現(xiàn)階段，國內(nèi)大部分陸上油田已進(jìn)入后期，油田初期未動(dòng)用的薄、差油層如今開始開采。由于油藏的地理和環(huán)境因素限制，這部分新投產(chǎn)油井以定向井為主。3GR螺桿泵的諸多優(yōu)點(diǎn)適用于油田中后期開采，所以在生產(chǎn)中需要將3GR螺桿泵舉升方式應(yīng)用于定向井中。而目前定向井螺桿泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算仍沿用直井的設(shè)計(jì)方法，下泵僅設(shè)置在造斜點(diǎn)附近，扶正器布置采用傳統(tǒng)的均布法。實(shí)際上，螺桿泵采油系統(tǒng)在定向井中與在直井中存在較多差異，為建立適用于定向井螺桿泵采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，本文展開了對(duì)螺桿泵在定向井中的通過性分析、抽油桿柱力學(xué)分析、扶正器優(yōu)化布置等方面的研究。
借助三次樣條插值描述井眼軌跡，建立定向井螺桿泵抽油桿柱力學(xué)模型，從軸向力、扭矩、彎矩三個(gè)方面對(duì)抽油桿柱進(jìn)行力學(xué)分析，并分別從靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。提出扶正器優(yōu)化布置方法，根據(jù)抽油桿柱強(qiáng)度、井眼軌跡、桿管尺寸限定的約束條件，對(duì)不同井段布置不同數(shù)目的扶正器，從而實(shí)現(xiàn)扶正器合理布置。
在不改變泵長的前提下，向泵體施加軸向力，使泵所在桿柱發(fā)生撓曲變形，以此提高泵的通過能力，分別建立簡支梁單元模型和曲梁單元模型并分別計(jì)算，在特定條件下泵掛的大允許值，對(duì)下入過程中的泵所在桿件進(jìn)行壓桿穩(wěn)定、泵缸體強(qiáng)度、泵定子強(qiáng)度校核。
提出適用于定向井螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算方法，建立系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。將螺桿泵采油系統(tǒng)分為五個(gè)子模塊，分別建立各個(gè)模塊參數(shù)、設(shè)備數(shù)據(jù)庫，利用Visual C#語言編制了定向井螺桿泵優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)定向井螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)或評(píng)價(jià)。對(duì)于未投產(chǎn)井，根據(jù)油井參數(shù)和現(xiàn)有設(shè)備，油井設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)效率達(dá)到44.18%；對(duì)平均系統(tǒng)效率為21.88%的已投產(chǎn)井，分別通過改變轉(zhuǎn)速、增加下泵、更換螺桿泵和復(fù)合調(diào)整的方式改變工況，均可提高系統(tǒng)效率，高可提高33.06%。本文所做研究為油田后期開采提供了參考，為定向井螺桿泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了手段。
