[0081] 在本發(fā)明的一個(gè)示例中，分層采油單流閥彈簧為分層采油橋式分采器的單流閥中 的圓柱形的螺旋彈簧，且螺旋彈簧的彈簧絲的截面形狀為圓形，彈簧的半徑為螺旋彈簧的 彈簧絲的半徑和彈簧螺旋半徑。彈簧的有效圈的剛度的表達(dá)式為：
[0082] ⑴
[0083] 其中，K表示彈簧的有效圈的剛度，單位為N/mm ;
[0084] G表示切變模量，單位為MPa ;
[0085] r表示彈簧絲的半徑，單位為mm ;
[0086] R表示彈簧螺旋半徑，單位為mm ;
[0087] η表不彈黃的有效圈數(shù)；
[0088] e表示約等于2. 718281828的無(wú)理數(shù)。
[0091] 其中，f表不彈黃在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷，單位為MPa ;[0092]K表示彈簧的有效圈的剛度，單位為N/mm ;[0093] η表不彈黃的有效圈數(shù)；[0094]F表示彈簧所受的液柱壓力，單位為MPa ;[0095]R表示彈簧螺旋半徑，單位為mm ;[0096]I表示彈簧材料的極慣性矩，單位為m4;[0097] α表示螺旋彈簧的螺旋角度，單位為度；[0098]π表示圓周率，取值為3. 1415926 ;[0099] G表示切變模量，單位為MPa ;[0100] E表示彈簧材料的彈性模量，單位為MPa。[0101] 具體地，彈簧所受的液柱壓力表達(dá)式為：
[0089] 在確定彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷的步驟中，在不考慮油井中的井液對(duì)彈簧浮 力的情況下，分采器中的彈簧在受到油井中的油管內(nèi)液柱壓力、油套環(huán)空液柱壓力、分采器 下部地層壓力的作用下，在彈簧截面上受到的載荷即彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷。其中 油套環(huán)空為油管與套管之間形成的空腔。彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷的表達(dá)式為： (2)
[0090]
[0102] F= (Η!-Η2)p-ΔP (3)
[0103] 其中，F(xiàn)表示彈簧所受的液柱壓力，單位為MPa;
[0104] K表不彈黃的有效圈的剛度，單位為N/mm;
[0105] 氏表示分采器至油井的井口之間的距離，單位為m;
[0106] H2表示分采器至油井中的動(dòng)液面之間的距離，單位為m;
[0107] P表示從油井中所采出的采出液的密度，單位為kg/m3;
[0108] ΔΡ表示分采器下部地層壓力，單位為MPa。
[0109] 由上述表達(dá)式可以看出，彈簧受到的液柱壓力包括彈簧受到油管內(nèi)的液柱壓力和 油套環(huán)空液柱壓力。將公式（3)代入公式（2)中，由此可以獲得彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的 載荷。
[0110] 在獲得彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷之后，基于所獲得的彈簧的有效圈的剛度和 彈簧所受的液柱壓力確定彈簧的剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力的表達(dá)式為：
[0111]
( 4 )
[0112] F= (Η!-Η2)ρ-δΡ (3)
[0113] 其中，τ表示剪切應(yīng)力，單位為MPa;
[0114] D表示螺旋彈簧的螺旋直徑，單位為mm;
[0115] d表示螺旋彈簧的彈簧絲的直徑，單位為mm;
[0116] 氏表示分采器至油井的井口之間的距離，單位為m;
[0117] H2表示分采器至油井中的動(dòng)液面之間的距離，單位為m;
[0118] P表示從油井中所采出的采出液的密度，單位為kg/m3;
[0119] ΔΡ表示分采器下部地層壓力，單位為MPa;
[0120] π表示圓周率，取值為3. 1415926。
[0121] 由公式（3)和公式⑷可以看出，彈簧的剪切應(yīng)力與彈簧所受的液體壓力、螺旋彈 簧的螺旋直徑和螺旋彈簧的彈簧絲直徑有關(guān)。
[0122] 在確定彈簧的剪切應(yīng)力之后，基于該剪切應(yīng)力可以獲得彈簧的柔度系數(shù)，柔度系 數(shù)的表達(dá)式為： 則
⑴
[0124] 其中，δ表示柔度系數(shù)；
[0125] 匕表示分采器中螺旋彈簧的長(zhǎng)度，單位為mm;
[0126] 匕表示螺旋彈簧中的相鄰兩層螺旋之間的距離，單位為mm;
[0127] R表示彈簧螺旋半徑，單位為mm;
[0128] f表示彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷，單位為MPa;
[0129] r表示彈簧絲的半徑，單位為mm;
[0130] E表示彈簧材料的彈性模量，單位為MPa;
[0131] τ表示剪切應(yīng)力，單位為MPa;
[0132] π表示圓周率，取值為3. 1415926 ;
[0133]e表示約等于2. 718281828的無(wú)理數(shù)。
[0134] 最后，在獲得彈簧的柔度系數(shù)之后，就能夠確定分層采油單流閥彈簧的彈性系數(shù)。 分層采油單流閥彈簧的彈性系數(shù)的表達(dá)式為：
[0135] ，八 (6)
[0136] 其中，ζ表示分層采油單流閥彈簧的彈性系數(shù)；
[0137]δ表示柔度系數(shù)；
[0138]e表示無(wú)理數(shù)，取值為2. 718281828。
[0139] 當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，在方程（1)-(6)中的參數(shù)，即r、f、K、δ、τ、ζ六 個(gè)參數(shù)均可以通過(guò)計(jì)算機(jī)編程或人工求解的方式得到，而且上述6個(gè)方程中的其它參數(shù)均 可通過(guò)實(shí)際測(cè)得或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到。由于該實(shí)際測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)方法均是本領(lǐng)域技術(shù)人員 所熟知的，因而在此不詳述。
[0140] 本發(fā)明提供的油井分層采油單流閥彈簧彈性系數(shù)的確定方法在華北油田的10余 口油井應(yīng)用一次成功率100 %。特別是在晉ΧΧΧ-344油井施工后，油井單井產(chǎn)量日平均增加 6. 5噸以上，且平均日降水為7.lm3。
[0141] 參見(jiàn)圖2,該井于2014年04月地質(zhì)方案要求上段37#、39 #層，與下段41#、42#、45# 進(jìn)行分層采油；分層采油要求：上段37#、39#層，20m3/d;下段41#、42#、45#層，10m3/d;下栗要 求：日產(chǎn)液30m3,液面1500m。
[0142] 采油工程依據(jù)地質(zhì)方案，采用橋式分采器進(jìn)行分采施工。
[0143] 步驟一：確定彈簧的有效圈的鋼度
[0144] 分層采油橋式分采器中采用圓柱螺旋彈簧，彈簧的剛度K有效圈數(shù)的剛度決定。
[0145] 彈簧的有效圈的剛度的表達(dá)式為：
[0146]
[0147] 其中，K表示彈簧的有效圈的剛度，單位為N/mm;G表示切變模量，取值為G= 78700MPa;r表示彈簧絲的半徑，單位為mm，且彈簧絲的半徑取值范圍r> 4mm;R表示 彈簧螺旋半徑，R= 20mm;n表示彈簧的有效圈數(shù)，取值為η= 6 ;e表示無(wú)理數(shù)，約等于 2.718281828〇
[0148] 步驟二：確定彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷
[0149] 在不考慮井液對(duì)彈簧浮力的情況下，分采器中的彈簧在受到受管內(nèi)液柱壓力、油 套環(huán)空液柱壓力、分采器下部地層壓力的作用下，在彈簧截面上受到的載荷即彈簧在運(yùn)動(dòng) 過(guò)程中所受的載荷。
[0150] 彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷的表達(dá)式為：
[0151]
[0152] 其中，f表示彈簧在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的載荷，單位為MPa ;Κ表示彈簧的有效圈的剛 度，單位為N/mm;η表示彈簧的有效圈數(shù)，其中取值為η= 6 ;F表示彈簧所受的液柱壓力， 單位為MPa;R表示彈簧螺旋半徑，且取值為R= 20mm;1表示彈簧材料的極慣性矩，取值為 I= 1. 729X10 3m4;α表示螺旋彈簧的螺旋角度，取值為α= 9. 5度；31表示圓周率，取值 為3. 1415926 ;G表示切變模量，取值為G= 78700MPa;E表示彈簧材料的彈性模量，取值為 E= 3. 5X10nPa= 3. 5X105MPa〇
[0153] 其中，彈簧所受的液柱壓力F可以通過(guò)下述公式進(jìn)行計(jì)算：
[0154] F=(H「H2)P-ΔP
[0155] 其中，F(xiàn)表示彈簧所受的液柱壓力，單位為MPa;K表示彈簧的有效圈的剛度，單位 為N/mm訊表示分采器至油井的井口之間的距離，取值為1= 2650m;Η2表示分采器至油井 中的動(dòng)液面之間的距離，取值為氏=1165m;Ρ表示從油井中所采出的采出液的密度，Ρ= 9127kg/m3;ΔΡ表示分采器下部地層壓力，取值為ΔΡ= 10. 5MPa。
[0156] 步驟三：確定彈簧的剪切應(yīng)力
[0157] 螺旋彈簧的截面為圓形，其剪切應(yīng)力為：
[0158]
[0159] 其中，τ表示剪切應(yīng)力，單位為