抽油机厂内型式试验悬点载荷模拟装置设计

为模拟抽油机悬点载荷,设计了一种新型抽油机悬点载荷模拟试验装置。在该试验装置中用节流阀和溢流阀模拟抽油机的油液载荷,用重物加载块模拟抽油杆在油液中的重力,用蓄能器来稳定抽油泵出口压力,并增加了一个用来模拟抽油杆弹性变形与振动的模拟抽油杆变形装置。仿真分析中将模拟抽油杆变形装置简化为弹簧质量模型建立运动平衡方程,利用波义耳定律建立关于蓄能器气囊体积的微分方程,将2方程耦合求解得到抽油泵柱塞的运动规律和抽油泵出口压力的变化规律,进而得到抽油机悬点载荷的变化规律。此模拟试验装置可以较准确地模拟抽油机实际工作中的悬点载荷,为抽油机厂内型式试验提供了一种较好的加载方式。     

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.     

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。     

加装减载器的有杆抽油系统数值分析及应用

减载器可通过液压反馈力降低抽油机驴头悬点载荷和抽油杆应力,介绍了加装减载器的有杆抽油系统井下管柱结构。根据系统运动规律和杆柱受力情况,采用有限元法,对系统运动过程进行模拟,精确描述了整个抽油系统的动态特性,模拟结果与实际工况吻合。数值分析技术可使杆柱组合设计更合理,实现了降低悬点载荷、节约生产成本的目标。     

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。     

抽油杆柱动态特性的计算机模拟

在分析有杆抽油系统抽油杆柱井下基本工况、运动和动力特性的基础上 ,根据抽油机光杆运动方程 ,确定了抽油杆柱井下运动的 4个时间区段及边界条件。采用有限元软件MARC按不同时间区段对多级抽油杆柱的运动和动力学特性进行计算机模拟 ,得到计算机模拟的地面示功图和抽油杆柱一个上下冲程循环中各节点的位移与载荷随时间变化的动态特性曲线。分析对比计算机模拟曲线和实测曲线表明 ,采用有限元软件MARC获得的抽油杆柱计算机动态模拟结果与测试结果基本吻合 ,前者可作为后者的度量基准 ,动态模拟曲线还可为游梁式抽油机设计和井下故障诊断提供理论依据     

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。     

调径变矩抽油机悬点载荷计算

为了计算调径变矩抽油机的惯性载荷和摩擦载荷,研究了该抽油机的悬点运动规律,得到了悬点运动速度、加速度和曲柄转角的关系式,推导出悬点惯性载荷计算式和抽油杆柱摩擦载荷计算式。以CYJ83—26HY型抽油机为例,把相关计算式编写入计算程序并运行,绘制出悬点惯性载荷、摩擦载荷和总载荷与曲柄转角的关系曲线。为进一步研究此类新型抽油机提供理论支持。     

基于 Algor 有限元软件的杆管偏磨研究

运用Algor有限元软件对抽油杆柱和油管进行实体建模和网格划分,以抽油杆柱力学规律和运动模型为基础,建立了抽油杆柱仿真运动模型,以抽油机悬点运动规律、抽油杆柱下端（泵柱塞）受力和杆柱沿程重力分布为约束条件,计算分析了在一个抽汲周期内不同时刻抽油杆柱沿程径向位移分布规律、最大径向位移和中性点分布特征,对比分析了扶正器安装前后抽油杆柱径向位移的变化,为防偏磨扶正器安装设计提供理论依据;以油井的现场偏磨情况与理论仿真结果进行对比分析,验证了仿真结果的正确性。     

侧流减载泵举升系统动态预测与优化

采用Gibbs波动方程描述细长杆柱的力学行为,考虑杆材变化和接箍的影响,基于链条式抽油机悬点运动规律和侧流减载泵的工作特性,提出抽油杆柱轴向振动的上、下边界条件,建立了超深抽系统的动态预测数学模型。实例计算表明,预测示功图与实测示功图相吻合,预测悬点最大载荷、最小载荷误差分别为2.7%、2.2%。对试验井所用杆柱进行了强度校核,并重新进行了杆柱设计,使悬点最大载荷降低了26.8%,举升效率提高了15.3%,为侧流减载泵举升系统提供了一套动态预测方法。     

游梁式抽油机精确动力学分析的新方法

在对游梁式抽油机－有杆泵系统进行动力学分析的基础上，根据机械系统的力学原理，将整个系统简化为一个等效动力学模型。计算悬点载荷考虑了抽油杆、抽油泵及悬点运动规律等实际情况，建立了一套递推公式，反映了抽油机与有杆泵系统之间的相互作用关系，提出了一种求超高转差率电动机驱动抽油机真实运动规律的新方法。应用本文介绍的方法能真实地反映机－泵系统之间的匹配关系，获得的运动真实，精度高，适用于各种有杆抽油设备的动力学分析。     

游梁式抽油机分析的数值法

当游梁式抽油机的结构比较复杂时,用解析法来分析比较烦琐,采用数值法就成为明智的选择。为此,建立了抽油机运动所满足的1组控制方程,用数值法求出一个曲柄转动周期的一系列悬点位移的离散值,利用这些离散值对悬点位移进行Fourier级数逼近,再对逼近后的表达式连续求导分别得到悬点速度和悬点加速度。在此运动分析的基础上,应用动能定理的功率方程,分别考虑游梁式抽油机各部件对曲柄输出轴扭矩的影响,得到求解曲柄输出轴扭矩的表达式。给出用数值法对常规型游梁式抽油机进行分析的例子,应用表明,数值法通用性强,精度可以控制,是一种可靠的游梁式抽油机分析方法。     

适用于稠油开采的游梁式抽油机设计分析

在稠油开采中,抽油杆在液体中运动时,所受到的摩擦阻尼力很大,有时高达几十千牛。上冲程时,该力有加大悬点载荷的作用;下冲程时,该力使抽油杆下行困难,甚至悬点载荷为零。为了开采稠油,必须根据其特点设计适应的游梁式抽油机。文章分析了稠油用抽油机的受力特点,提出了该类抽油机的设计要求。     

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。     

抽油机悬点载荷直接平衡理论及应用效果分析

为了降低悬点动载荷对抽油机系统的不利影响,依据悬点平衡原理,确定抽油机悬点直接平衡设计方案,以CYJ10-3-37HB抽油机为研究对象,建立常规抽油机经悬点直接平衡前和平衡后的虚拟样机仿真分析模型,通过仿真结果对比分析,确定抽油机经悬点直接平衡后的降载节能效果。仿真结果表明:仿真结果表明抽油机悬点最大载荷降低率29.4%,说明悬点直接平衡的降载节能效果明显,为悬点直接平衡装置在工程实际中的应用奠定了理论基础。     

电机换向滚筒式抽油机的动力性能分析

为了解电机换向滚筒式抽油机的动力学特性,用机械动力学基本方法建立了电机换向抽油机的动力学模型,按照给定的驱动电机机械特性,给出了电机换向滚筒式抽油机动力特性的计算方法,指出光杆的运动规律是驱动电机机械特性的函数,使用柔性悬绳系统有助于减少悬点加速度对抽油杆的冲击.分析方法对电机换向滚筒式抽油机的设计有一定帮助.     

预测抽油井地面示功图的简便方法

在假设抽油机悬点载荷主要受抽油杆柱和液柱的重力、惯性力、摩擦力及井口回压和沉没度等影响的前提下，利用经典的简化计算公式，对上、下冲程开始阶段由于部分载荷在抽油杆柱和管柱间交替转移而引起的抽油杆柱和管柱伸缩过程中的悬点载荷送行线性加权处理，提出了一种可为抽油机动力分析提供较高精度的地面示功图的简便方法。该方法既能全面反映悬点载荷变化规律，运算工作量又小，对抽油机动力参数优化设计和抽油机选型优化设计均具有实用价值。     

用位移量精确预测抽油机悬点速度

详细叙述了卡尔曼滤波数学方程的构成、工作原理以及实现卡尔曼滤波计算的计算机程序框图，通过对抽油机工作过程的分析，给出了描述抽油机运动的离散型状态方程。把抽油机运动状态方程和卡尔曼滤波算法相结合，构造了一套适用的精确预测抽油机悬点速度的数学算法。通过对实测的抽油机悬点位移信号进行卡尔曼滤波处理，获得的速度信号无滞后，噪声小，精度高，是用位移量获得速度量的理想方法。     

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。     

游梁式抽油机椭圆速率柔性驱动及抽油杆疲劳寿命分析

游梁式抽油机椭圆速率驱动是一种基于变频器技术,将曲柄旋转运动规律由圆速率变为椭圆速率的柔性控制方案。依据椭圆速率驱动原理,求解了其曲柄随转角变化的解析式。在已知椭圆长、短轴前提下,便可求得目标曲线,进而反推出电机运动规律,为现场生产提供指导。对游梁式抽油机系统进行了室内台架测试,测得了2种驱动下曲柄角速度、悬点及泵前绳段载荷。以CYJT8-3-26HY型抽油机为例,使用Soliderworks软件,对圆速率、椭圆速率驱动下悬点运动规律进行运动学分析。以运动学分析结果作为边界条件,使用Ansys软件,对比分析了圆速率驱动、椭圆速率驱动对抽油杆疲劳性能的影响。分析发现,将圆速率驱动改变为椭圆速率驱动,对抽油杆柱疲劳性能有改善。