碳纤维连续抽油杆超冲程问题研究

碳纤维连续抽油杆使用时,柱塞的运动存在超冲程现象,且超冲程的影响规律不明,导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。鉴于此,将抽油杆运动分解为由悬点位移和泵时变载荷激励的两个子运动,分别建立相应的数学模型,采用有限差分法对模型进行求解。根据所建模型分析了冲次和杆柱组合对柱塞超冲程的影响,分析结果表明:悬点位移激励产生的柱塞超冲程随着冲次的增加而单调增加,泵时变载荷引起的柱塞超冲程则有正有负;柱塞的超冲程是由悬点位移和泵时变载荷共同作用产生;有杆采油系统均存在超冲程现象,碳纤维-钢混合杆柱的能耗和泵效均优于全钢杆。研究结果可为现场充分利用碳纤维抽油杆的优势提供理论依据。     

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。     

斜直井有杆泵抽油系统抽吸参数的计算

通过将斜直井与竖直井游梁式抽油机的悬点载荷对比,得出了大角度斜直井所用抽油机的上冲程悬点载荷没有太大变化,而下冲程时,悬点载荷却要减小很多的结论。为了使斜直井抽油机能合理地工作,文中对抽油杆柱进行了受力分析,论述了斜直井游梁式抽油机冲程长度和冲次的计算方法。     

斜直井有杆泵抽油系统抽汲参数的计算

通过对比斜直井与竖直井游梁式抽油机悬点载荷,得出了在大角度斜直井条件下上冲程悬点载荷不会有很大变化,而下冲程悬点载荷却要显著减小的结论。为了使斜直井抽油机能合理地工作,对抽油杆柱受力进行了分析,并论述了计算斜直井游梁式抽油机冲程长度和冲次的方法。     

碳纤维抽油杆采油系统柱塞超冲程产生机理

碳纤维抽油杆由于其本身的优势在油田得到推广;但在使用时存在柱塞超冲程现象,导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。采用运动分解的方法将抽油杆运动分解为由悬点位移激励和泵载荷激励的两个子运动,并建立相应数学模型,采用有限差分法求解,与现场数据对比,验证了模型的准确性。同时,建立了柱塞超冲程的仿真模型,分析了柱塞超冲程的产生机理及冲数、悬点冲程、泵径、泵挂和碳杆占比对柱塞超冲程的影响。仿真和分析结果表明：①柱塞相对超冲程由悬点位移激励的同频超冲程和泵载激励的谐振超冲程组成;②加载完成时悬点的速度、杆柱的谐振性能参数越大,谐振截止相位越接近3π/2,柱塞谐振超冲程越大;阀二次动作会削弱柱塞谐振超冲程;同频超冲程随抽油杆柱的固有频率增加而下降,随冲数和悬点冲程增加而上升;③柱塞相对超冲程随冲数的增加波动上升,随悬点冲程的增加先下降、后上升,随泵径的增加先上升、后下降,随泵挂的增加单调上升;④在极值冲数或较高冲数、极值碳杆占比（杆柱固有频率最低时的碳杆占比）,高泵挂时,柱塞超冲程现象明显。     

碳纤维抽油杆采油系统柱塞超冲程产生机理

碳纤维抽油杆由于其本身的优势在油田得到推广；但在使用时存在柱塞超冲程现象，导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。采用运动分解的方法将抽油杆运动分解为由悬点位移激励和泵载荷激励的两个子运动，并建立相应数学模型，采用有限差分法求解，与现场数据对比，验证了模型的准确性。同时，建立了柱塞超冲程的仿真模型，分析了柱塞超冲程的产生机理及冲数、悬点冲程、泵径、泵挂和碳杆占比对柱塞超冲程的影响。仿真和分析结果表明：①柱塞相对超冲程由悬点位移激励的同频超冲程和泵载激励的谐振超冲程组成；②加载完成时悬点的速度、杆柱的谐振性能参数越大，谐振截止相位越接近3π/2，柱塞谐振超冲程越大；阀二次动作会削弱柱塞谐振超冲程；同频超冲程随抽油杆柱的固有频率增加而下降，随冲数和悬点冲程增加而上升；③柱塞相对超冲程随冲数的增加波动上升，随悬点冲程的增加先下降、后上升，随泵径的增加先上升、后下降，随泵挂的增加单调上升；④在极值冲数或较高冲数、极值碳杆占比（杆柱固有频率最低时的碳杆占比），高泵挂时，柱塞超冲程现象明显。     

抽油机悬点与抽油杆柱运动协调及临界冲次研究

稠油粘度高,抽油杆柱在井筒流体中运动摩阻大,特别是下冲程,可能会造成抽油杆柱下不去或抽油杆柱滞后于抽油机悬点的运动而产生冲击载荷等,影响油井的正常生产.为此,基于常规游梁式抽油机与宽带式抽油机悬点运动特性及抽油杆柱受力分析,建立了宽带式抽油机悬点运动规律和抽油杆柱在井筒液体中自由下行运动规律的计算模型,分析了悬点运动与抽油杆柱下行运动的协调性,计算了临界冲次.研究结果表明,抽油杆柱在井筒流体中自由下行时,先做变加速运动,当速度增加、下行粘滞力增大到使抽油杆柱受力平衡时,速度达到最大值,开始做匀速运动;等值粘度越小,抽油杆柱达到匀速运动的时间越长,最大下行速度越大;抽油机悬点与抽油杆柱下行运动之间存在临界冲次,当油井生产冲次小于等于临界冲次时,抽油机悬点与抽油杆柱下行运动才能协调;临界冲次随井筒流体粘度的增加而降低,在相同等值粘度的条件下,长冲程、慢冲次有利于抽油机悬点与抽油杆柱下行运动的协调,从而保证稠油的高效开采.     

准匀速悬点运动下抽油杆柱的振动分析

应用机械振动理论,对准匀速悬点运动下抽油杆柱的振动问题进行了研究,除在上下冲程交替时外,这类抽油机悬点的运动接近匀速运动,在这种悬点位移作用下,将引起抽油杆柱的振动,导致杆柱中的动应力,结果表明,杆柱中的最大振动位移随深度增加量值逐渐增, 大动应力随深度增加而逐渐减小。最大动应力不是随深度呈线性变化,而是呈二次函数关系。     

影响有杆抽油系统性能参数的因素分析

文章讨论泵径、冲程、冲次及抽油杆柱组合等因素对抽油系统最大悬点栽荷、最大扭矩、最大应力范围比和冲程损失的影响。实例分析结果表明，根据不同冲程、冲次、泵径组合，可以在给定下泵深度、动液面条件下进行抽汲参数的优选，并可进一步进行杆柱组合的优化设计。     

结蜡油井示功图跟踪测试与分析

根据抽油机井基本工作原理、运动学和动力学原理,对油井示功图所反映出的悬点受力进行分析,从而得到油井工况的详细信息.结蜡造成油流空间减小,增加了油流阻力和压力梯度,造成泵上压力增大,作用在泵上的液柱载荷增加是上冲程载荷增大的主要原因,增大的泵上压力对抽油杆的浮力增加是下冲程载荷减小的主要原因.摩擦力变化不是结蜡井载荷变化的主要原因.结蜡越严重,最大载荷就越大,最小载荷就越小,应根据示功图上分析出的结蜡信息,对结蜡油井及时采取措施,减轻对生产的影响,避免事故发生.     

抽油泵能量补偿装置对抽油机系统的影响

通过对复合活塞的受力分析，导出安装抽油泵能量补偿装置后抽油机悬点载荷的计算公式，进而对抽油机悬点载荷、曲柄轴净扭矩、电动机实耗功率及抽油机系统效率进行了计算和分析。结果表明，安装抽油泵能量补偿装置后可使抽油机悬点最大载荷下降、悬点最小载荷增加，曲柄轴净扭矩最大值下降、负扭矩减小，电动机实耗功率减少，系统效率提高。指出安装抽油泵能量补偿装置后应对抽油杆下部采取有效扶正措施，防止下冲程时抽油杆柱下部失稳。     

基于LuGre摩擦模型的定向井有杆抽油系统动态参数预测

针对定向井有杆抽油系统井下摩擦的非线性特征,提出了一种基于LuGre摩擦模型的有杆抽油系统动态预测方法。介绍了LuGre摩擦模型,并确定了符合工程实际的模型参数。将抽油杆柱的振动视为多级杆的纵向振动,对杆柱单元进行了受力分析,建立了有限元形式的杆柱系统动力学方程。结合泵载荷边界条件,利用状态空间法对系统动力学方程进行了数值求解,获得了悬点载荷随冲程变化的地面示功图。给出了基于LuGre摩擦模型的动态预测实例,并将预测结果与采用经典库仑-黏滞摩擦模型预测所得结果以及实测结果进行了对比。结果表明:LuGre摩擦模型能较好地描述抽油系统井下摩擦状况,基于LuGre摩擦模型的预测结果更接近系统真实值。     

碳纤维连续抽油杆冲程损失计算方法

碳纤维连续抽油杆的应用越来越广泛，但目前尚无专用于该类抽油杆冲程损失的计算方法，而用计算钢质抽油杆冲程损失的常规方法其误差很大，甚至常因计算误差太大而导致出现井下撞泵现象。通过对碳纤维连续抽油杆的材质进行分析，在考虑碳纤维连续抽油杆自身结构特征的基础上，结合作业温度变化对碳纤维复合材料与各种复合材料弹性模量的影响，并考虑到抽油杆振动所带来的影响，建立了适用于碳纤维连续抽油杆冲程损失的计算模型。计算实例表明，与常规计算方法相比，碳纤维连续抽油杆冲程损失计算模型的冲程损失计算结果误差由33.1%降至3.6%，完全满足现场对于冲程损失计算的精度要求。研究结果表明，建立的碳纤维连续抽油杆冲程损失计算模型可以解决碳纤维连续抽油杆应用中存在的冲程损失计算误差大、防冲距调整不精确的问题。      

碳纤维连续抽油杆的高温弹性模量测试研究

用建立的碳纤维连续抽油杆高温弹性模量动力学法测试系统,测试出碳纤维连续抽油杆环境温度在常温到150℃之间的弹性模量。试验结果表明环境温度在常温到130℃之间时,碳纤维连续抽油杆的弹性模量变化较小,仅为0.32%;超过130℃时,弹性模量变化增大,但变化量仍然只有0.71%。采用碳纤维连续抽油杆采油系统行为预测模型软件的分析表明,这种抽油杆环境温度在常温到150℃之间时,其弹性模量对系统的主要参数如产量、冲程、悬点载荷、能耗等均无大的影响,为碳纤维连续抽油杆的实际应用提供了理论依据。     

异相平衡抽油机增产效果的理论分析

介绍了用振型叠加法求解抽油杆振动波动方程的方法,并求出了悬点运动使泵柱塞产生的超冲程;还给出了综合考虑抽油杆、油管变形对泵的冲程损失、超冲程、气体及泵充满程度等产生影响时的泵排量系数的计算公式;比较了异相机不同工况下的增产效果,分析了异相机的增产机理。     

试论冲程长度对游梁式抽池机的影响

通过对国内外部分游梁式抽油机的对比分析,讨论了冲程长度与扭矩因数、悬点载荷、杆件尺寸等参数的关系,作出了抽油机参数随冲程长度变化的图和表。对图、表的分析表明,发展冲程长度为6m的长冲程游梁式抽油机是可行的。     

试论冲程长度对游梁式抽油机的影响

通过对国内外部分游梁式抽油机的对比分析,讨论了冲程长度与扭矩因数、悬点载荷、杆件尺寸等参数的关系,作出了这些参数随冲程长度变化的图表。通过对图表的分析,说明发展长冲程游梁式抽油机是可行的。     

链条式抽油机的悬点动载分析及冲程次数和冲程长度的选择

文章介绍了链条式抽油机的结构特点和运动规律。分析了该设备的悬点动载,进一步论述了链条式抽油机设计计算几点基本原则。本文还从有杆泵抽油工艺的角度,对链条式抽油机悬点的冲程长度和冲程次数进行了讨论。     

矿场应用钢丝绳抽油杆初见成效

文中介绍了我国两个油田试用钢丝绳抽油杆油系统的情况，用现场得到的试验数据对钢丝绳抽油杆抽油系统使用效果及产量和泵效提高的原因进行了初步分析，认为：钢丝绳抽油杆可以减少接箍数量和事故发生的次数，减轻作业工的劳动强度，提高起下速度，增加泵的有效冲程，提高泵的冲程效率，检泵作业时间延长，悬点载荷减少，经济效益显著等。文中同时指出了钢丝绳抽油杆油系统试用中存在的问题，展望了钢丝绳抽油杆的推广应用前景，并对     

校核组合实心抽油杆柱强度的图解法

在某一给定条件下，对满足抽油杆柱强度要求的关系式进行了讨论．并绘制出了可校核抽油杆柱强度的线性关系图版。该图版可以判断任何三级抽油杆长度组合能否满足抽油杆柱强度要求，也就是直接进行强度校核；也可以求出三级抽油杆中已知两级抽油杆长度情况下第三级抽油杆的最大长度。该图版实现了用平面线性图表表达三级不同规格抽油杆长度的匹配关系，再结合抽油机最大悬点载荷、抽油机曲柄轴所能承受的最大扭矩、油管强度、液面位置等，就可进一步进行管柱结构设计。