抽油杆柱的纵向振动特性与共振条件

针对美国中西部研究所关于抽油杆柱纵向振动研究力学模型存在的问题 ,在研究抽油杆柱纵向振动特性时 ,提出将抽油杆柱简化为上端固定于随悬点运动的基础之上 ,下端受液体载荷激励的力学模型。得出单级抽油杆柱纵向自由振动的固有频率以及抽油杆柱对悬点运动和泵柱塞液体载荷两种激励的稳态响应计算公式。指出单级抽油杆柱产生共振的条件是激励频率等于基频的奇数倍。证明APIRP11L《有杆抽油系统的设计计算推荐方法》中关于激励频率等于基频偶数倍时单级抽油杆柱将产生共振的结论是错误的 ,并指明导致这一错误结论的根本原因是所采用的力学模型是错误的     

井下自激振动采油技术模拟试验与应用

为将振源移到井下长期作用于油层,提高振动处理的效果,研制了井下自激振动采油装置.分析了自激振动解堵增油的机理,并通过室内模拟试验,研究了振盘沉没深度、振片直径、振片间距、涡流槽等对波动频率和压力的影响,同时测试了振动波在油层中横向的传播距离,为振动采油装置的设计与工艺优化提供依据.现场试验表明,井下自激振动采油技术是一种投资少、见效快、无污染、有效期长的解堵增产、强化采油新技术.     

细长抽油杆柱振动特性数值研究

抽油杆柱在悬点位移及油柱负荷激励下,发生周期性振动,如何合理的降低或利用杆柱振动,是抽油机节能降耗的研究热点之一。细长杆柱振动的响应机理研究是解决此问题的关键。根据振动力学理论及有限元理论,建立了抽油杆柱振动力学模型,采用数值方法进行求解,获得抽油杆柱在悬点位移激励及油柱负荷激励下的 响应特性,分析了悬点振动波形的叠加规律,提出了降低悬点载荷及提高泵冲程的关键点。并以改变抽油机冲次为例,分析了抽油泵产生超冲程的规律,为合理利用抽油杆柱的振动,达到节能的目的提供了理论基础。     

2 1/2″外滑套式泄油器

目前普遍使用的管式抽油泵,由于它的固定凡尔是不可捞的,在修井作业中起油管时,管内液体就要喷溅。为了解决这个问题,大港油田采油修井大队多年来使用一种外滑套式泄油器,取得良好效果。这种泄油器(见图)装在泵的上方。起完抽油杆后,向油管柱内泵入液体,蹩到一定压力,     

分支井采油气管柱振动特性及动力响应分析

分支井汇流时会给油管柱一个激振力, 当激振力作用在油管柱上, 必然油管柱会产生一个动力响应。如果响应产生的频率与固有频率接近时, 则会发生共振, 从而导致油管柱结构的损坏或加剧油管柱的破坏。在固体力学理论的基础上, 采用有限元分析方法, 利用通用大型有限元软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ , 建立了分支井油管柱汇流有限元力学模型, 分析了油管柱振动固有特性, 并对控制阀距离上部封隔器不同安装位置时的振动频率进行了分析, 最终对油管柱结构动力响应状态进行了数值模拟。该研究为井下控制阀位置的合理安装, 进而保证油管柱安全工作奠定了理论基础。     

抽油杆减振器

1.抽油杆减振器的工作原理及特点 （1）工作原理.当抽油机驴头带动抽油杆往复运动时,由于上下行程载荷的大小和方向的变化引起抽油杆柱产生不同程度的振动,这种振动给抽油杆带来附加的冲击载荷,不但增加了载荷,而且会使抽油杆连接螺纹松脱.抽油杆减振器从改善抽油杆受力状态及其工作条件入手,利用液压弹簧和蝶簧“增载压缩,卸载即恢复”的特性,吸收杆柱振动,降低杆柱载面内的应力,减少动载峰值,有效地防止抽油杆断脱,延长抽油杆寿命.同时,增加抽油泵柱塞的冲程,增加抽油泵的产量,由于弹簧的缓冲特性,吸收抽油设备中的冲击载荷.在抽油杆柱上升过程中又慢慢地释放出来,减少了电机的负荷,降低电能的消耗.使用减振器可以缓冲和减小冲击载荷,有效地减少抽油杆断脱的发生.     

射孔作业过程管柱结构动态响应分析

射孔产生的冲击载荷会使井下管柱发生强烈振动,导致管柱发生弯曲断裂等事故。考虑油套间隙,采用空间梁单元与弹簧单元求解油套之间非线性接触问题,建立了管柱结构动力模型。提取井下射孔压力波监测数据,应用ANSYS软件,编写APDL语言,分析射孔爆轰波作用下油管柱的动态响应,得到了管柱径向位移、接触反力、摩擦阻力、轴力等随井深的变化曲线,以及位移、速度时间历程曲线。由此证明采用弹簧单元来处理油套之间的非线性接触问题的方法是可行的。     

杆式抽油井油管受力和振动分析

通过分析杆式抽油井油管的受力，认为下冲程时液柱对油管下端的作用力不仅包括油管和抽油杆之间环形空间内的液体重量，还包括抽油杆所占空间的液体重量，且抽油杆相对于液柱向下运动的摩擦力也将通过液柱作用在油管下端。在杆式抽油井抽油过程中，动载荷是引起油管自由振动的原因。用振动方程求出的大庆采油六厂喇－2111井的油管自由振动频率与实际测得的自由振动频率相吻合。     

分支井采油管柱激振力分析

采油过程中,油管柱始终处在一个复杂的动力环境之中,承受多种力的激励和响应,从而导致油管柱结构的损坏或加剧油管柱的破坏。而分支井采油机理更为复杂,上部井下控制阀产生的汇流处,是油管柱振动研究中一个新的振源,而油管柱的振动将引起井内流体的压力波动。正确认识分支井汇流引起的管柱振动规律,为避免发生井下油管事故有着重要的意义。基于流体力学理论,采用有限元分析方法,利用通用大型流体力学软件Fluent,建立了分支井采油管柱汇流力学模型,分析了汇流流场的流动状态以及汇流对采油管柱造成的流体激振力。揭示了分支井汇流处管内管外的压力差与井下控制阀进液孔处动压力的关系。为分支井采油管柱的优化设计提供了理论依据。     

相邻扶正器间抽油杆柱纵横耦合振动特性仿真

作为杆管防偏磨设计的主要措施,扶正器配置方案的优化设计一直是油田关注的重点,而对抽油杆柱振动力学的研究是杆管防偏磨设计的基础.鉴于此,将两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合振动问题简化为具有初弯曲的简支梁在交变轴向载荷激励下的纵横耦合振动问题.在交变轴向载荷激励下,基于纵横弯曲梁理论,建立了两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合...     

抽油机井杆柱两级组合节能探讨

油井载荷的大小是决定抽油机能耗的关键。为了达到降低井下载荷的目的,加药、热洗清蜡、下入深抽减载器或抽油杆柱组合均能降低井内载荷。研究表明:在满足强度要求的情况下,较轻的抽油杆柱组合具有投资少、节能降耗等特点,现场应用后抽油机杆柱重力下降17.1个百分点,耗电量减少率可达到11.77%。     

人工举升新技术

介绍了三种人工举升方式最新的15项新技术,包括:游梁式抽油机(7项)、螺杆泵(4项)、气举活塞泵(4项).游梁式抽油机显然是目前应用最为广泛的人工举升技术,它是由地面电机驱动系统提升油管柱中的抽油杆来驱动井下的往复泵工作的.螺杆泵系统是由地面驱动系统旋转抽油杆柱来驱动井下泵转子在弹性定子内举升液体.而在柱塞升举中,一自由移动的柱塞随流体进入油管中,然后通过地层气或从套管环空中注入的气体将段塞(主要是液体段)举升至地面.     

基于油管头实测轴向载荷的泵示功图仿真模型

抽油机井泵况诊断技术是以实测悬点示功图为基础,应用抽油杆柱纵向振动的波动方程可以将悬点示功图转化为泵示功图。建立了抽油机井泵示功图仿真的新方法,该方法以实测油管头轴向载荷与悬点位移的时间历程为已知条件,应用波动方程描述油管柱的轴向振动,建立了油管柱底端轴向载荷的仿真模型,并以此为基础建立了抽油泵泵筒内瞬时液体压力和柱塞液体载荷的仿真模型,从而建立了基于油管头轴向载荷的示功图仿真方法。实测与仿真结果表明:油管头轴向载荷与悬点位移所构成的图形与悬点示功图具有确定的对应关系,基于油管头轴向载荷仿真泵示功图是可行的。所建立的泵示功图仿真模型具有较高的仿真精度,能够满足工程实际应用的要求。     

水平井油管柱射孔振动的有限元分析

射孔时产生的高压气体会使油管柱产生振动,使管柱受力处于恶劣状态。对于水平井,因管柱较长,用解析方法求解其动力学过程非常困难,因此,根据井眼轨迹参数数据,建立了水平井油管柱射孔振动的有限元模型,在水平井造斜段采用了变坐标系统,使油管柱沿轴向方向有位移,在径向受井筒约束。射孔时的冲击波载荷施加于水平井射孔段部位的油管柱纵向方向。以此为基础详细分析了射孔时油管柱的纵向振动位移和速度随时间的变化关系,结果表明,射孔时对油管柱产生纵向振动载荷远高于对油管柱产生的横向载荷,即纵向(轴向)振动起主要作用。同时,分析了油管内等效应力随时间的变化关系,并得出:在射孔后1.0~1.5 s时间范围内,油管柱内将会出现最大等效应力峰值,此应力发生在造斜段,其最大应力峰值载荷的确定为合理设计油管柱和选择减震器个数提供了理论数据。     

定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器布点优化

将定向井抽油杆柱在井筒内横向振动的力学模型简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在井筒约束条件下的横向振动模型。在模型中考虑了交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,并提出了弯曲井筒是轴向运动抽油杆柱横向振动的一项主要激励。综合考虑弯曲井筒对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述井筒对抽油杆柱横向振动的约束,并基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在井筒约束条件下横向振动仿真的数学模型。基于定向井抽油杆柱横向振动仿真模型,建立了扶正器布点优化的数学模型。采用龙格库塔法实现了定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算;通过循环迭代方法实现了扶正器的布点优化。研究结果表明：⑥仿真结果与油田实际情况相符,验证了模型的适用性;②杆管偏磨的危险点为井眼的造斜段与杆柱受压段。井眼造斜段杆管接触力较大,杆柱受压段杆管碰撞剧烈;③优化扶正器配置后,杆体、接箍不与油管接触,扶正器的最大杆管接触力均在许用接触应力以内,保证了抽油杆柱的工作寿命。     

吸振型减振器的研究

为进一步控制或降低装有隔振型减振器的钻柱振动,研究了吸振型减振器,这种减振器利用附加在名铤外面弹性系统的振动来吸收钻柱所承受的井下激振动,附加系统的质量越大,受到激励后的振幅越大,对钻柱的减振作用越显著,吸振型减振器主要由钻铤及接头,外筒,衬筒,弹簧及密封圈等组成,弹簧的刚度和外筒的质量是设计的关键,研究分析表明,吸振型减振器结构简单,吸振部分不传递轴向力和扭矩,不影响钻柱可靠性,每一种型号的吸振器在一定的井下激振频率即一定的钻柱转速下工作,多个吸振器同时工作,减振效果更好。     

�͹�����Һ����񶯷���

油管柱作为油气生产中的重要工具，它的使用寿命一直是工程技术人员关注的焦点。文章从动力学中固液耦合振动的角度出发，研究了油管柱内流体不稳定流动引起的油管柱振动问题。考虑液动压力对油管柱纵向振动的影响，建立了油管柱纵向振动微分方程，并给出了这种情况下油管柱纵向振动的频率方程。通过大天池构造上一口高压气井的实例计算分析，指出井内流体不稳定流动时，油管柱会产生相当高的附加动载。这个动载是造成油管柱在生产过程中发生疲劳破坏的主要原因之一，在今后的油管柱设计中应考虑这一动载的影响     

对抽油井油管柱振动规律的认识

针对抽油井系统工作状况,以油井生产管柱为研究对象,建立了研究油管柱振动特性的力学模型。推导出了描述油管柱振动规律的波动方程、固有频率方程、油管柱振动位移方程等数学模型。研究了引起油管柱产生共振的激励频率与油管柱固有频率的关系等。对抽油井生产过程中油管柱的振动有了新的较全面的认识。     

定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器布点优化

将定向井抽油杆柱在井筒内横向振动的力学模型简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在井筒约束条件下的横向振动模型。在模型中考虑了交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,并提出了弯曲井筒是轴向运动抽油杆柱横向振动的一项主要激励。综合考虑弯曲井筒对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述井筒对抽油杆柱横向振动的约束,并基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在井筒约束条件下横向振动仿真的数学模型。基于定向井抽油杆柱横向振动仿真模型,建立了扶正器布点优化的数学模型。采用龙格库塔法实现了定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算;通过循环迭代方法实现了扶正器的布点优化。研究结果表明：⑥仿真结果与油田实际情况相符,验证了模型的适用性;②杆管偏磨的危险点为井眼的造斜段与杆柱受压段。井眼造斜段杆管接触力较大,杆柱受压段杆管碰撞剧烈;③优化扶正器配置后,杆体、接箍不与油管接触,扶正器的最大杆管接触力均在许用接触应力以内,保证了抽油杆柱的工作寿命。     

抽油杆柱振动对偏磨的影响

1.杆柱受力计算分析 抽油杆柱在运动过程中存在三方面振动：纵向振动、横向振动和扭转振动.通过计算可得到抽油杆柱在运动过程中任意时刻和任意位置的轴向力和屈曲状态,它综合反映了抽油杆柱的纵向振动、横向振动与扭转振动的耦合情况.通过抽油杆柱的轴向力可直观反映抽油杆柱在运动过程中纵向振动规律;通过抽油杆柱与油管柱的接触情况可直观反映抽油杆柱的横向振动规律.以地面示功图为基础对大庆油田X121-5现场油井进行分析计算,并与杆柱轴向力测试仪测试的抽油杆柱轴向力变化情况进行对比,经计算轴向力载荷与测试载荷比较发现：①计算误差不超过10%,计算结果可信;②抽油杆柱在上下冲程中都存在振动,振动在3～8次左右;③抽油杆柱底部与上部的振动规律相同,振动载荷幅值底端小,上端大;④上冲程振动幅值为5kN左右,下冲程振动幅值为10kN左右.