加氢改质装置分馏塔底泵振动原因分析与处理

某石化公司加氢改质装置分馏塔底泵自投运以来,故障频发,尤其以振动超标、机械密封泄漏居多。通过分析该设备历次检修中的故障表现,应用相关理论知识进行推证,认为转子附加交变径向力和轴向力过大是造成故障的根本原因。在此基础上提出并实施了采取扩大平衡孔直径的解决措施,取得了显著的成效。实际应用结果表明:增大平衡孔的面积可以显著减小轴向力,从而有效解决泵振动大的问题。     

高压气井生产管柱横向振动特性分析

高压气井生产管柱内流体的流动会诱发管柱振动,管柱振动会导致其疲劳、磨损甚至破裂,影响气井正常生产。结合油田现场实际,在考虑管柱重力的情况下,研究了高压气井生产管柱的横向振动特性。运用哈密顿原理,建立了包含生产管柱轴向力、管内流体流速和管内外流体压力等因素的生产管柱横向振动模型。运用伽辽金方法求解模型,计算并讨论了管柱重力、气井产量、井底压力和管柱底端轴向力等参数对油管振动频率及稳定性的影响。研究结果表明,管柱重力是生产管柱振动分析中不可忽略的因素;生产管柱的振动频率随着产量、井底压力以及轴向压力的增大而降低,其中井底压力和轴向压力对管柱振动频率的影响较大,产量的影响较小。     

抽油杆柱振动对偏磨的影响

1.杆柱受力计算分析 抽油杆柱在运动过程中存在三方面振动：纵向振动、横向振动和扭转振动.通过计算可得到抽油杆柱在运动过程中任意时刻和任意位置的轴向力和屈曲状态,它综合反映了抽油杆柱的纵向振动、横向振动与扭转振动的耦合情况.通过抽油杆柱的轴向力可直观反映抽油杆柱在运动过程中纵向振动规律;通过抽油杆柱与油管柱的接触情况可直观反映抽油杆柱的横向振动规律.以地面示功图为基础对大庆油田X121-5现场油井进行分析计算,并与杆柱轴向力测试仪测试的抽油杆柱轴向力变化情况进行对比,经计算轴向力载荷与测试载荷比较发现：①计算误差不超过10%,计算结果可信;②抽油杆柱在上下冲程中都存在振动,振动在3～8次左右;③抽油杆柱底部与上部的振动规律相同,振动载荷幅值底端小,上端大;④上冲程振动幅值为5kN左右,下冲程振动幅值为10kN左右.     

改造脱碳泵使之长周期运行的实践

对脱碳泵叶轮产生的轴向力、平衡盘产生的轴向力及止推轴承所能承受的轴向力进行核算,找出了脱碳泵出现故障的原因。通过改造叶轮等措施解决了脱碳泵存在的问题。改造后的脱碳泵运行稳定,保证了生产系统的稳定运行。     

对钻柱在反转情况下横向振动规律的研究

目前对钻柱横向振动的研究基本上忽略了横向振动的激发来源和轴向力的存在。文章针对钻井工程中钻柱横向振动的实际情况,建立力学模型。从理论上分析了轴向载荷存在的情况下钻柱横向自由振动的规律,获得了钻柱横向振动固有频率。提出了钻柱反转自激横向振动,分析了钻柱的横向最大弯曲挠度、弯曲应力与钻柱的横向固有频率的关系。为进二步解决钻柱的横向振动问题奠定了基础。     

流体作用下钻柱运动状态试验研究

考虑钻柱在井口、井底的位移边界条件和力边界条件,建立了直井内钻柱与钻井液耦合动力学试验装置,进行了不同激振频率、不同轴向激振力、不同排量条件下的杆柱振动试验和不同轴向激振力、不同转速、不同排量条件下的杆柱旋转试验。试验结果表明,激振频率、转速和循环流体是影响钻柱运动状态的主要因素。在空气介质的情况下,随着激振频率的增加,杆柱的横向位移基本保持不变,轴向激振力、轴向加速度有显著增加;在循环流体作用下会减小轴向激振力、轴向加速度的增长趋势。在空气介质的情况下,随着转速的增加,轴向激振力变化不大,而钻柱的横向位移、杆柱轴向加速度均呈现出增加的趋势;但在循环流体的作用下,轴向激振力、振幅及钻柱的加速度振幅都降低,加速度振幅也显著降低。可见,流体循环可明显改善杆柱振动。     

一台LNG低压泵振动分析及维修办法

通过对低压泵结构特点介绍、口环间隙对轴向力和径向力影响的分析以及对低温条件下泵口环间隙和轴套间隙影响的推算,找出了低压泵振动的根源,结合以往大修记录,修订调整了大修的常温配合参数,成功解决了长期以来低压泵的振动问题。     

深井高温对钻柱横向振动固有频率影响研究

钻柱共振是引起深井钻具失效的主要原因。钻柱在深井段处在一个高温的环境下,温度的升高必然使钻柱的固有频率发生变化。为此,分析了井下高温对钻柱横向振动固有频率的影响,推导出井下任意温度时在轴向力作用下钻柱横向振动固有频率的计算公式。通过实际算例,分析了考虑轴向力因素时井下高温对钻柱横向振动固有频率的影响。计算结果表明随着温度的升高,钻柱横向振动的固有频率逐渐降低,其降低的幅度随着轴向压力的增大而增大;轴向压力较大时,温度对钻柱横向振动一阶固有频率的影响远大于对二阶固有频率的影响;轴向压力对钻柱一阶固有频率随温度变化的影响程度远大于轴向拉力的影响程度。     

钻井液对钻柱横向振动和稳定性的影响

作者在假设无扶正器的钻柱为均质等截面弹性管、两端为铰支座的条件下,研究了钻井液流动对钻柱横向振动和稳定性的影响,导出了振动的频率方程和失稳的临界方程。钻井液在钻柱内流动将增加钻柱横向振动惯性质量、侧向惯性作用力和诱导钻柱振动。当钻柱的轴向力一定时,钻井液流速增大,钻柱横向振动频率降低。流速大于钻柱振动基频为零的流速时,钻柱将发生失稳现象。     

连续管钻井双向振动减阻工具设计与试验研究

连续管钻井技术面临的技术难题是摩擦阻力大和钻压传递困难,甚至在注入头施加压力和管壁摩擦阻力的影响下易发生屈曲和卡死现象。为此,在分析现有振动减阻工具优缺点的基础上,研制了涡轮式连续管钻井双向振动减阻工具。该工具利用偏心环旋转引起径向振动和水锤效应使轴向振动实现工具的双向振动,并且可以通过改变偏心质量改变工具的激振力。室内试验结果表明:该工具结构合理,工作稳定可靠,在工作排量下激振力为1 000 N,径向和轴向振动频率分别为11.3和22.6 Hz,压降约为2 MPa。该工具的研制成功可解决连续管钻井中摩阻大和压力传递困难等问题。     

水力振荡器数值计算研究

目前尚未开展水力振荡器在改变特定参数和参数间在某种最优配合条件下能否得以优化的研究,制约了该工具的进一步完善。针对该问题,利用SolidWorks软件对水力振荡器的各部分结构进行三维建模,在ICEM CFD中进行网格划分,将网格导入ANSYS CFX进行数值计算与分析。研究结果表明:当流体通过水力振荡器时,旋转部件的运动使得流体动能增加,在流动过程中流体的动能重新转换为压能,使得该工具沿轴向正方向产生持续轴向力推动钻头做功;动静干涉作用和交界面速度变化所造成的流体震荡使得静止域产生剧烈的轴向和径向周期振动;大流量工况下轴向推力均值更大,轴向和径向振动也更为剧烈;在持续轴向推力和大幅度轴向振动推动下,该工具对钻柱施加周期性轴向振动和钻压并稳定推进。研究成果可为提高水力振荡器优化设计与敏感性分析水平提供相应的理论支撑。     

水力振荡器性能影响因素研究

水力振荡器通过产生轴向振动带动钻具产生轴向蠕动,可在一定程度解决滑动钻进过程中的托压问题。为了探讨水力振荡器性能的影响因素,建立了带有水力振荡器的钻柱轴向能量传递数学模型,通过数值模拟分析了水力振荡器的激振力、振动频率及安放位置对减阻效果的影响。分析结果表明:水力振荡器的激振力对减阻效果的表现十分显著,并且水力振荡器的激振力越大,减阻效果越明显,因而在条件允许的情况下,尽可能地选取激振力较大的水力振荡器配合钻进;在同一条件下,水力振荡器的安放位置对钻压的变化较为显著,减阻效果也有差异。所得结论可为合理选择水力振荡器提供参考。     

抽油机井振动载荷对杆管偏磨的影响研究

建立有杆泵杆柱振动力学偏微分方程并求解和分析,研制了可测出抽油杆工作过程中瞬时受力状况的测试仪器,进行了现场测试,获得了抽油杆不同部位受拉压和侧向力的周期性变化曲线,发现了振动载荷由下至上逐步增大的规律。当轴向压力增大到一定程度时,杆柱将屈曲变形,增加径向接触力,会使杆管偏磨的程度增加,为抽油机井杆管防偏磨提供了依据。通过采取合理加重、优化参数等技术措施,使杆柱受力中和点下移或减轻振动影响,措施在不同油田的几千口井上实施后见到了下移中和点、减小振动载荷、延长检泵周期的明显效果。     

井下螺杆马达双向振动固井工具的研制

在固井过程中,为了使不同体系下的水泥浆产生最有效的振动,研制了井下螺杆马达双向振动固井工具。该工具安装在管柱的底端,不会改变常规固井工艺。通过调整结构参数改变振动量级和振动频率,使水泥浆产生横向振动和轴向振动;通过结构设计和力学分析,得出了该工具横向振动频率和激振力公式。通过流体力学分析,得出了该工具轴向振动频率和水击压力公式。对该工具进行了水击力变化测试试验,测试结果表明:当入口流量为30 L/s时,水击力波动的幅值为0.5 MPa左右,满足设计要求。所得结果为该工具后续的结构参数调整和优化设计提供了理论指导。     

湍流冲击振动的输油管道临界长度计算

湍流冲刷管底形成悬空管道,悬空管道假设为一端固定一端铰支的等截面均质简支梁。在分析垂直载荷对悬空管道临界长度影响的基础上,考虑到湍流冲击振动引起的动应力以及管道振动时的外部阻尼、管道轴向力和内压的作用,进行受力分析,导出管道振动微分方程。以第四强度准则为安全判据,预测管道失稳破坏条件,计算悬空管道的临界长度,以便及时采取稳固及抢修措施。     

模拟水平井筒条件下液压振动对弯曲钻杆轴向力传递和形变的影响

在模拟水平井筒条件下,对液压振动对弯曲钻杆轴向力传递和形变的影响进行了实验研究。以一定的频率干扰钻杆中流体的流动可产生液压振动。结果显示,钻杆内产生的液压振动可以将弯曲形变力降低到11%～45%。结果是通过对比有振动和无振动钻杆弯曲时载荷的变化得到的。同时它也表明,在振动产生时对钻杆施加挤压力,可以减小井壁与钻杆间的摩擦力,降低黏滞滑动。关于液压振动对轴向力传递的影响,我们发现液压振动使从设备顶部传到设备底部的轴向力传递效率增加30%～100%。此增加量取决于流体的流速、流体类型（主要是黏度）和外加顶部载荷的大小。液压振动的利用在很大程度上取决于钻井液的黏度。以聚合物和水作为实验液时,显示出不同的效果。同时发现脉冲压力在聚合物中有所衰减,虽然这种衰减比起在水中要小一些。此项研究对于大位移井十分重要,它可以减小水平井筒中因弯曲产生的摩擦力,降低钻杆和套管的扭矩与阻力。     

潜油电泵泵端轴向力的计算及其平衡方法

潜油电泵的轴向力主要来自泵端,文章分析了轴向力产生的原因,给出了计算方法,提出了平衡轴向力的措施。实践表明,运用上述方法所设计的潜油电泵在现场运行中取得了良好效果。     

深井中钻柱动力学机理研究

为合理设计深井中的钻柱结构，提高钻具寿命，防止井下断钻具事故，讨论了钻柱的纵向振动、横向振动、扭转振动及进动之间的相互耦合关系，并指出了钻柱振动的危害和减少振动的现场措施。介绍了两种研究钻柱振动动力学的方法──有限元法和机械阻抗法。经举例说明深井中大井眼小钻铤的危害性，认为大井眼小钻铤的环空较大，钻铤的刚度较弱，在轴向力作用下易屈曲，激发横向振动，且钻铤的横向变形较大，因振动引起的交变应力也较大；纵向振动易出现动力失稳而诱发横向振动，横向振动又易诱发扭转振动。建议使用大井眼大钻铤设计方案。     

设计井眼中钻柱轴向变形分析与计算

分析认为,钻柱轴向谱形主要受轴向力、液柱压力和螺旋屈曲等因素影响,给出了三维设计井眼中的钻柱受轴向力和液柱压力引起的轴向变形计算方法,还了钻柱螺旋屈曲对其轴向变形的影响,并给出算例分析。     

钻柱振动特性分析与井底岩性识别方法初探

文中详细分析钻柱轴向振动的特性,建立了更能直实反映钻柱系统的轴向振动的力学模型,提出钻柱柱轴向振动的广义状态向量,用广义传递矩方法研究钻柱轴向受迫振动的一般规律,并给出计算任意组合钻柱系统的轴向振动稳态响应的一般方法,提供了不同测量条件下分析钻柱轴向振动状态的不同方法。