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申请/专利权人：西南石油大学

摘要：本发明公开了一种柱塞气举用柱塞在水平井中下落阻力系数确定方法，根据力学平衡关系分别推导出柱塞在垂直段和倾斜段下落的阻力系数表达式，然后代入柱塞在直井段和斜井段下落的平衡速度，便可计算出柱塞在垂直段和倾斜段下落的阻力系数。本发明在已知柱塞下行的平衡速度时，即可计算出柱塞下行的阻力系数，进而可确定柱塞下落阻力，探究柱塞下落运动规律，对优化水平井柱塞举升工艺具有重大现实意义。

主权项：1.一种柱塞气举用柱塞在水平井中下落阻力系数确定方法，所述确定方法基于力学平衡关系，在已知柱塞下行的平衡速度时，即可计算出柱塞下行的阻力系数，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：划分阻力系数；步骤二：推导柱塞在垂直段下落阻力系数表达式；步骤三：推导柱塞在倾斜段下落阻力系数表达式，其中，所述的划分阻力系数具体为：柱塞在垂直段下落与油管处于同一中心轴线上，在倾斜段受重力作用紧贴油管下壁，因此根据柱塞在水平井油管内下行所处的位置，阻力系数被分为垂直段阻力系数和倾斜段阻力系数；其中，所述的推导柱塞在垂直段下落阻力系数表达式具体为：在垂直段下落时，柱塞居于油管中心，不与油管壁接触，仅受到自身重力、浮力和阻力，当柱塞在垂直段下行达到平衡状态时，力学平衡关系式如下：F重力-F浮力-F阻力＝01其中F重力为柱塞的重力，N；F浮力为柱塞在流体中受到的浮力，N；F阻力为柱塞在流体中下落受到的阻力，N；代入具体表达式： 其中m柱塞为柱塞的质量，kg；g为重力加速度，Nkg；ρ流体为流体的密度，kgm3；V柱塞为柱塞体积，m3；C垂直为柱塞在垂直段下行的阻力系数，无量纲；A柱塞为柱塞横截面积，m2；v柱塞垂直为柱塞在垂直段下行时所达到的平衡速度，ms；整理式2推导出计算柱塞在垂直段下落阻力系数的方程： 其中，所述的推导柱塞在倾斜段下落阻力系数表达式具体为：柱塞在倾斜段下行时，在重力作用下紧贴油管下壁，受自身重力、浮力、摩擦力、支撑力和阻力，当柱塞在倾斜段下行时达到平衡状态，此时柱塞受的合外力为0；沿油管方向力学平衡关系式如下：F重力cosθ-F浮力cosθ-F摩擦力-F阻力＝04其中F摩擦力为柱塞与管壁之间的摩擦力，N；θ为井斜角，油管中轴线与地球铅垂线之间的夹角，°；垂直于油管方向力学平衡关系式如下：F重力sinθ-F浮力sinθ-F支撑力＝05其中F支撑力为柱塞受到管壁的支撑力，N；合并式4和式5并代入具体表达式： 其中f倾斜为倾斜段内柱塞与油管壁的摩阻系数，无量纲；C倾斜为柱塞在倾斜段下行的阻力系数，无量纲；v柱塞倾斜为柱塞在倾斜段下行时所达到的平衡速度，ms；由于式6中存在摩阻系数f倾斜和阻力系数C倾斜两个未知数，需已知2个角度下的平衡速度，其对应的平衡方程： 其中v柱塞倾斜1为柱塞在定井斜角θ1的倾斜油管内下落的平衡速度，ms；v柱塞倾斜2为柱塞在定井斜角θ2的倾斜油管内下落的平衡速度，ms；将式7和式8进行消元，得计算倾斜管内柱塞下落阻力系数的方程：

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