准匀速悬点运动下抽油泵的动力分析

应用机械振动理论,对准匀速悬点运动下抽油泵的动力特性进行了分析,结果表明,抽油泵运动可分为两部分,一部分是随驴头悬点一起 部分是相对于驴头悬点的运动。随驴头悬 起的运动,其频率为激振位移的而对于驴头悬点的运动,其频率为系统的固有频率。在系统参数选择合适的条件下,系统会出现超冲程现象,这对于提高采油效率将有益的。     

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。     

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。     

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。     

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。     

有杆抽油泵装置最大冲程的确定

本文从理论上,进一步分析了游梁式抽油机的驴头悬点出现过大的惯性负荷与抽油泵柱塞运动的线速度过高的因素,是确定有杆抽油泵装置最大冲程的两项限制条件。同时,还指出了对于新设计的有杆抽油泵装置,其最大冲程的数值,还应考虑设备重量指标的要求。     

液压抽油机运动特性分析

介绍了新型液压抽油机的特点,并对驴头悬点的运动特性及其抽油泵的运动特性进行了分析。结果表明,由于液压抽油机原理上的优势,使得驴头悬点的运动速度接近匀速 直线运动,结构设计上的合理,有效地利用了抽油杆的弹性变形,使抽油机产生超冲程,达到提高采油效率的目的,这对于深井稠油开采具有十分重要的意义。     

液力驱动抽油系统动力液压力计算

液力驱动抽油系统采用高压动力液驱动井下液动机,动力液一般采用水,液动机带动井下抽油泵往复运动采油,抽油泵与常规杆式抽油泵相同,液力驱动抽油系统没有抽油杆,避免了杆管偏磨问题。分析了一种液力驱动抽油泵采油装置井下部分的结构和工作原理以及液动机和抽油泵的受力情况,利用受力平衡原理,给出了液动机上行和下行时的动力液压力计算公式,得到了抽油泵上、下冲程时地面动力液的工作压力范围。     

使用混合杆柱时抽油泵柱塞的超冲程

任何抽油杆柱在理论上都可能产生超冲程，只是大小不同而已。超冲程的存在，使泵柱塞的有效冲程增大，甚至会大于光杆冲程。首次提出了抽油泵柱塞相对超冲程和绝对超冲程的概念，这将有助于正确认识玻璃钢抽油杆的作用和玻璃钢抽油杆的推广使用。将抽油杆柱简化成上端受光杆的激振位移、下端带有集中质量的弹簧－质量力学模型，建立了抽油杆柱纵向振动的偏微分方程和边界条件，然后用固有函数法求解方程，得出了抽油泵柱塞超冲程的无穷级数解析计算式。     

地面驱动螺杆泵动液面高度控制方法研究

在地面驱动螺杆泵采油技术中,动液面高度的变化直接影响到抽油杆柱和螺杆泵的运动和受力状态,是控制螺杆泵稳定工作的主要参数。根据螺杆泵扭矩计算公式,开发了地面驱动扭矩与液面高度分析软件,建立了螺杆 泵动液面高度的控制方法,即由动态监测扭矩值来实时计算动液面高度,并通过调整转速来实施动液面高度控制。经现场5口井应用表明：动液面高度控制误差在±45m内,确保了螺杆泵处于稳定的工作状态,提高了采油 效率。     

螺杆泵井近泵抽油杆柔度对偏磨的影响

用有限元法建立了螺杆泵杆柱运动的瞬态动力学模型。该模型模拟了螺杆泵生产时杆柱的实际运动状况,考虑了抽油杆柱的振动对横向运动的影响。研究了近泵处柔性杆的长度和弹性模量对杆柱横向位移的影响。结果表明,增加近泵处抽油杆的弹性模量有助于减少杆柱的振动,即减少了偏磨。该模型不仅适用于直井,也适用于斜井。     

臭氧氧化法烟气脱硝初步研究

在实验室将N2,O2,NO,SO2等气体按一定比例混合以模拟工业烟气。将此烟气与臭氧一同送入臭氧氧化塔进行反应,记录气体的流量、温度、反应时间等,将反应后的气体送入吸收塔用碱液进行吸收,同时将吸收塔底部的碱液用泵打循环,对吸收塔顶部排出的气体进行检测,通过对比反应前后的臭氧和NOx浓度变化来考察脱硝实验效果。实验结果表明,在反应时间1～3 s、反应温度50～60℃下有较高的脱硝效率,但随着温度升高脱硝效率急剧下降;在反应时间4 s、反应温度50～90℃下,能达到90%的脱硝效率;在反应时间5s、反应温度50～90℃下,脱硝效率仅80%左右。随着反应温度升高脱硝效率总体呈下降趋势;在反应温度50～100℃、反应时间是1～5s下,脱硝效率都比较高,但当反应温度超过100℃后脱硝效率快速下降。研究确认适宜的反应时间为4s。     

新型转子式油气混输泵出口球阀运动规律分析

参考往复泵球阀相关理论,考虑液体的压缩性及连续流动条件、魏氏效应、阀球的动力特性,建立了新型转子式油气混输泵出口球阀在纯液工况下的运动微分方程组。在阀球材质分别为聚甲醛、陶瓷、钢的条件下,采用龙格-库塔方法建立泵阀运动规律仿真模型,利用Matlab软件进行仿真计算,得到阀球升程、速度与时间的关系曲线。     

地面驱动螺杆泵采油系统启动过程动力学研究

综合考虑地面驱动与传动系统的机械特性、杆柱扭转振动、杆柱所受的液体阻尼与负载扭矩,建立了地面驱动螺杆泵采油系统动力学分析的数学模型,该数学模型由描述转盘旋转的动力学常微分方程与描述杆柱扭转振动的波动方程组成,既可以分析螺杆泵采油系统启动过程的动力学特性,也可以分析其停车过程的动力学特性。建立了一种独立模块仿真算法,求解转盘旋转动力学常微分方程组与杆柱扭转振动波动方程所组成的耦合数学模型。开发了地面驱动螺杆泵采油系统动态参数的计算机仿真软件。仿真计算结果表明,对于机械特性较硬的Y系列电动机所驱动的螺杆泵采油系统,电动机在较短时间内就能达到其稳定工作转速,驱动头处有较大的动载扭矩,动载系数随工作转速的增加而增加。当工作转速增加至300r/min时,动载系数达1.3,在对采油杆柱进行强度计算时,有必要考虑动载系数的影响。     

自动锥形阀运动规律数学模型及仿真

针对阿道尔夫往复泵泵阀精确运动微分方程在泵阀开启瞬间存在奇点的不足,综合考虑液体可压缩性、魏氏效应、液体连续流条件及泵阀运动的动力特性,建立了描述往复泵自动锥形阀运动规律的精确运动微分方程。该方程是关于液缸内液体压力、泵阀升程与泵阀运动速度的一阶常微分方程组。应用数值计算方法建立了泵阀运动规律的仿真模型,通过仿真计算,可以直观地了解泵阀开启时的压力波动,解释产生奇点的原因。     

抽油泵泵阀运动规律的新模型及计算机仿真

在阿道尔夫泵阀运动微分方程的基础上,研究了抽油泵泵阀的运动规律。为了解决阿道尔夫泵阀运动微分方程在泵阀开启初期的奇点问题,综合考虑了液体可压缩性、泵阀运动的魏氏效应对泵筒内液体连续流条件的影响以及泵阀运动的动力特性,建立了泵阀运动数学模型。同时,应用数值积分法建立了泵阀运动规律的仿真模型,并编写了泵阀运动的计算机仿真程序。室内台架模拟试验结果表明,建立的泵阀运动规律数学模型具有较高的仿真精度。     

浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置设计

针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计了一种海洋浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置,其以电液比例方向阀和变量泵为控制对象,实现了对液压缸活塞运动的实时控制,进而对海浪升沉造成的钻柱运动进行补偿。建立了主动式钻柱升沉补偿装置系统的数学模型,设计、搭建升沉补偿实验台实现了升沉运动和动态负载的实验模拟,并进行了阀控和泵控加阀控的主动升沉补偿实验。结果表明：主动阀控方案具有较好的补偿效果,但消耗能量较大;泵控加阀控方案能耗较低,但控制策略要求较高,补偿效果稍差。     

基于AMESim的钻井泵液压系统动态特性仿真

设计液压钻井泵的关键是分析液压系统的动态特性。针对钻井泵液压系统应用系统协同仿真软件AMESim建立了液压系统仿真模型,并分析了钻井泵液压系统的各种工作状态,确定了最佳匹配参数,使得系统和液压元件的设计缺陷在物理成型前就得到优化。结果表明,应用该方案可以使钻井泵流量稳定,无脉动;通过AMESim仿真模型验证本方案在设计布置3个泵缸活塞初始位置、调节缸速比为2时能达到预期目标;为了保证3个活塞缸的协调运动,必须合理地设计开环增益,通过不断验证,找到一个合理的数值。     

抑制钻柱黏滑振动和钻头反弹的建模与控制

为了抑制钻柱黏滑振动和钻头反弹现象,分析了黏滑振动和钻头反弹的运动机理,根据牛顿第二定律及电力拖动系统运动学理论,建立了钻柱旋转系统、起升系统的动力学模型及其负载模型,设计了基于线性二次型（LQR）控制策略的钻柱旋转系统和起升系统的状态反馈控制器。仿真结果表明,LQR控制器可使钻头转速稳定在给定转盘转速附近,控制系统的响应时间小于25 s,减少了钻压、扭矩和轴向位移波动,有效抑制了钻柱黏滑振动和钻头反弹现象。