油套环形空间是联通的，其引用的原理是个U形管原理或连通器原理。

【定义】上端开口不连通，下部连通的容器叫做连通器。

【性质】连通器里的同一种液体不流动时，各容器中直接与大气接触的液面总是保持同一高度。

连通器，是液面以下相互连通的两个或几个容器。盛有相同液体、液面上压力相等的连通器，其液面高度相等。

（1） 连通器盛有相同液体，但液面上压力不等，则液面的压力差等于连通器两容器液面高差所产生的压差。

（2） 连通器液面上压力相等，但两侧有互不相混的不同液体，自分界面起两液面之高度与液体密度成反比。

当一口油井长时间停产后，地层静压力得到充分恢复，这时地层静压力与井筒内的流体静液柱产生的压力相等，井筒与地层之间的流体交换达到动态平衡。

在往井筒内灌注液体Q液至井口灌满，假设这个过程中井筒的初始静液面不发生变化，那么根据井筒容积换算关系，可以得到初始静液面的深度H深。

Q液=(A环空+A油管)*H深--------------------------------------------------------------(1)

A环空=¼*π*(ID套管2-OD油管2)---------------------------------------------------(2)

A油管=¼*π*ID油管2-----------------------------------------------------------------(3)

其中，ID套管、OD油管、ID油管为已知，Q液为实际测量值。

把式(2)、(3)代入式(1)，即可得到H深。

在这里需要留意一个细微的差别，请各位监督想一想，是什么？

1.2 地层静压预测

打入多少洗井液才开始有液体返出，这个量Q液可以测出来，并推算油套环空静液柱深度，进一步得到一个初步的地层静压值P静。

若地层中部深度H地层，则初始静液柱高度为ΔH =H地层-H深。按纯水液柱高度折算得到：

P静= P关套+ρ水*g*ΔH=ρ水*g* H地层-H深。要注意的是井斜，若非直井，则把斜深ΔH =H地层-H深转化为垂深，即ΔH⊥=H⊥地层-H⊥深。则有P静=P关套+ρ水*g*(H⊥地层-H⊥深)

若能通过反循环洗井，则从油管返出流体依次为(油管内)天然气--(油管内)原油--(油管内)地层水--(油套环空)地层水--(油套管空)原油—反洗泵入的地热水。

从而可以粗略的得到Q油+Q水=Q液，Q油=(A环空+A油管)*H油柱，这样P静可以进一步细化为：

P静=P关套+P油+P水= P关套+ρ油*g*H⊥环空油柱+ρ水*g *(H⊥地层-H⊥深-H⊥环空油柱)，其中H⊥油柱≈H⊥环空油柱。细心的监督还可以采用Q油=Q油管油+Q环空油来计算H⊥油柱与H⊥环空油柱的差异。

当然有一个现场实际存在的问题，那就是初期反循环洗井返出液直接进生产流程，难以获得Q油值，这就是在前言中提到数据难以录取，从而忽略了洗井作业细节的情形，监督从开始就疏于思考不同油气井作业的差异。

2、 起管柱计算项

起管柱主要有俩个部分：解封过电缆封隔器和正常起钻作业。这里主要介绍解封作业的重要性与关键点。解封过电缆封隔器之前需要试提油管挂，所以需要先区分这两者的差别。

2.1 试提油管挂

回接管柱上紧后，在管柱上与转盘面平齐处做好方入标记，上提之前一定要确认油管挂四周顶丝已经全部退出到位。上提力参考上一次动管柱作业座挂时所记录的上提悬重，注意观察管柱方入变化。在此基础上增加2~3吨为宜。

2.2 解封过电缆封隔器

在油管挂提离四通上移0.5m左右，上提悬重继续增加，解封力F解根据下井时过电缆封隔器的剪切销钉数量N钉和单个销钉的剪切力密切相关。有：F解=σ钉*N钉。通常σ钉=10,000lbs(磅)，N钉=4，计算得F解=40,000lbs(磅)，合18.14tons(吨)。所以在解封过电缆封隔器时，过提力控制在20tons以内，密切注意悬重波动变化。

注意在上提过程中悬重的波动体现了剪切销钉的动作，环空液面的下降体现了封隔器密封胶皮回缩过程，这需要几分钟或更长时间，所以维持过提力至悬重缓慢下降至正常上提悬重，封隔器才彻底解封。

2.3 摩阻估算

在正常起下钻作业，经过造斜点或大狗腿度的井眼段时，要养成监测该井段摩阻的良好习惯。停止起下钻时，有一个静止悬重W静，在以某一个安全速度正常上提，显示上提悬重W提，以正常下钻速度下放，显示下放悬重W放。当上提遇卡时，悬重上升至W卡，当下放遇阻时，悬重降至W阻，则有：

上提摩阻F提=W提-W静；下放摩阻F放=W静-W放。

过提拉力F拉=W卡-W提；下放钻压F压=W放-W阻。这两个参数值都已消除了摩阻的影响。

3、 漏失量计算

不知各位监督注意到没有，在上述计算静液面和地层静压力时，都假设了井筒是一个近似封闭的空间，而在现场作业中，井筒井液与地层流体是置换互动的。判断依据则是以地层静压P静与井眼静液柱压力P液之差ΔP(=P静-P液)。

若ΔP<0，即P静<P液，地层静压小于井筒液柱压力，井筒液体向地层孔隙漏失；

若ΔP<0，即P静>P液，地层静压大于井筒液柱压力，地层流体流向井筒，发生井侵；

若ΔP=0，即P静=P液，地层静压等于井筒液柱压力，井筒与地层保持动态平衡；

由于大多数油气井生产进入中后期，地层能量衰竭，循环洗压井作业过程中往往存在漏失情况，这里分为循环漏失与静漏失两种情况来估算。

3.1 循环漏失速率ΔQd

建立循环后，保持稳定泵压与泵速，计量单位时间内泵入井内总液量Q入，以及返出井口液体总量Q出，两者之差ΔQd=Q入-Q出，就是单位时间内动态循环漏失速率(均值)。其某一时刻的瞬时差值，则为瞬时动态循环漏失速率(瞬时值)，该情况下，进出口均需配置直读流量计。这样可以测出多组不同泵速下对应的泵压及动态循环漏失均值；

3.2 静漏失速率ΔQs

静漏失是指井筒灌满液后停泵放压，不循环情况下等候压力扩散一段时间(Tw)的漏失量。估算时需要重新启泵以某一泵速值循环洗井至再次灌满井筒，刚见返出时计量累计泵入总液量Q入与泵注耗时(Tp)。则估算静漏失速率如下：

1)  包括动漏失情况下，单位时间的静漏失速率ΔQs1=Q入/(Tw+Tp)

2)  消除动漏失情况下，单位时间的静漏失速率ΔQs2=(Q入-ΔQd*Tp)/(Tw+Tp)

准确的静漏失速率在两者之间，即ΔQs2<ΔQs<ΔQs1。在极端情况下若没有返出液，则单位时间漏失量大于Q入/Tp。

4、 泵排量计算

油气井作业中必不可少的一大系统——循环系统，其关键的设备就是泥浆泵(Slurry Pump或Mud Pump)。

泥浆泵按缸套数量可分为单缸、双缸、三缸、五缸等；按作用形式可分为单作用泵和双作用泵。

单作用：在活塞往复运动的一个循环中仅完成一次吸排水动作；

双作用：在活塞往复运动的一个循环中完成两次吸排水动作。

针对检泵作业中经常使用的三缸泵，根据两种不同作用形式，其计算方法如下：

4.1 三缸单作用泵排量Q3s

已知：缸套内径ID，冲程sl，冲数spm，缸套数量N，泵效η，运转时间T(min)。则累计排液量Q3s =π*¼*ID2*sl*N*η*spm*T

4.2 三缸双作用泵排量Q3d

已知：缸套内径ID，活塞杆直径od，冲程sl，冲数spm，缸套数量N，泵效η，运转时间T(min)，则累计排液量Q3d =π*¼*ID2*sl*N*η*spm*T + π*¼*(ID2-od2)*sl*N*η*spm*T

= π*¼*(2*ID2-od2)*sl*N*η*spm*T

5、 代排量计算

说到不规则形状物体代排量的计算，不得不提到物体力学之父阿基米德，各位监督所记得的第一印象往往就是他那次著名的裸奔事件：

“据说当时希耶隆二世制造了一顶金皇冠，但他总是怀疑金匠偷了他的金子而在皇冠中掺了银。于是他请阿基米德来鉴定，但是要求不能破坏皇冠。阿基米德对着炫目的皇冠琢磨了半天，终于累了。于是仆人放好了洗澡水让他去洗澡，当他泡进澡盆，看着溢出来的热水时，于是，灵光一现。他忽然想到了揭开皇冠秘密的法宝：当把物体完全浸没在水中时，物体即使有相同重量但不同材质，体积便会不同，那么排出的水量也不一样。豁然开朗的阿基米德幸福地起身直奔大街，兴奋的以至于忘了他是在一丝不挂地裸奔。”

实际上，阿基米德发现皇冠中的秘密所采用的方法就是测定不规则外形物体体积的方法：同等重量的物体密度大小可以通过排出的水量来衡量——排出水的体积等于物体外形的体积，即V固=V排。我们要特别注意的是，这里的V固不过是固体外形的体积而已，并非等于组成该固体所有固态物质的体积。(据说有个老妇人也拿了个金球要阿基米德鉴定真假，结果阿基米德得出的结论为：这不是纯金的球。老妇人很气愤，随即一刀劈开了球，原来球是空心的，组成球的材料确实是货真价实纯金。阿基米德失误在于把空心部分的空气体积也作为固体体积了。)

排代量V排：各类不规则形状物体排开液体所得的等效液体体积量。

开端排代量V开排：存在连通孔的物体排开液体的体积量；如各种油管，套管、带孔管等。开端排代量=浸在液体中物体部分的体积；

闭端排代量V闭排：将连通孔各端封堵后排开液体的体积量。如空心球体，漂浮套管等。闭端排代量=浸在液体中物体部分的体积+部分容积(若是空心物体)

6、 浮力计算

阿基米德定律(Archimedes law)是物理学中力学的一条基本原理。浸 在液体(或气体)里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力("Any object placed in a fluid displaces its weight; an immersed object displaces its volume.")。

其公式可记为F浮=G排=ρ液*g*V排液。

左图：F浮=ρ液*g*V开排=ρ液*g*π/4*(D2-d2)*H深=ρ液*g*H深*S底截。

管柱在空气中的重力G管=m管*g=ρ管*V管*g=ρ管*π/4*(D2-d2)*H深*g。

管柱在液体中的重力G液=G管-F浮=(ρ管-ρ液)*g*H深*π/4*(D2-d2)

浮力系数Kf=G液/G管=(ρ管-ρ液)/ρ管=1-ρ液/ρ管 (仅对<全>浸没部分)

右图：F浮=ρ液*g*V闭排=ρ液*g*π/4*D2*H深。

而管柱底面在斜深H深受到的压强P深=ρ液*g*H⊥深。

对于直井，有H深=H⊥深，则F浮=P深*S底截，即管柱在其它深度受到的液压作用相互抵消，合力为0。

注意：通过压强来计算浸在液体中的浮力是较为困难的事情。

下面就举一个例子说明浮力和压强的计算相关性。

当一段长度L、半径R的圆柱体完全浸没于液体中时，不论其如何放置——水平横躺或者垂直竖立，根据排开液体的体积相同，其所受的浮力是相同的。然而，若是根据压强来计算浮力，则会是两个截然不同的分析与计算过程。

垂直竖立时，顶底两端面积S相同，即S顶端=S底端=S，在同一深度水平截面S受到的压强相同，根据受力分析有F浮 =P底深*S底端- P顶深*S顶端 =ρ液*g*(H⊥底深-H⊥顶深)*S=ρ液*g*L*π*R2

当水平横放时，不同深度的截面不相同，因而各点所受液体的压强不同，每一个深度截面的合力就不一样，从顶面至底面的合力需要用微元叠加再积分得到，使用了高等数学微积分工具，这在公元前400多年的阿基米德时代还是无法做到的。如下图示。

7、 压差计算与判别

在第3点漏失量计算中，考虑全井筒为均一液体，在同一深度的油管或工具内外受到相同的压强，大小相同方向相反，作用力相互抵消。但是，若不同井段或管柱内外为不同性质的流体，密度、粘度等不相同，这就会产生压差ΔР。

在井深H深处油管受到的内外压差ΔP =ρ油管*g*H⊥深-ρ环空*g*H⊥深

=(ρ油管-ρ环空)*g*H⊥深

判别结果：

1、ΔP＞0，管壁受内压力，不平衡——环空出现溢流；

2、ΔP＞0，管壁受外挤力，不平衡——油管出现溢流；

3、ΔP＝0，则ρ油管＝ρ环空，压强相等，动态平衡；

全井筒内ΔP：

ΔP1=P静-ρ油管*g*H⊥深-ρ产液*g*(H⊥地层-H⊥深)

ΔP2=P静-ρ环空*g*H⊥深-ρ产液*g*(H⊥地层-H⊥深)

判别结果：

1、ΔP2、ΔP1＞0，井筒井涌；油管与环空溢流。

2、ΔP2＞0＞ΔP1，井筒不平衡，环空溢流；

3、ΔP1、ΔP2＜0，井液向地层漏失；

8、 压井液配置计算

对于由两种组分混合形成的平均量及各组分混合比率的计算，有一种比较简便的计算方法——十字交叉法。

凡可按M1*n1+M2n2=M*(n1+n2)计算的问题，均可按十字交叉法计算。

式中，M表示混合物的某平均量，M1、M2则表示两组分对应的量。n1、n2表示混合物中什么物理量的份额，如物质的量、体积等。

溶液配制计算中的十字交叉法

【例题1】欲配制40%的NaOH溶液100克，实验室中现有10%的NaOH溶液和NaOH固体，问此同学应各取上述物质多少克？

【分析】10%NaOH溶液溶质为10，NaOH固体溶质为100，40%NaOH溶液溶质为40，利用十字交叉法得：需10%NaOH溶液为2/3×100=66.7克，需NaOH固体为 1/3×100=33.3克

【例题2】配制密度1.08g/cm3KCL溶液100m3，现场有密度1.03g/cm3过滤海水和KCL固体，问需过滤海水多少方及KCL固体多少吨？

【分析】KCL固体密度1.984g/ml(吨/方)，采用十字交叉法得出过滤海水/KCL体积比：0.904/0.05，则有：

过滤海水体积=100*0.904/(0.904+0.05)=94.76方；

KCL固体用量=(100-94.76)*1.984=10.4吨。

9、 压井计算例题

压井方法：1、循环法

正循环：与反循环刚好相反。

司钻法、工程师法、边循环边加重法。

反循环：不利于排污、井口不容易控制回压、有利于建立液柱。

2、灌注法

3、挤注法

压井注意事项：

1、首要的是选择一个合理的压井液密度。

2、防止把井(地层)压漏。

3、选择合理的压井方法。

4、地面一定要有回压。(二级井控作业)

压井作业实例(来自网络)

某井用密度ρm=1.4g/cm3的泥浆钻至井深H＝3000m处发现溢流，马上关井检测井筒内压力如下：Pa=2MPa(关井立压)。Ps=3.7MPa(关井套压)。溢流量V=1.7m3，套管下入深度H鞋=2000m，套管鞋处地破当量密度ρ鞋=2.0g/cm3。井内钻铤的长度L铤=150m。钻铤内外平均内容积分别为8L/m和11.75L/m。钻杆内外平均内容积分别为10L/m和20L/m。且知平时钻进排量Q=40L/s时，泵压为18MPa。(请用司钻法压井。所有深度为垂深)

ρ压＝ρ原+102*Pa/H+ρ安全附加值，只要判断出溢流体的性质ρ溢流就可以定出ρ安全附加值。

H溢流=V/11.75=1.7*1000/11.75=144.68m≈145m＜150m。在钻铤环空。ρ溢流=ρm-102*(Ps-Pa)/H溢流=0.202g/cm3，经判断地层流体为气体，按照《细则》规定：ρ安全附加值取值范围0.07~0.15g/cm3；截取0.1g/cm3。

计算得到ρ压 =ρm+102*Pa/H+ρ安全附加值=1.568g/cm3≈1.57g/cm3。

1) 由关井状态转为开井循环状态过程中，为保持井底恒压，地面需施加给液柱的最小压力值P初我们称之为"初始回压"。

P初=Pa+Pci；Pci为低泵冲泵压，取Q=20L/s则Pci=18/4=4.5MPa。P初=2+4.5=6.5MPa。

2) 当压井液到达钻头时地面施加井筒的压力P终称为"终了立压"。

P终=ρ压/ρm*Pci=1.57/1.4*4.5=5.04MPa。

3) 地层静压 P静=Pa+P液=2+0.00981*H*ρm=43.2MPa

4) 压井泥浆量 Qm=2*Q有效井筒容积=2*(钻杆/铤内外环空容积)，Qm=2*88.625m3≈177m3。

5) 压井循环时间Tm=2*T周(司钻法按循环两周计算)

T1= [(3000-150)*(10+20)+150*(8+11.75)]/20/60≈74mins

T2= [(3000-150)*10+150*8]/20/60=24.75mins≈25mins

T3= [(3000-150)*20+150*11.75]/20/60=48.97mins≈49mins

压井过程中“既要把井压住，又不至于把井压漏”。

①最大允许关井套压Pmax

Pmax=0.00981*H鞋*(ρ鞋-ρm)=0.00981*2000*(2-1.4)=11.77MPa

②最大允许压井套压(若压井作业中需要关井，此时“最大允许关井套压”称为“最大允许压井套压”)

Pmax=0.00981*H鞋*(ρ鞋-ρ压)=0.00981*2000*(2-1.57)=8.43MPa

即：开始关井过程中地面套压表读值不要超过11.77MPa；压井过程中地面套压表读值不要超过8.43MPa。才能确保井筒也不会压破。

施工步骤：

①：缓慢启动泵，往井内泵入密度为1.40g/cm3的原泥浆，控制泵的排量Q＝20L/s，同时调节节流阀开度，使立压表值为6.5MPa(回压)。循环74分钟(排污)

②：若此时停泵：Ps＝Pa＝2MPa 说明：排污(井侵气体)干净。

③：又缓慢启动泵，往井内泵入密度为1.57g/cm3的重泥浆，控制泵的排量Q＝20L/s，同时调节节流阀的开度，使套压表值为2MPa（回压)。循环25分钟。

④：若此时停泵：Ps＝2MPa，Pa＝0MPa；说明：压井泥浆密度和高度是合理的。

⑤：再缓慢启动泵，继续往井内泵密度为1.57g/cm3的重泥浆，控制泵的排量Q＝20L/s，同时调节节流阀开度，使立压表值5.04MPa(回压)。循环49分钟。

⑥此时停泵：Ps＝Pa＝0MPa 说明：压井成功。

10、 射孔负压值确定(摘自海洋完井手册)

砂岩油气层大体上可分为致密地层和非致密地层两类，致密地层射孔后一般不出砂，可用大的负压值；而非致密地层射孔后易出砂，必须选用合理的负压值，射孔时既能把射孔碎屑及压实层清除干净，又不会破坏地层结构。

下面仅介绍VANN公司推荐的确定最小负压值和最大负压值的方法，此方法比较简单。

1) 确定最小负压值

致密地层和非致密地层最小负压值(用P min表示)一般可用下式来计算：

致密地层：pmin = 6.89*3.5/k0.37

非致密地层：pmin = 6.89*2.5/k0.17

式中P——压力，MPa；K——地层渗透率，10-3μm2。

2) 确定最大负压值

如果知道地层的抗压强度，可用下式计算：

最大负压值=实际地层压力-最小孔隙压力=地层压力-(上覆地层压力-1.7*地层抗压强度)，上覆地层压力可用0.0136～0.0226MPa/m(0.6~l psi/ft)计算，如果不知道地层的静压梯度，可取0.018MPa/m(0.8 psi/ft)进行计算。如果不知道地层的抗压强度，致密地层的最大负压值一般取新套管抗压强度的80%(旧套管取50%)或下井工具工作压力的80%。

非致密地层的最大负压值(用Pmax表示)一般可用下列公式计算：

声波时差法(△T )：

油层 Pmax＝(3600-20*△T )*6.89*10-3

气层 Pmax＝(4750-25*△T)*6.89*10-3

体积密度法(RHO)：

油层Pmax= 6.89*(2.34*RHO-4)

气层Pmax= 6.89*(2.90*RHO-4)

也可用查图表直接用△T 和RHO的数值对应查出最大负压值。其中，△T 及RHO可分别由声波测井曲线及补偿密度测井曲线获得。

3) 最佳负压值

确定最大负压值和最小负压值之后，求出这两者的中点值，射孔最佳负压值要根据油气田的地层岩性特点、钻井过程泥浆污染轻重和实践经验来确定。对非致密地层应在最小负压值和中点值之间选取，对致密地层应在中点值和最大值之间选取。钻井泥浆污染严重的油气井，负压值应适当取大些，反之应适当取小些。尤其应根据最初2~3口井实践的负压值、产能和出砂情况，再具体分析研究确定最合理的负压值。

11、 组合管柱配置

对于井深超过3000m或是修井机提升载荷有限的情况，需要考虑生产管柱或打捞钻具的强度满足抗拉要求，这就涉及到管柱组合强度问题。对单一管柱来说，抗拉最大的总是在井口，承受了全部下井管柱的重量，但是对于组合管柱来说，两者的连接需要使用变扣，所以增加了一个受力薄弱点，只要任一点出现问题，都会造成管柱落井事故。所以对比分析两部分的组合管柱强度差值，使各段管柱的安全拉力差值趋于最大化，才能避免拉断或发生管柱塑性形变。极值法就是一个简便的分析方法。

极值法：对于任意正实数a、b，若a+b=C是一个定值常数，则当a=b=C/2时，a*b有最大值Max=C2/4。

假设a*L1=G1，b*L2=G2，其中Max(G1)、Max(G2)是分别与a、b相关的常量，即Max(L1)、Max(L2)也是常量。设Max(G1)＜Max(G2)，当选取不同L1，L2时，ΔG1=Max(G1)-G1，ΔG2=Max(G2)-G1-G2；则ΔG=Min(ΔG1，ΔG2)的极大值就是所求的最大安全值。

来自现场的应用实例(不考虑井段摩阻与摩阻差异)：

【例题】2-7/8"EU N80油管a=6.5ppf，Max(G1)=145Klbm，单一管柱最大下深Max(L1)= Max(G1)/a=6799m，3-1/2"EU N80油管b=9.3ppf，Max(G2)=207.2Klbm，单一管柱最大下深Max(L2) =Max(G2)/b=6790m；

当Max(G1)-G1=Max(G2)-G1-G2，ΔG取得最大值。

即145000-6.5*L1=207200-6.5*L1-9.3*L2

L2=(207200-145000)/9.3=2038m，G2=62.2Klbm=28.2tons

若L2＞2038m，ΔG取值变小，薄弱点在井口单根；

若L2＜2038m，ΔG取值变小，薄弱点在连接变扣；(注：Y管电泵下深一般小于2038m)

设计井深L，采用3-1/2"EU N80(最大抗拉94tons)与2-7/8"EU N80组合，如何分配L1和L2（L1+L2=L）使过提ΔG最大，满足震击或解卡需求。

①当L≤2038m时，可以采用均一管柱情况：

若L1≤2038m，ΔG1≥46.1tons；若L2≤2038m，ΔG2≥65.8tons；采用b类管柱更佳。

②若L>2038m时，则宜采用组合管柱：

给定L=5000m，若用组合管柱，则Max(ΔG)=37.1tons，此时L1=2960.85m，L2=2039.15m。

③若指定ΔG=30tons <ΔG1(46.1tons)，则单一a类管柱最大下深Max(L1)=3698m，单一b类管柱最大下深Max(L2)=4623m，组合管柱允许最大下深Max(L)=3698m+2038m=5736m。

若仅下深L=5000m，如何分配L1和L2使得ΔG最大？

ρ线=(94-30)*1000/(5000*3.281*0.4536)=8.6∈(6.5~9.3)

十字交叉法求解：L1=1252.24m ＜Max(L1)；                                   L2=3747.76m ＜Max(L2)。

12、 潜油电机表面流速计算

根据美国石油工程师学会标准(API标准)，潜油电泵在油井内运行时，流经电机表面的液体流速必须不小于0.3048m/s(1ft/s)，这样才能保证电机运行时的散热。所以，在进行潜油电泵选择设计时，必须计算流经电机表面的液体流速是否能满足要求。井液流经电机表面的流速(由日产液量Q=π*¼*(D2-d2)*60*60*24/106推算得到)可用下式进行计算：

V=1250*Q/ [27*π*(D2-d2)]

式中V——井液流经电机表面的流速，m/s；

Q——油井产量，m3/d；

D——套管内径，mm；

d——电机外径，mm

反之，根据井液流经电机表面的流速满足0.3m/s的要求，可以推算不同套管内下入不同外径尺寸电机的最小排量，如下表所示。

解决电机温度高，关键是要保证电机表面液体流速达到0.3m/s要求。在排量达不到要求情况下，可以采取如下措施(摘自蔡汉川机采专家PPT培训材料)：

ü 使用大直径电机；

ü 使用导流罩；

ü 确实产量太低，改用杆驱螺杆泵；

ü 临时办法采取地面补液办法。

国际电工委员会(IEC)和国家标准局制定了电抗器的IEC标准和国家标准。电抗器运行时，它的绕组既是导热介质，又是热源，它的温度一般来说在空间上总是按一定规律呈曲线分布。电抗器绕组绝缘的热寿命和绝缘是否受损由绕组最热点温升来决定，而不是平均温度来决定。

干式空心电抗器的使用寿命根据蒙特申格尔(Montsinger)的寿命定律来计算

T＝A*e-α*θ

式中 T——绝缘材料的使用寿命

A——常数(根据电抗器所用绝缘材料的等级确定)

α——常数，约为0.88

θ——绝缘材料的温度

对于蒙特申格尔寿命定律的半对数θ＝f(lnT)，得到含有方向常数-1/α的直线，该直线如图所示，这就是绕组的寿命(绕组耐热等级为A、B和H)与绕组工作温度的函数关系。

从图中可以看出，每种绝缘材料都有一个固定的温度变化值。在某一统计期内，若电抗器的最热点温度比所用绝缘材料的最高允许温度低，则绝缘老化缓慢，寿命延长。反之，则绝缘老化加快，寿命缩短。对于电抗器的全部寿命而言，这一寿命的延长或缩短便构成了寿命的补偿。每种绝缘材料的寿命减小到一半或寿命增加一倍的温度变化值是固定不变的。该温度变化值对于A级为8℃，对于B级为8～10℃，对于H级为12℃。由于A级Δθ＝8℃，所以蒙特申格尔寿命定律还称为8℃规则，H级一般称为12℃规则。

每种绝缘材料均有其耐热的绝对最高温度(见下表)，当超过其绝对最高温度时， 绝缘材料将迅速碳化而失去绝缘性能和力学性能。

绝缘等级和绝对最高温度的关系表

绝缘等级温度/℃

90(Y)

105(A)

120(E)

130(B)

155(F)

180(H)

220(C)

绝对最高温度/℃

125

150

175

185

210

235

260

注：超过250℃每递增25℃为一级。

13、 大斜度井举升泵下入通过性计算

1) 设备轴向最大投影尺寸

首先要根据油井套管尺寸，选择潜油电泵的系列，即设备的轴向最大投影尺寸必须能够满足下井要求。潜油电泵设备的轴向最大投影尺寸计算方法(电缆卡子厚度不计)如图所示。

S＝R1＋R2＋H1＋H2

式中S——设备轴向最大投影尺寸，mm；

R1——电机轴向投影尺寸半径，mm；

R2——泵轴向投影尺寸半径，mm；

H1——引接电缆厚度，mm；

H2——电缆护罩厚度，mm。

2) 通过性计算

设有N个造斜段，第1造斜段最大狗腿度g1，第2造斜段最大狗腿度g2，第3造斜段最大狗腿度g3，第N造斜段最大狗腿度gN。举升泵装置允许的狗腿度(弯曲度)为g允。泵通过造斜段的基本准则是 举行泵装置总长度L小于井允许通过的最大长度L允。

d套挠=66.4*(L/30.48)2*g井

d泵挠=d套挠-δ间

g泵=d泵挠-30.48/66.4/L2

式中：

d套挠——套管挠度，mm；

g井 ——造斜段狗腿度，°/30m ；此处取第1造斜段的最大狗腿度，即g井=g1；

d泵挠——举升泵装置通过造斜段时产生的挠度，mm；

δ间——泵与套管间的间隙，mm；

g泵——举升泵通过造斜段时产生的狗腿度，此处取举升泵通过造斜段时允许产生的狗腿度，即g泵=g允。

以上3式中有3个未知量：d套挠、d泵挠及L，可以求解得：

假设电泵长度L，对应套管长度ℓ，挠度半径R，曲率弧度角Φ，则对于ΔAOB有

R2=(L/2)2+[R-(D-d)]2  ——(1)

sin(Φ/2)=(ℓ/2)/R      ——(2)

ℓ=R*Φ              ——(3)

R=L2/[8(D-d)]-(D-d)/2

1/R =Φ/ℓ就是挠曲度，单位rad/m；

=(180/π)*(Φ/ℓ)也是挠曲度，单位°/m；

假设电泵长度L，对应套管长度ℓ，挠度半径R，曲率弧度角Φ，则可以得到：

1、套管在造斜段变形量ΔD

套管形变量ΔD=R-R*cos(Φ/2) ——(1)

当Φ无穷趋于0时，由泰勒级数展开

cos(Φ/2)=1-(Φ/2)2/2!+(Φ/2)4/4!+... +(-1)n*(Φ/2)2n /(2*n)!+...    n∈(-∞,+∞)

对于微小的Φ来说，高阶级数可以忽略。

得到：ΔD =R-R*cos(Φ/2) ≈R-R*[1-Φ2/8] =R*Φ2/8 ——(2)

由ℓ= R*Φ 得 ΔD= ℓ*Φ/8= ℓ/8*(πφ/180)= ℓ*π*φ/1440

根据φ=α*ℓ得 ΔD= ℓ2*π*α/1440

若取α1为井斜角°/30m，则ΔD= ℓ2*π*α1/43200 ——(3)

其中：ΔD---套管在弯曲井段的变形量(m)；

φ---单位长度井眼方向的变化率(°/m)；

α1---套管造斜率(°/30m)

2、电泵机组中点变形量Δd

电泵机组中点与套管间隙δ =D-d>0，通常为最大值。

电泵机组中点变形量Δd= ΔD-δ ——(5)

将式(5)代入式(3)，Δd=ℓ2*π*α1/43200-(D-d) ——(6)

由此可知，电泵机组的弯曲变形量与套管的造斜曲率、套管内径、机组平均外径等有关。(在实际计算中机组长度约等所对应的套管长度，通常用L代替ℓ进行计算，且在同一造斜段内，电泵机组中点变形量Δd=ΔD时，电泵能通过)

所以 Δd、L分别替代ΔD、ℓ，代入式(3)中，得到电泵机组造斜率 αp(°/30m)

αp= 43200*Δd/(π*L2)   Δd相当于挠度值。

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