地面驱动螺杆泵抽油杆柱的受力计算

结合螺杆泵抽油系统的工作特点，对抽油杆柱的扭转载荷与轴向载荷进行了分析和计算，结合第四强度理论，对杆柱强度条件进行了分析。受力分析和强度条件分析表明，杆柱顶部截面所受载荷最大，是设计与校核的重点部位。同时，杆柱所受最大载荷与下泵深度、杆柱直径、原油粘温关系等密切相关，必须结合相关的强度理论才能实现对螺杆泵抽油系统的合理设计。     

螺杆泵采油系统杆柱的扭转振动特性分析

对直井中用于驱动井下螺杆泵的旋转级次抽油杆柱建立了扭转振动分析模型,推导出了该级次抽油杆柱扭转振动频率的计算公式,建立了级次杆柱扭振固有基频与单级杆柱固有基频之间的关系。计算表明,泵深在700－1800m时,常用的二级抽油杆柱组合的扭振固有基频为22－58r/min,低于螺杆泵的工作转速区,这完全不同于有杆泵抽油系统。指出,由于螺杆泵采油系统的工作转速区高于其杆柱扭振固有基频,在选定螺杆泵采油系统的工作转速时,除考虑杆柱的基频外,还应考虑杆柱的扭振高次谐波频率,这样可以避免系统工作在高次谐波共振区,而且有利于避免系统工作转速在穿越高次谐波对应的转速时系统的失速;在设计螺杆泵采油系统杆柱组合时,应考虑组合杆柱扭振基频的提高,尤其要注意常用的二级杆柱组合时杆长比接近50％的情况。     

螺杆泵杆柱系统自振频率分析

根据螺杆泵杆柱系统的结构与力学特点，应用动力学中的有限元法对螺杆泵杆柱的系统自振频率进行了分析和计算。文中详细叙述了该问题的力学及数学模型、边界条件的处理、数值求解方法等，并给出了实际应用的数值算例。该方法可直接用于解决螺杆泵杆柱系统的共振频率分析问题。     

聚驱抽油机井杆柱扶正器合理布置新方法

对杆柱实施扶正已成为聚驱抽油机井杆管防偏磨的一种重要措施。根据杆柱受轴向压力和抽汲含聚黏弹流体产生对杆柱的法向力作用引起杆柱弯曲偏磨的机理,建立了计算聚驱抽油机井杆柱轴向压力和黏弹液体产生的法向力的经验公式,提出了以分析计算由轴向压力和黏弹液体产生的法向力作用于杆柱产生的杆柱弯曲变形为基础的聚驱抽油机井杆柱扶正器布置方法。该方法已研制成软件,可以对聚驱抽油机井杆柱扶正进行设计。     

聚驱抽油机井杆柱扶正器合理布置新方法

对杆柱实施扶正已成为聚驱抽油机井杆管防偏磨的一种重要措施。根据杆柱受轴向压力和抽汲含聚黏弹流体产生对杆柱的法向力作用引起杆柱弯曲偏磨的机理，建立了计算聚驱抽油机井杆柱轴向压力和黏弹液体产生的法向力的经验公式，提出了以分析计算由轴向压力和黏弹液体产生的法向力作用于杆柱产生的杆柱弯曲变形为基础的聚驱抽油机井杆柱扶正器布置方法。该方法已研制成软件，可以对聚驱抽油机井杆柱扶正进行设计。     

国外最新采油技术与装备(一)

近年来 ,美国和加拿大的石油机械制造商为了推动有杆泵、气举、螺杆泵和柱塞举升等机械采油技术的进步做了不懈的努力 ,推出了一系列新技术和新装备 :下冲程有杆泵、防气锁泵、抽油杆导向器新材料、有杆泵抽油效率评价系统、插入式螺杆泵悬挂系统、螺杆泵井底压力传感器、最小直径杆柱连接、侧管注入柱塞举升等。对以上技术装备做了简要介绍     

螺杆泵抽油系统设计中泵的选择

螺杆泵抽油系统设计是保证螺杆泵抽油系统正常运行的基础，而螺杆泵是该系统中的关键设备，选好螺杆泵十分重要。介绍了选择螺杆泵时考虑的主要因素，详细论述了选择螺杆泵的方法。     

新型抽油机井加重技术

抽油机井在下冲程运行过程中由于上顶力的作用,杆柱处于受压状态,导致杆管偏磨现象的发生。新型抽油机井杆柱加重技术采取柱塞加重的方法改善抽油机井运行过程中的杆柱受力状况,使杆柱处于受拉状态,降低摩擦阻力。并且该加重技术操作简单,实用性强。     

螺杆泵排水采气工艺技术探索

介绍了机械式排水采气工艺的由来和开展螺杆泵排水采气研究的必要性。在分析螺杆泵工艺原理的基础上，为了使螺杆泵适应于有水气井，对螺杆泵系统进行了必要的的改进，并对严重影响螺杆泵系统杆柱强度的杆管摩擦力矩进行了重新推导，修正了杆柱强度校核方法。通过分析W7、T25井的先导性试验，对螺杆泵在有水气井的适应性进行了探索。     

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。     

抽油系统机采参数优化设计软件

为明确机采参数对抽油系统效率和杆柱寿命的影响,采用正交试验方法,以井下效率评价抽油系统效率,以杆柱应力幅评价杆柱寿命,在VB 6.0平台下编制软件,实现机采参数优化设计。研究结果表明,所编制的软件能准确计算杆柱应力,可有效评价井下效率、杆管接触及杆柱屈曲行为,实现以井下效率和杆柱应力幅为目标的机采参数优化。胜利油田桩西采油厂多口井的应用结果表明,对抽油系统机采参数进行优化设计后,这些井的平均效率由优化前的45.15%上升至47.35%,杆柱平均寿命延长17.89%,节省了作业成本,增加了经济效益。     

水平井求产螺杆泵排液杆柱力学分析及防偏磨技术

在油田水平井求产过程中,螺杆泵排液杆柱因受其运动特性及井内环境的影响极易发生偏磨现象。为有效预防因螺杆泵杆柱偏磨引起的井下事故和经济损失,对水平井求产过程中的螺杆泵排液杆柱进行了力学分析。根据力学分析建立了排液杆柱有限元分析模型,提出了螺杆泵杆柱防偏磨的具体措施,即合理安装导向器和扶正器。针对油田应用实例,开发了ANSYS分析软件,计算得出了排液杆柱任意界面的应力和变形,并根据分析结果提出了导向器和扶正器的布置方案。通过对安装导向器和扶正器前后排液杆柱的转矩、应力、平均接触力和平均接触频率等参数的对比分析,表明该防偏磨技术可有效地预防排液杆柱由于横向位移过大引起的偏磨。     

低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用

三次采油聚合物驱抽油机井因聚合物浓度增加,杆柱下行阻力变大,杆柱产生弯曲,引起抽油杆偏磨油管,造成杆断、管漏,抽油机井检泵周期缩短。为了降低聚驱抽油机井杆柱下行阻力,减缓杆管偏磨,延长检泵周期,开发应用了低摩阻抽油泵。为了改善低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用效果,采用理论分析与室内试验相结合的方法,对低摩阻抽油泵结构参数进行了优化设计,并编制了低摩阻抽油泵结构参数优化设计软件,合理确定了低摩阻抽油泵的主要结构参数。同时建立了选泵、检泵模板,对低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用具有重要的指导意义。数百口井现场试验应用表明,低摩阻抽油泵达到了降低摩阻,减缓杆管偏磨,延长检泵周期的目的。     

螺杆泵驱动杆柱力学分析及稳定器布置

就工作原理而言，螺杆泵兼有离心泵和容积泵两者的优点，其缺点是驱动杆柱断裂较频繁。根据螺杆泵的工作状况，考虑抽油杆柱的重力、浮力、拉力、扭矩、井限轨道等因素的影响，给出了驱动杆柱动力学基本方程，建立了三个模型，即对驱动抽油杆柱作整体力学分析的稳态拉力－扭矩模型；对井口处的驱动杆柱作局部弯曲分析的数学模型，以及对与螺杆泵转子相连接的下部杆柱作动力分析的数学模型，并提出了稳定器布置方法。     

螺杆泵采油井扶正器位置设计动力学研究

对地面驱动单螺杆泵杆柱进行受力研究,利用有限单元法建立了螺杆泵杆柱运动动力学模型。该模型模拟了螺杆泵生产时杆柱的实际运动状况,考虑了抽油杆柱横向运动的影响,通过描述杆柱运动时6个方向的位移,得到杆柱在任意时刻、任意位置的轴向力、侧向力、扭矩以及杆管间的接触程度。通过对杆柱接触严重程度的判断,得到杆柱需要扶正的具体位置。该模型不仅适用于直井,也适用于斜井。在华北二连油田投入使用后,使螺杆泵井检泵周期平均延长了4个月。     

直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

将直井地面驱动螺杆泵采油杆柱简化为在油管内偏心旋转的杆柱。考虑了杆柱偏心旋转惯性离心力、轴向力对杆柱横向弯曲变形的影响。应用可移动双向弹簧元模拟杆管接触状态,并考虑了杆体、结箍以及扶正器与油管间隙不同对杆柱挠度约束的差别,建立了螺杆泵采油杆柱在油管内受力变形的有限元仿真模型。仿真结果表明：抽油杆柱在油管内偏心旋转会产生陀螺效应,杆柱在油管内变形形态呈下密上疏的螺旋状,这是直井地面驱动螺杆泵采油系统杆管偏磨的主要原因之一。杆柱与油管接触段长度主要取决于转速、下泵深度和偏心距等参数。当转速较高时,几乎所有接箍均与油管内壁接触,也会出现杆体与油管内壁接触的现象。     

螺杆泵采油杆柱扭转振动固有频率的计算方法

考虑地面驱动与传动系统转动惯量对铅垂直井螺杆泵采油杆柱扭转振动的影响,建立了顶端具有等能转动惯量Je的自由转动圆盘、下端自由的多级组合杆柱扭转振动的力学模型,给出了单级、二级与三级组合杆柱自由扭转振动固有频率的计算公式。分析结果表明,等效圆盘的转动惯量与采油杆柱转动惯量的比值Je/J0对杆柱扭转振动的固有频率有一定影响,当Je/J0=5和Je/J0=25时,基频相差7.38%。当Je/J0≥5时,固有频率随Je/J0的增加而增加,并趋近于将螺杆泵采油杆柱顶端简化成固定端时的固有频率。当Je/J0≥10时,将螺杆泵采油杆柱顶端简化成固定端所产生的基频计算误差为5%左右。对于目前实际应用的螺杆泵采油系统,采油杆柱第1阶与第2阶扭转振动的固有频率一般处于螺杆泵常用的工作转速范围内,因此应合理选择螺杆泵的工作转速或合理设计下泵深度与杆柱组合,以避免系统在基频或二次谐波共振区工作。     

单片机模糊控制技术在变频螺杆泵稠油开采中的研究

阐述了利用模糊控制技术设计的单片机模糊地面驱动螺杆泵扭矩控制系统的工作原理、结构、策略和实现方法。该系统具有较完善的自诊断功能,与模拟控制方式相比,具有性能好、可靠性高、控制灵活等特点。该技术运用在螺杆泵抽油光杆扭矩控制上延长螺杆泵检泵周期,提高了油井产量和螺杆泵井的管理水平。     

螺杆泵工况测试技术研究

针对地面驱动螺杆泵井的工况测试诊断问题,研究了螺杆泵井工况测试工艺,开发了螺杆泵井工况测试仪器和新型螺杆泵抽油光杆卡。螺杆泵测试工艺包括工况测试和回放诊断。该方法可不上作业,不影响生产,快速准确地测出螺杆泵井抽油光杆所受的载荷和扭矩,为螺杆泵井工况诊断提供准确可靠的数据。通过现场10口井28井次的测试表明,该技术测试方便快捷,工具简单实用,成功率90%以上、该技术的应用有助于提高螺杆泵井的管理水平,为螺杆泵井安全长效运行提供了强有力的监测手段。     

螺杆泵优化设计方法及应用

螺杆泵采油方式近两年来得到了较快的发展。为了优选螺杆泵的抽油工艺,本文以流体力学和理论力学为基础,推导出了地面驱动螺杆泵的基本数学模型,简单讨论了螺杆泵采油方式的优化设计方法,并举实例说明。