定向井有杆抽油系统动态参数数值预测

基于定向井抽油杆柱微元体受力分析,综合考虑井眼轨迹、抽油杆柱结构,计入杆液管粘性摩擦和定向井井斜造成的杆管库仑摩擦,建立定向井有杆抽油系统工况预测数学模型,并采用隐式差分与显示差分结合的方法求解预测模型。实例计算表明,这种数学模型能够准确预测定向井有杆抽油系统动态参数。     

定向井有杆抽油系统动态参数预测模型求解新方法

基于定向井抽油杆柱微元体受力分析,综合考虑井眼轨迹、抽油杆柱结构和井下摩擦力,建立了定向井有杆抽油系统工况预测数学模型,给出了预测模型的上下边界条件、初始条件、连续性条件与数学模型隐式差分格式。实例计算表明,这种基于隐式差分解的数学模型能够准确预测定向井有杆抽油系统动态参数。     

基于Fluent的稠油定向井扶正器流场数值模拟

扶正器是定向井有杆泵抽油系统必要的井下工具。基于计算流体动力学方法建立了定向井内稠油通过扶正器流动的数学模型。稠油在扶正器周围的环空流动过程中,假设计算流场为定常等温流场,利用三维CFD仿真技术,以FLUENT软件为数值模拟平台,采用有限体积法离散上述控制方程组。为减少数值扩散,针对流动控制方程的特点,连续性方程、动量方程、湍动能方程和湍动能耗散方程均采用二阶迎风格式离散计算,选用SIMPLE算法进行压力速度耦合。     

TTI介质准P波和准SV波方程的迭代有限差分解法

本文介绍了时间和空间微分耦合的具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质准P波和准SV波方程,并把该方程从时间—波数域转换到时间—空间域,提出了该方程的两种有限差分解法并给出稳定性条件。解法一按常规有限差分近似式对波动方程进行逼近,每个时间步波场的计算都需要求解一个大型稀疏矩阵线性方程组;解法二先对各网格节点的波场赋以零值,再通过由有限差分近似建立的公式逐个节点进行迭代计算,每次计算仅使用少数网格节点的波场值,不需要求解方程组。与伪谱法的理论模型计算结果对比表明,迭代有限差分解法是正确的,虽然其计算精度较低,但计算速度较快,而且具有较好的收敛性。     

游梁式抽油系统动态参数仿真的综合数学模型

针对目前游梁式抽油系统杆、管、液耦合振动仿真模型未考虑电动机转速波动对系统影响的不足 ,建立了考虑电动机转速波动影响的游梁式抽油系统动态参数仿真数学模型。模型由描述曲柄运动规律的非线性常微分方程和描述杆、管、液耦合振动的偏微分方程组组成。因为两个单元的数学模型是通过一个独立变量相互耦合的 ,因此通过对独立变量迭代计算便可分别对两个单元进行独立的仿真计算。根据独立模块仿真方法建立的游梁式抽油系统动态仿真软件 ,具有仿真计算简单、精度较高等优点     

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。     

定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型

综合分析了复杂结构定向井井眼轨迹、杆管间摩擦力、抽油机悬点运动规律、抽油泵气体影响或供液不足的井下实际边界条件对抽油杆柱轴向振动的影响,建立了定向井抽油杆柱轴向振动仿真模型,利用该模型实现了悬点与泵示功图的自动快速仿真。根据仿真示功图,建立了定向井有杆抽油系统效率的仿真模型。系统分析了定向井井眼轨道对杆管摩擦力、摩擦功率及系统效率的影响。综合考虑油井产能协调、油井配产、抽油机承载能力、抽油杆柱强度与电动机功率利用率等约束条件,以系统效率最高为目标函数,提出了定向井抽汲参数优化设计的计算机仿真方法,开发了定向井有杆抽油系统抽汲参数优化设计的计算机软件。现场试验结果表明,该软件系统具有较高的仿真精度。     

催化裂化结焦催化剂烧焦再生模型的研究(III)——模型求解与验证

根据结焦沸石催化剂烧焦再生数学模型为二阶非线性偏微分方程的特点 ,提出采用正交配置方法进行方程离散 ;对离散得到的病态非线性常微分方程组 ,经过比较 ,采用显式变步长龙格 库塔法进行求解 ,从而避免了计算Jacobi矩阵和其逆矩阵 ,提高了计算精度和计算速度。对比表明 ,该模型的结果与文献数据和实验数据比较吻合 ,具有一定的可靠性和准确性 ,可在工业中应用     

有杆抽油系统通用数学模型研究

针对定向井有杆抽油系统,在井眼为平面曲线的情况下,给出了描述抽油杆柱横向和纵向振动以及管柱有纵向振动并耦合液柱振动的数学模型,讨论了有杆抽油系统几种主要数学模型间的关系。对于模型描述的杆柱、管柱、液柱振动的偏微分方程组给出了特征变换,转化成对角方程组,使问题的数值计算方法得到了简化,从而给出了有效解法。新的数学模型适用于有杆抽油系统的预测、设计以及抽油系统故障诊断的模式识别。     

有杆抽油系统预测模型的隐式差分法

现有的求解有杆抽油系统预测模型的方法都存在一定的局限性 ,为此 ,把抽油泵处的边界条件处理成一维方程 ,与求解波动方程第一类初边值问题的隐式差分方程组合并 ,提出了求解预测模型的隐式差分法。隐式差分法是无条件稳定的 ,它可以根据精度要求合理地选择步长 ,从而显著节省计算时间。实例计算表明 ,隐式差分法与显示差分法计算结果非常接近 ,其中隐式差分法能计算出抽油杆在任一瞬时与任一截面的位移和载荷 ,适合于各种工况下的抽油井预测。     

电动机转速波动的有杆抽油系统预测技术

当用高转差或超高转差电动机驱动有杆抽油系统时,电动机工作转速存在较大波动.为此,考虑了电动机转速波动,建立了有杆抽油系统动态参数预测模型,即描述曲柄运动规律的动力学微分方程与描述抽油杆柱振动的波动方程.由于动力学微分方程的非线性以及动力学方程波动方程之间的高度耦合,很难直接用差分法求其数值解.文中提出的一种迭代方法很好地解决了这一问题.所编制的软件具有较高的预测精度.     

电动机转速波动的有杆抽油系统预测技术

当用高转差或超高转差电动机驱动有杆抽油系统时，电动机工作转速存在较大波动。为此，考虑了电动机转速波动，建立了有杆抽油系统动态参数预测模型，即描述曲柄运动规律的动力学微分方程与描述抽油杆柱振动的波动方程。由于动力学微分方程的非线性以及动力学方程波动方程之间的高度耦合，很难直接用差分法求其数值解。文中提出的一种迭代方法很好地解决了这一问题。所编制的软件具有较高的预测精度。     

定向井有杆抽油系统扶正器可视化设置及仿真

合理设置定向井抽油杆柱的扶正器,可有效降低杆柱摩擦,延长检泵周期,提高系统效率和抽油杆寿命。首先解决了测井录入方位角不连续问题,采用三次样条插值对连续化后的井眼数据进行计算机模拟,生成定向井抽油杆柱空间轴线;开发了可视的扶正器设置和系统仿真软件,通过文件读取或键盘与鼠标输入(均匀分布输入、井深数据输入以及鼠标点击输入)等方法设置各类扶正器;采用摩擦力等效原则,运用等效摩擦系数计入扶正器对组合抽油杆柱的影响;经过对等效有杆抽油杆柱系统动态仿真,得到抽油杆柱摩擦力分布和摩擦耗能等特性参数,运用这些数据可以对扶正器设置进行评价并进一步改进设置方案,实现定向井有杆抽油系统扶正器可视化优化设置。     

定向水平井杆(管)柱纵向振动的数学模型

考虑井眼轨迹、杆(管)柱构成及杆(管)柱与管(井)壁的滑动摩擦力,建立了定向水平井杆(管)柱纵向振动的微分方程。分别给出有杆泵抽油系统动态参数诊断、预测,钻进过程中钻柱的纵向振动和起下杆(管)柱时杆(管)柱纵向振动的定解条件。     

斜直井有杆泵抽油系统井下工况诊断技术

本文根据动力学原理,考虑井眼轨道、抽油杆柱构成、抽油杆与油管的滑动磨擦力及油液的内摩擦力,采用微元矢量分析方法,建立了定向水平井抽油杆柱纵向振动的微分方程,给出了井下动态参数诊断的定解条件。建立了该模型的差分解,编制了计算机软件,并在大庆油田采油五厂得到了较成功的应用。     

抽油杆柔性减磨器的研制与应用

冀东油田近年来采用多种防偏磨技术并取得一定效果,但大斜度抽油泵井的检泵周期短、作业和材料更换成本增加的问题仍然很严重。通过建立抽油杆杆柱的力学模型进行受力分析研究,用柔性抽油杆取代常规抽油杆可减小杆柱所承受的摩擦力,进而研制了抽油杆柔性减磨器,该工具的上下2部分可以做小角度的相对转动。通过在抽油杆杆柱上加入抽油杆柔性减磨器,使杆柱在运动过程中与油管管柱轴线方向保持一致,减轻了杆管蹩劲现象,减小了抽油杆所受到的摩擦力。现场应用结果表明,该技术应用300 d,偏磨损坏的油管和抽油杆的长度由原先的各200 m分别减少到0.15 m、0 m,大幅度减少抽油机井杆管偏磨及因偏磨导致的检泵作业次数及作业和材料更换费用。     

聚合物驱抽油机井杆柱液体摩擦力的计算方法

假设聚合物驱抽油机井的产出液为幂律流体,应用幂律流体本构方程和动量守恒方程,建立了抽油杆柱与油管环形空间内流体的径向速度分布规律与抽油杆柱液体摩擦力的计算模型,应用拉格朗日乘子最优化算法求解代数方程组的数值解,并结合实例进行了计算。计算结果表明,抽油杆柱液体摩擦力随幂律指数、稠度系数和杆柱运动速度的增加而增加,新模型和目前牛顿层流计算模型相比,其数值大于层流模型的计算结果,与现场实际测试结果相符。