油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确 定方法。
【背景技术】
[0002] 20世纪70年代初期，大庆、新疆油田针对非均质砂岩油田具有油层多、层间物性 差异大、层间干扰严重的特点，提出了分层采油的概念，认为分层开采是合理开发油田，提 高采油速度，保证油田具有较高的最终采收率的基本手段之一。
[0003] 实现多油层的分层开采，要求分层采油配套工具具有以下功能：产层产液单向过 流进入油管，油管内各产层产液多级过流进行抽油栗、产层间实现有效封隔以消除层间干 扰。桥式分采器采用导向阀罩对阀球导向侧向进液，通过流阀建立了上下产层产液在油管 内的桥式过流通道，各产层产液在油管内汇合，由抽油栗举升至地面。分层采油桥式分采器 单流阀弹簧不仅能储存和吸收能量，而且能缓和冲击，减小振动，使其单流阀球平稳运行， 延长其使用寿命。因此，如何确定油井分层采油桥式分采器单流阀弹簧弹性系数是确保分 层采油成功的关键。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种 油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方法。所述技术方案如下：
[0005] 本发明的一个目的是提供了一种油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方法。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方 法，所述确定方法包括以下步骤：
[0007] (1)基于所述分层采油单流阀弹簧的有效圈数和所述弹簧的半径确定所述弹簧的 有效圈的刚度；
[0008] (2)基于所获的所述弹簧的有效圈的刚度确定所述弹簧在运动过程中所受的载 荷；
[0009] (3)基于所获得的所述弹簧的有效圈的刚度和所述弹簧所受的液柱压力确定所述 弹簧的剪切应力；
[0010] (4)基于所获得所述载荷和所述剪切应力确定所述弹簧的柔度系数；
[0011] (5)基于所述柔度系数确定所述分层采油单流阀弹簧的弹性系数。
[0012] 具体地，所述弹簧为分层采油桥式分采器的单流阀中的圆柱形的螺旋弹簧，且所 述螺旋弹簧的截面形状为圆形。
[0013] 进一步地，在步骤（1)中，所述弹簧的半径包括所述螺旋弹簧的弹簧丝的半径和 弹簧螺旋半径。
[0014] 进一步地，在步骤（2)中，确定所述弹簧在运动过程中所受的载荷为在不考虑所 述油井中的井液对所述弹簧的浮力的情况下，所述弹簧在收到所述油井中油管内液柱压 力、所述油井中的油套环空液柱压力和所述分采器下部地层压力的作用下，在所述弹簧截 面上受到的载荷。
[0015] 具体地，在步骤（3)中，所述液柱压力包括所述弹簧受到所述油管内的液柱压力 和所述油套环空液柱压力。
[0016] 具体地，所述弹簧的有效圈的刚度的表达式为：
[0017]
[0018] 其中，K表示所述弹簧的有效圈的刚度，单位为N/mm;
[0019] G表示切变模量，单位为MPa;
[0020] r表示所述弹簧丝的半径，单位为mm;
[0021] R表示所述弹簧螺旋半径，单位为mm;
[0022] η表示所述弹簧的有效圈数；
[0023] e表示无理数，取值为2. 718281828。
[0024] 具体地，所述弹簧在运动过程中所受的载荷的表达式为：
[0025]
[0026] 其中，f表示所述弹簧在运动过程中所受的载荷，单位为MPa;
[0027] K表示所述弹簧的有效圈的刚度，单位为N/mm;
[0028] η表示所述弹簧的有效圈数；
[0029] F表示所述弹簧所受的液柱压力，单位为MPa;
[0030] R表示所述弹簧螺旋半径，单位为mm;
[0031 ]I表示弹簧材料的极惯性矩，单位为m4;
[0032] α表示所述螺旋弹簧的螺旋角度，单位为度；
[0033] π表示圆周率，取值为3. 1415926 ;
[0034]G表示切变模量，单位为MPa;
[0035]E表示弹簧材料的弹性模量，单位为MPa。
[0036] 具体地，所述剪切应力的表达式为：
[0037]
[0038] 其中，τ表示所述剪切应力，单位为MPa;
[0039]D表示所述螺旋弹簧的螺旋直径，单位为mm;
[0040] d表示所述螺旋弹簧的弹簧丝的直径，单位为mm;
[0041] 氏表示所述分采器至所述油井的井口之间的距离，单位为m;
[0042] 氏表示所述分采器至所述油井中的动液面之间的距离，单位为m;
[0043] P表示所述从所述油井中所采出的采出液的密度，单位为kg/m3;
[0044]ΔP表示所述分采器下部地层压力，单位为MPa;
[0045]π表示圆周率，取值为3. 1415926。
[0046] 进一步地，所述弹簧所受的液柱压力表达式为：
[0047] F=(H「H2)P - ΔP
[0048] 其中，F表示所述弹簧所受的液柱压力，单位为MPa;
[0049] K表示所述弹簧的有效圈的刚度，单位为N/mm;
[0050] Hi表示所述分采器至所述油井的井口之间的距离，单位为m;
[0051]氏表示所述分采器至所述油井中的动液面之间的距离，单位为m ;
[0052]P表示所述从所述油井中所采出的采出液的密度，单位为kg/m3;
[0053]ΔP表示所述分采器下部地层压力，单位为MPa。
[0054] 具体地，所述柔度系数的表达式为：
[0055]
[0056] 其中，δ表示所述柔度系数；
[0057]匕表示所述分采器中所述螺旋弹簧的长度，单位为mm ;
[0058] h2表示所述螺旋弹簧中的相邻两层螺旋之间的距离，单位为mm ;
[0059]R表示所述弹簧螺旋半径，单位为mm ;
[0060] f表示所述弹簧在运动过程中所受的载荷，单位为MPa;
[0061] r表示所述弹簧丝的半径，单位为mm;
[0062] E表示弹簧材料的弹性模量，单位为MPa;
[0063] τ表示所述剪切应力，单位为MPa;
[0064] π表示圆周率，取值为3. 1415926 ;
[0065] e表示约等于2. 718281828的无理数。
[0066] 具体地，所述分层采油单流阀弹簧的弹性系数的表达式为：
[0067]
[0068] 其中，ζ表示所述分层采油单流阀弹簧的弹性系数；
[0069] δ表示所述柔度系数；
[0070] e表示无理数，取值为2. 718281828。
[0071] 本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的油井分层采油单流阀弹簧弹 性系数的确定方法依据分层采油各层的含水量和需要控制各产层的产液量，通过确定桥式 分采器油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方法，达到降水增油的目的，在现场10余 口油井中应用该方法，使得平均日增油2. 7t/d，且平均日降水5.lm3/d，效果显著提高。
【附图说明】
[0072]图1是根据本发明的一个实施例的油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方 法的流程图；
[0073] 图2是华北油田井段基本数据表。
【具体实施方式】
[0074] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0075] 参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的油井分层采油单流阀弹簧弹性系 数的确定方法的流程。油井分层采油单流阀弹簧弹性系数的确定方法包括以下步骤：
[0076] (1)基于分层采油单流阀弹簧的有效圈数和弹簧的半径确定弹簧的有效圈的刚 度；
[0077] (2)基于所获的弹簧的有效圈的刚度确定弹簧在运动过程中所受的载荷；
[0078] (3)基于所获得的弹簧的有效圈的刚度和弹簧所受的液柱压力确定弹簧的剪切应 力；
[0079] (4)基于所获得载荷和剪切应力确定弹簧的柔度系数；
[0080] (5)基于柔度系数确定分层采油单流阀弹簧的弹性系数。