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。     

柔性连续抽油杆超冲程问题探讨

针对国内柔性连续抽油杆在应用中强调柔性杆容易实现超冲程的观点,引述理论界对于柔性连续抽油杆柱塞超冲程的讨论,依据杆柱一维振动模型阐述柱塞超冲程的相关问题,说明不同阻尼下实现放大系数最大时的频率比随阻尼系数的变大而变小。提出出现超冲程时必然会伴随着超载荷;在过阻尼的情况下,杆柱不但不会出现超冲程,反而会出现超冲程损失;柔性杆的应用应该以柱塞的实际冲程作为设计依据;柔性杆相对超冲程的量一般比液载的额外冲程损失小,正是钢丝绳弹性模量大而优于其他柔性杆的关键原因;柔性连续抽油杆的单井优化设计应该以加重杆满足柔性杆不受压为主要设计依据。     

碳纤维连续抽油杆冲程损失计算方法

碳纤维连续抽油杆的应用越来越广泛，但目前尚无专用于该类抽油杆冲程损失的计算方法，而用计算钢质抽油杆冲程损失的常规方法其误差很大，甚至常因计算误差太大而导致出现井下撞泵现象。通过对碳纤维连续抽油杆的材质进行分析，在考虑碳纤维连续抽油杆自身结构特征的基础上，结合作业温度变化对碳纤维复合材料与各种复合材料弹性模量的影响，并考虑到抽油杆振动所带来的影响，建立了适用于碳纤维连续抽油杆冲程损失的计算模型。计算实例表明，与常规计算方法相比，碳纤维连续抽油杆冲程损失计算模型的冲程损失计算结果误差由33.1%降至3.6%，完全满足现场对于冲程损失计算的精度要求。研究结果表明，建立的碳纤维连续抽油杆冲程损失计算模型可以解决碳纤维连续抽油杆应用中存在的冲程损失计算误差大、防冲距调整不精确的问题。      

钢丝绳抽油杆抽油超冲程分析

通过对钢丝绳抽油杆和常规钢杆振动模型固有频率的分析，从理论上分析了钢丝绳抽油杆和常规钢杆振动形成谐振(超冲程)的奈件；同时讨论了振动阻尼系数对共振的影响关系，从理论上得出了钢丝绳抽油杆在抽油时更易形成超冲程，进而从理论上解释了钢丝绳抽油杆在抽油过程中的泵效较高的事实，进一步解释了当前人们对钢丝绳应用和研究中的一些疑点和难点，为钢丝绳抽油系统的设计和应用提供了重要的理论指导。     

钢丝绳抽油杆抽油超冲程分析(续)

檀朝东,张嗣伟(石油大学(北京),北京102200)3　钢丝绳加重杆组合杆和常规钢杆多级杆固有频率分析　　对多级钢杆　　p1=fcgπa2L;(13)N1=30p1π=fcg15La。(14)式中,fcg为多级钢杆频率系数,无量纲。符合API抽油设计的频率系数为[6],1 24≥fcg≥1,所以最小固有基频为f1=πa2L,N1=30p1π=15aL。(15)就钢丝绳组合抽油杆而言,一般为钢丝绳与常规钢杆组成的二级杆,其固有基频各阶固有频率通过理论推导应满足tg(π2·aa1·L1LFc)tg(π2·aa2·L2LFc)=A1E1a1A2E2a2,(16)f1=Fcπ2αL,(17)N1=Fc15αL,(18)取a=5189m/s(a为常规钢杆声波速度);…     

连续杆采油的超冲程现象分析

通过对连续抽油杆的运动分析和有阻尼时混合杆柱的纵向振动方程的解析解的研究, 求出两种情况下的柱塞超冲程量解。由此得出结论: 柱塞的实际冲程取决于悬点的冲程、柔性杆柱和油管在载荷作用下的弹性变形所引起的冲程损失, 同时也取决于柔性杆柱在工作过程中的弹性振动引起的超冲程。     

钢丝绳连续抽油杆抽油系统柱塞超冲程的初步分析

根据钢丝绳连续抽油杆抽油系统在油田使用的实际情况,用振动理论初步分析了钢丝绳连续抽油杆抽油系统柱塞产生超冲程的原因,提出了柱塞实际冲程的计算公式,并以此分析了产量和泵效提高的原因。最后,为提高钢丝绳连续抽油杆抽油系统柱塞的实际冲程和扩大使用这项技术,提出了一些有益的建议。     

柔性连续碳纤维抽油杆应用软件开发

本文以简易公式法为理论依据,在充分考虑油管回压的基础上,结合柔性连续碳纤维抽油杆的具体特性,并运用计算机编程技术,编制出了一套碳纤维—钢混合抽油杆应用设计软件。通过输入油井工况数据,利用该软件可有效设计出配重杆的规格及长度等施工数据,并能预测产液量,同时所有信息都能及时存放到各自对应的数据库中。现场应用表明,该软件具有较高的精度,能够满足工程需要。     

碳纤维连续抽油杆采油配套工具研究

碳纤维抽油杆采油工艺技术是近年来形成的一项新的采油技术,利用碳纤维抽油杆的重量轻、耐腐蚀、液流阻力小等优点,实现抽油系统节能降耗、防腐防断、提高泵效、降低投入的目的。作为一种新型采油工艺技术,施工及生产中需要配套各种设备及工具,从技术工艺原理、配套设备及工具、应用效果、结论认识等方面作介绍。     

碳纤维连续抽油杆夹持技术

碳纤维连续抽油杆(简称碳纤维杆)具有质量轻、抗拉强度高和抗腐蚀性强等优点,用于深井、超深井和腐蚀性油井可大大降低能耗、提高采油效率,但是由于碳纤维杆的抗剪能力差、表面摩擦因数低,已有的碳纤维杆夹持系统提升力不足、伤杆断杆等问题突出,大大影响了碳纤维杆技术的推广应用。为了解决碳纤维杆的夹持难题,开展了碳纤维杆的基础性能评价、夹持摩擦副材料开发、表面结构及介质影响配套夹持系统试验等方面的研究工作。通过试验对比研究,优选了碳纤维杆的夹持摩擦副材料和夹持表面结构形式,提高了对碳纤维杆夹持的提升力和可靠性;结合碳纤维杆作业机注入头夹持系统非对称运动的特性,优化了夹持块的结构,并对夹持块切入角部位采用软合金材料,解决了碳纤维杆夹持时存在的错位夹持块弯折咬杆和注入头运转时的切入角磕碰伤杆问题。配套作业机注入头形成的碳纤维杆无损伤夹持技术,为碳纤维杆技术在油田的推广应用奠定了基础。     

碳纤维连续抽油杆振动分析

碳纤维连续抽油杆具有强度高、耐疲劳、质量轻、耐腐蚀等优点,在石油机械领域应用广泛。但是,其特殊的结构导致在作业过程中产生振动,无法用传统钢制抽油杆的振动方法进行计算分析。通过重新构建碳纤维抽油杆的结构模型,求解微分方程、分析阻尼影响及作业过程中碳纤维连续抽油杆在两种边界条件下的振动特性,得出在阻尼强制振动的情况下相位差的区间范围及相位频率曲线的变化趋势,得到了碳纤维连续抽油杆的振动方程,并提出了其共振条件。此算法可以用于分析碳纤维连续抽油杆的振动,对于碳纤维抽油杆的应用提供帮助。     

连续抽油杆采油技术的应用

针对濮城油田油藏特点及生产现状 ,为降低油田开发成本 ,试用了连续抽油杆抽油技术。通过现场实施 ,该技术具有提高泵效 ,降低成本的作用 ,有较大的应用发展前景。     

碳纤维抽油杆作业车中抽油杆悬重及长度的测量

碳纤维连续抽油杆作业车是设计用于碳纤维抽油杆的配套专业作业设备,作业过程中碳纤维连续抽油杆的悬重、下杆杆长是非常再要的作业工矿测量和控制参数。文中主要就碳纤维连续抽油杆作业车系统中抽油杆悬重和下杆杆长的测量进行了论述,给出了依靠杆的张力测量悬重和依靠驱动轮旋转圈数测量杆长的测量方案。现场实验结果表明,该设计是成功的。     

SPM5360TCGJ型碳纤维连续抽油杆作业车研制

针对当前碳纤维连续抽油杆作业车存在的结构布局不合理、夹持器的牙齿尖、夹持力大、易损碳纤维连续抽油杆等问题,研制SPM5360TCGJ型碳纤维连续抽油杆作业车。该车采用单车车载式结构,整车全液压控制,设计了专用动力滚筒、排杆机构、井口装置等装置,适用于圆形碳纤维连续抽油杆的各项作业。通过控制动力滚筒的正反转,实现杆体的收卷、释放。排杆机构与动力滚筒联动,滚筒旋转1圈,杆体导向机构移动1个导程(1个杆体直径距离),实现杆体在滚筒的有序多层排列。井口装置主要通过前后移动液压缸、左右移动液压缸实现快速对正井口。现场应用证明,该作业车结构紧凑,布局合理,作业灵活,不损伤碳纤维连续抽油杆,作业效率高。     

往复式有杆泵抽油杆扶正器的布置研究

从井身剖面角度出发,考虑添加扶正器后对抽油杆柱受力的影响,对抽油杆柱建立了受力模型和数学模型,分析抽油杆的变形和失稳,并以此建立了布置扶正器时的合理依据.在理论分析的基础上,利用Visual Basic语言编制了进行扶正器位置和间距优化设计的软件,能够给予实践以很好的指导作用.     

柔性连续抽油杆提捞式抽油机系统效率研究

针对低渗透、低产量油井,设计了柔性连续抽油杆提捞式抽油机。介绍了该抽油机主要结构和工作原理,并推导了系统输入功率、输出功率以及系统效率的计算公式。给出了常规抽油机井和提捞式抽油机井能耗和系统效率的计算实例。结果表明,在相同油井条件下,与常规抽油机-抽油泵系统相比,提捞式抽油机系统效率较高,耗电量较低。     

抽油杆旋塞阀

为解决起下抽油杆过程中遇井喷时常规方法存在抢喷不及时的问题,研制了抽油杆旋塞阀.该装置是在油管旋塞的基础上加工而成,具有质量轻、操作简单、抢喷快等特点,经现场试用,效果良好.在20余口高压油气井的抢喷施工中成功率达100%,具有显著的经济效益和社会效益.     

抽油杆断裂失效分析

通过对断裂抽油杆的设计强度校核、断口的宏观形貌分析和材质及金相组织的检验表明，由于抽油杆热处理未达到工艺要求，导致出现非正常金相组织，降低了抽油杆的疲劳性能，加之表面有磕伤，造成应力集中，因而在使用后不久发生了断裂失效。