抽油杆偏磨三维力学模型的建立与分析

对抽油机井的杆柱运动状态、杆柱所受的各种摩擦力进行分析与计算,考虑抽油杆柱的约束条件和井斜角、方位角的变化等边界条件后,建立了抽油杆柱的三维受力模型。对模型进行相关分析,找出了在定向井、水平井里容易发生偏磨的部位,从而指导杆柱的优化设计和优化配套防偏磨工艺,解决现场存在的管杆偏磨问题,延长油井的生产周期。     

斜井防偏磨抽油杆柱的设计

针对目前斜井抽油杆柱设计存在的问题,通过对斜井杆柱的受力分析,综合考虑了井斜因素与抽油杆柱在井下的工作受力情况,建立了斜井抽油杆柱载荷的力学模型,从而确定了抽油杆柱、扶正器优化设计的方法。通过软件计算,可确定抽油杆柱的优化组合以及扶正器的合理间距。能有效减少或防止斜井杆管的偏磨现象。     

旁通阀液力反馈抽油泵研究及应用

在稠油井以及偏磨井,由于抽油杆工作条件恶劣,在上冲程时抽油杆的拉应力增加; 而下冲程时阻力大,抽油杆柱的中和点之下处于受压状态,存在交变载荷,造成泵效低、杆管偏磨严重。通过分析井下抽油设备受力状态,对常规抽油泵结构进行了创新和改进,研制了一种旁通阀液力反馈抽油泵。该泵型采用液力反馈技术,为杆柱下行提供动力,克服稠油井、偏磨井井中杆柱下行摩阻,避免下行杆柱弯曲,同时提高泵的充满度,延长有杆泵系统的正常生产周期。泵阀采用弹簧复位球阀,柱塞两端设计防砂结构,适用于斜井、稠油井,并提高了泵效。     

斜井抽油杆柱的力学分析与设计

根据斜井抽油杆柱运动特性,建立了较完整的分析杆柱受力的三维力学模型;利用其所有平衡条件和变形协调关系,分析了杆柱在复杂运动、变形过程中的受力状况,预测了斜井中的悬点最大载荷和最小载荷二个重要参数,以及杆柱任一截面上所有内力分量。实测结果表明与理论计算结果相当吻合。在综合考虑强度、刚度、疲劳寿命的基础上,依据本方法可进行斜井中的抽油杆柱设计及其扶正器的安装位置设计。图4表2参4     

定向井抽油杆三维力学模型及在偏磨中的应用

杆管偏磨是油田开发过程中有杆泵生产面临的重要问题, 井眼弯曲和抽油杆柱失稳屈曲是导致杆管偏磨的重要原因。文章依据微元分析理论, 对运动状态下的抽油杆柱进行了受力分析, 建立了描述抽油杆柱在定向井中受力状态的三维力学模型, 模型采用波动方程的形式, 考虑了井眼轨迹、 杆柱组合、 抽油泵以及流体的影响,通过有限差分法进行求解。实例计算表明, 该模型可以较为准确地预测定向井中抽油杆的偏磨位置以及偏磨程度。     

抽油杆柱三维力学分析及设计系统(DARS)的开发和应用

根据实际井眼轨迹的特征及系统动力学理论建立了抽油杆柱在实际井眼中的动态仿真模型。应用有限差分法对不同抽油杆柱组合在实际井眼中各个节点的三维受力特征及位移做出了较详细的分析,在此基础上利用模块化编程技术开发了三维井眼条件下杆柱设计、力学分析及偏磨点位置预测软件,并对抽油杆柱组合的合理性、杆柱的受力特征、偏磨状况等进行了仿真。对现有抽油杆柱系统进行分析并提出优化方案。软件计算结果与实验井测试数据一致,体现了软件有较好的预测效果和较高的现场实用价值。     

井液流动产生的作用力及其对杆柱受力影响

在分析目前杆管偏磨理论所存在问题的基础上,探讨了井液流动及接箍对抽油杆柱受力的影响,给出了井液在抽油杆柱和油管组成环状管道中流动时产生作用力的计算模型,以及直井中抽油杆柱中和点、轴向力的计算方法,并利用实例进行了验证。实例分析表明：井液流动产生的作用力使杆柱上冲程的轴向力增大,下冲程的受力中和点增加,偏磨范围增大。分析了抽油杆柱在实际运动中的受力状况,为进一步研究杆管偏磨机理打下了理论基础,对杆管偏磨防治措施的研究具有重要的指导意义。     

聚合物驱油井防偏磨措施图模板的研制与应用

随着胜利油田孤岛采油厂聚合物驱油井见效和产出液含聚合物浓度的升高,抽油杆柱偏磨加剧,为此开展了油井防偏磨室内和现场试验研究,取得较好应用效果。但由于油井偏磨状况的差异,给制定防偏磨工艺造成了一定困难。为了使防偏磨措施的制定方法更简单方便,通过大量的计算、测试、统计以及杆柱受力仿真归纳出了单井综合措施分布图。应用单井防偏磨措施优化图模板制定防偏磨措施,计算简单,操作方便,具有很强的实用性。     

井下单螺杆抽油泵杆柱受力分析与设计

在井下单螺杆抽油泵系统中，抽油杆柱既传递扭矩又承受轴向载荷，其受力状态与常规抽油系统中的抽油杆柱大不相同。对井下单螺杆抽油泵杆柱进行了受力分析，并建立了杆柱设计与计算的力学模型。提出了井下单螺杆抽油泵杆柱设计的原则和在二向应力状态下等强度组合杆柱设计和计算的方法：为降低杆柱摩阻和油液压头损失，应尽量采用小规格的D级抽油杆，在小规格的抽油杆柱的最大工作应力大于抽油杆的许用应力时再选用大一规格的抽油杆。此方法可利用计算机编程进行杆柱设计与计算，其程序简单易行，适用于现场工程设计计算。最后给出了设计与计算实例。     

基于井液流动和接箍效应的抽油杆柱偏磨机理

在分析目前杆管偏磨理论所存问题的基础上,探讨了井液流动以及接箍对抽油杆柱受力的影响,建立了井液在抽油杆柱和油管组成环状管道中流动时产生压差力的计算模型,给出了抽油杆柱中和点的计算方法,并利用实例进行了验证。实例分析表明:井液流动产生的压差力随着冲程和冲次乘积的增大而增大,随着抽油杆柱和油管之间过流面积的减小而增大,随着井液动力黏度的增大而增大;压差力造成杆柱的中和点位置上移,偏磨范围增大。该方法弄清了抽油杆柱在实际运动中的受力状况,为进一步研究杆管偏磨机理打下了理论基础,对杆管偏磨防治措施的研究具有重要的指导意义。     

抽油杆柱防偏磨器的研究

为解决抽油机井杆管偏磨问题，研制了一种抽油杆枉防偏磨器，介绍了其结构和工作原理，建立了防偏磨器下部抽油杆柱运动的数学模型，提出了适合于不同抽油机井的抽油杆柱防偏磨器的设计方法。现场应用证明，此装置可有效地降低抽油杆柱动载荷，消除由于杆柱弯曲而产生的杆柱偏磨和脱螺纹现象，显著提高杆柱的断脱周期，降低抽油机的悬点载荷，不增加有杆抽油系统的冲程损失，提高油田的整体经济效益。     

基于磨损润滑理论的杆柱寿命预测及多目标优化

针对目前抽油杆偏磨预测方法的不足,引入Archard磨损计算模型和流体润滑原理,在三维杆柱力学理论基础上获得杆管间接触压力,经几何分析得到杆管接触面积,通过迭代计算得出杆柱磨损深度,并使用修正古德曼图对磨损后的杆柱应力进行校验,从而建立了一种杆柱寿命预测方法。该方法较之前的寿命预测模型增加了磨损表面粗糙度、材料硬度、环境温度等因素的考虑,使得现有杆柱偏磨理论更加完善。在此基础上,提出以产量、系统效率和杆柱寿命为目标,以经济效益为目标函数的有杆泵多目标优化方法,通过抽汲参数的优选实现经济效益最大化。以实例计算验证偏磨预测模型的准确性,并解释论证了油井含水体积分数对杆柱偏磨的影响。     

抽油机偏磨井防偏磨综合技术

根据抽油机井出现管杆偏磨的原因和机理，制定出减缓偏磨的综合防治措施和方法：即采用弹性抽油杆抗磨扶正器及多功能自由式抽油杆扶正器对杆柱进行有效的扶正，减少杆柱受压；采用抽油杆旋转装置，使杆柱均匀磨损，延长杆柱寿命；采用油管锚定技术及安装油管旋转装置，防止管柱弯曲，减少油管磨损；采用合理的防偏磨抽油泵及合理工作制度等措施进一步提高防偏磨能力。现场应用证明，制定的综合防偏磨措施能有效减轻油井偏磨。     

基于 Algor 有限元软件的杆管偏磨研究

运用Algor有限元软件对抽油杆柱和油管进行实体建模和网格划分,以抽油杆柱力学规律和运动模型为基础,建立了抽油杆柱仿真运动模型,以抽油机悬点运动规律、抽油杆柱下端（泵柱塞）受力和杆柱沿程重力分布为约束条件,计算分析了在一个抽汲周期内不同时刻抽油杆柱沿程径向位移分布规律、最大径向位移和中性点分布特征,对比分析了扶正器安装前后抽油杆柱径向位移的变化,为防偏磨扶正器安装设计提供理论依据;以油井的现场偏磨情况与理论仿真结果进行对比分析,验证了仿真结果的正确性。     

抽油杆柱磨损分析与安全性评价

杆柱使用寿命方面,传统的计算方法通过预测磨损量来计算杆柱的疲劳极限,没有考虑井下复杂情况以及预测参数的不确定性,计算结果不能很好地反映杆柱工况以及安全性。针对这一问题,建立基于GA-SVM和蒙特卡洛模拟的抽油杆柱磨损分析与安全评价模型。根据抽油杆柱受力分析,获得杆柱井下受力情况,利用GA-SVM建立井下影响因素与抽油杆柱磨损率之间的映射关系;充分考虑井下参数的不确定性,利用蒙特卡洛模拟法计算抽油杆柱的安全可靠程度,并结合安全等级进行寿命分析。分析结果可与现场实际情况一致,同时,寿命计算具有较高的预测精度。该方法具有一定的现场适用性,能够为现场技术人员提供杆柱磨损与安全分析处理依据。     

斜井防偏磨抽油杆柱工艺研究与应用

针对斜井采油难度大,因井斜造成杆柱偏磨,导致抽油杆断脱、油管漏等问题,研究应用了一些防偏磨措施,有效地减少了杆柱的偏磨,提高了油井时率,延长了检泵周期,大大提高经济效益。     

水驱抽油机井杆管偏磨力学机理研究

垂直井中抽油杆柱产生偏磨现象是下冲程抽油杆柱在油管内产生屈曲变形引起的，文章分析了引起抽油杆柱偏磨的力学原因，编制了抽油杆柱受力计算程序，并用于实际计算。     

新型防脱防偏磨装置设计

抽油杆偏磨断脱是制约油田高效采油的关键因素。为节约采油成本,提高采油效率,提出一种新型防脱防偏磨装置。该装置兼具防偏磨、防脱扣、防砂卡和减阻的功能。通过杆柱受力分析、装置整体有限元分析与拉压试验和疲劳试验相结合,确定了中和点位置以及结构的安全可靠性,对扶正套外流场进行数值模拟分析,分析结果表明:流经扶正套的压力损失约为2.2 kPa;新型防脱防偏磨装置节流效应不大,压力损失小,能耗低,进一步验证了其过流能力。通过防偏磨试验和防脱扣试验确定了新型抽油杆防脱防偏磨装置工作性能的可靠性。新型防脱防偏磨装置能降低抽油杆柱的断脱率,可为相关设计和应用提供借鉴与参考。     

斜井抽油杆柱防偏磨工艺技术研究与应用

针对长庆油田油房庄作业区斜井采油难度大,因井斜造成杆柱偏磨,导致抽油杆断脱、油管漏等问题,研究应用了一些防偏磨措施,有效地减少了杆柱的偏磨,提高了油井时率,延长了检泵周期,大大提高了经济效益。     

基于偏磨分析的杆柱磨损寿命预测模型

针对杆柱发生磨损后的寿命预测问题,基于井下抽油杆与油管随时间磨损的特点,应用ΠΡΟΗΝΚΟΒ提出的磨损计算公式,推算出杆柱在大狗腿度处以及杆柱组合下部受压部分的磨损厚度和磨损面积与时间的关系,并根据抽油杆横截面积减小造成抽油杆磨损处的应力增加的原理,建立了一套可以预测杆柱寿命的模型。该模型可以在已知井眼轨迹和杆柱结构的前提下预测抽油杆柱的断脱位置和断脱时间。通过实例计算验证了该模型的准确性,并通过该模型分析了旋转井口有助于延长抽油杆柱磨损寿命的原理。