粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真

聚合物抽油机井抽油杆柱在粘弹性流体井筒内偏心运动时，抽油杆柱受到交变粘弹性流体法向力的作用。该文指出了交变粘弹性流体法向力是抽油杆柱横向振动的激励。考虑抽油杆柱所受粘弹性流体法向力与抽油杆柱横向振动位移的耦合关系，建立了受粘弹性流体法向力作用的抽油杆柱在油管内横向振动仿真的力学和数学模型。采用有限差分法和Newmark法实现了对抽油杆柱在油管内横向振动的仿真计算。分析了抽油杆柱在初始偏心和粘弹性流体法向力激励下的横向振动规律。仿真结果表明:抽油杆柱的任何初始偏心都会导致在全井范围内发生杆管碰撞现象；抽油杆柱下冲程杆管碰撞更为剧烈，且泵端附近碰撞力最大；由于粘弹性流体法向力的存在，杆柱与油管壁的接触碰撞更加频繁，加剧了杆管偏磨。所建立的粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真模型对于聚驱井杆管偏磨分析、扶正器的优化配置具有指导作用。     

直井抽油杆柱在屈曲位移激励下横向振动的仿真研究

鉴于目前直井杆管偏磨分析仅停留于抽油杆柱在油管内的静力屈曲理论,提出了一种基于抽油杆柱屈曲位移激励的抽油杆柱在油管内横向振动与杆管偏磨的动力学分析方法。考虑轴向分布载荷和泵端动载荷的作用,以下冲程某时刻抽油杆柱在油管内的屈曲构型作为抽油杆柱横向振动的位移激励,建立了直井抽油杆柱在油管内横向振动的仿真模型。采用有限差分法对井深进行离散,Newmark法对时间进行离散,以恢复系数法建立了杆管碰撞条件,碰撞冲量作为碰撞效果的度量,对抽油杆柱在油管内横向振动数学模型进行了数值仿真。仿真结果表明:杆管碰撞现象主要发生在下冲程杆柱发生屈曲后,且几乎沿全井都有发生,从井口至泵端附近的碰撞力峰值逐渐增大;中位点以下碰撞最强烈,碰撞力最大,且呈现高频次碰撞;中位点以上至井口附近,碰撞频次和碰撞力依次减弱;而上冲程碰撞现象很少,碰撞力也较小。所建立的抽油杆柱屈曲位移激励下的横向振动仿真模型适用于杆管偏磨分析,同时为扶正器的优化配置提供新的理论基础。     

油井抽油杆偏磨的分析与措施

随着临盘油田开采进入注水开发期，油井管杆偏磨现象日益严重，管杆偏磨不仅造成油井减产或停产，增加维护井工作量，而且导致井内管杆磨损，断裂，甚至管杆落井，增加了作业施工的难度。 一、深抽方式中抽油杆偏磨的具体分析 造成抽油井管、杆偏磨的直接原因是由于抽油杆在井下受多种力的作用产生交变载荷，受力状况复杂，抽油杆柱不是刚形体，     

油田抽油机井偏磨现状分析

抽油机采用抽油杆向井下泵传递动力,杆管接触时,相对运动造成抽油杆与油管的磨损,称为偏磨。偏磨使抽油杆磨损,降低了抽油杆的强度,造成抽油杆断裂,磨穿油管壁,影响油井正常工作,给油田带来较大的经济损失。本文调研分析了油田四矿853—7井杆管偏磨和治理方面的现状,研究了造成杆管偏磨的机理,危害以及治理方案。     

抽油井偏磨现状分析

抽油机采用抽油杆向井下泵传递动力,杆管接触时,相对运动造成抽油杆与油管的磨损,称为偏磨。偏磨使抽油杆磨损,降低了抽油杆的强度,造成抽油杆断裂,磨穿油管壁,影响油井正常工作,给油田带来较大的经济损失。本文调研分析了油田四矿853-7井杆管偏磨和治理方面的现状,研究了造成杆管偏磨的机理,危害以及治理方案。     

油田开发油井偏磨分析

抽油机采用抽油杆向井下泵传递动力,杆管接触时,相对运动造成抽油杆与油管的磨损,称为偏磨。偏磨使抽油杆磨损,降低了抽油杆的强度,造成抽油杆断裂,磨穿油管壁,影响油井正常工作,给油田带来较大的经济损失。本文调研分析了油田四矿853—7井杆管偏磨和治理方面的现状,研究了造成杆管偏磨的机理,危害以及治理方案。     

采油井偏磨现状分析与研究

抽油机采用抽油杆向井下泵传递动力,杆管接触时,相对运动造成抽油杆与油管的磨损,称为偏磨。偏磨使抽油杆磨损,降低了抽油杆的强度,造成抽油杆断裂,磨穿油管壁,影响油井正常工作,给油田带来较大的经济损失。本文调研分析了油田四矿853—7井杆管偏磨和治理方面的现状,研究了造成杆管偏磨的机理,危害以及治理方案。     

油井防偏磨治理技术研究与应用

随着油田开发的不断深入,抽油杆和油管的偏磨现象日趋严重。由杆和管偏磨造成的井下事故大大增加,目前辽兴公司因杆管偏磨造成的维护工作量占总维护工作量的三分之一左右。针对造成杆管偏磨的因素,通过开展油井防偏磨治理技术研究,研究优化出自旋转刮蜡扶正器,该防偏磨工具连接在抽油杆上,扶正套的外径大于抽油杆接箍外径,起扶正作用,扶正套的材料是利用纳米高分子复合材料制造而成的,具有综合优良性能,扶正套与油管接触摩擦使扶正体磨损,而减少油管的磨损,以达到防偏磨的目的;利用直锯齿和螺旋槽结构使扶正套有规律旋转而均匀磨损,以达到使用寿命长久的目的。通过现场试验,有效防止杆管磨损,延长了油井检泵周期,提高油井生产时率。     

抽油机井管杆偏磨分析与防治措施

抽油机井在生产过程中,井下油管与抽油杆偏磨严重,杆断率增大,作业井次明显增加,影响油井生产,同时作业费用增加,使得采油成本加大,给油田开发造成了较大的经济损失。本文针对此问题,分析了杆管偏磨的各种原因,以及影响偏磨的各种因素,指出了杆管偏磨是机械偏磨,腐蚀磨损和砂粒磨损联合作用的结果,提出了杆管偏磨的防治措施。从而大大减轻或从根本上消除管杆偏磨现象,达到控水增效的目的。     

抽油机井杆管偏磨原因分析及防治措施研究

抽油机井在生产过程中,井下油管与抽油杆偏磨严重,杆断率增大,作业井次明显增加,影响油井生产,同时作业费用增加,使得采油成本加大,给油田开发造成了较大的经济损失。本文针对此问题,分析了杆管偏磨的各种原因,以及影响偏磨的各种因素,指出了杆管偏磨是机械偏磨,腐蚀磨损和砂粒磨损联合作用的结果,提出了杆管偏磨的防治措施。从而大大减轻或从根本上消除管杆偏磨现象,达到控水增效的目的。…～…H㈣…、㈣㈣     

热冲击作用下轴向运动梁的振动特性研究

研究了两端简支不可移、轴向运动梁在热冲击作用下的横向振动特性,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,采用微分求积法求解了梁的横向振动问题,分析了热冲击和轴向运动效应对梁固有特性的影响。研究发现:热冲击引起的梁的等效热轴力、热弯矩和弹性模量变化三因素中,热轴力对梁固有频率的影响起主导作用,材料的弹性模量变化和热弯矩起次要作用;当热冲击载荷大于或等于梁的临界压力时,达到梁的第一阶失稳模态;热冲击和轴向运动效应都会降低梁的固有频率,它们的联合作用会导致模态之间的耦合现象,使梁更易达到失稳状态。     

The energetics and the stability of axially moving strings undergoing planar motion

Free coupled planer vibration of an axially moving string is investigated from the point of view of energetics. The time-rate of the total mechanical energy associated with the vibration is calculated for axially accelerating strings with ends moving in a prescribed way. The result shows that the energy is not conserved for a string moving in a constant axial speed and constrained by two fixed ends. For such a string, it is proved that there exists a conserved quantity that remains a constant during the coupled planar vibration. An approximate conserved quantity is derived from the conserved quantity in the neighborhood of the straight equilibrium configuration. The approximate conserved quantity is applied to verify the Lyapunov stability of the straight equilibrium configuration.     

轴向运动弦线横向非线性振动的能量和守恒

基于轴向运动弦线横向非线性振动的动力学方程，导出系统能量随时间变化的关系，定义了一个在系统振动过程中保持不变的守恒量。     

A superposition method of reflected wave for moving string vibration with nonclassical boundary

A reflected wave superposition method is proposed for an axially traveling string with classical and nonclassical boundaries, based on the reflection of the propagating wave on both sides of the string, combining its initial conditions and the continuity conditions in order to obtain the expressions for the reflected wave. The reflection process, in three phases, is deduced and a determinate expression for the transverse vibration is obtained. The correctness and superiority of the proposed method is verified by comparison with the Newmark-β method for an axially moving string with a fixed and a spring-dashpot boundary.     

Steady-state response of the parametrically excited axially moving string constituted by the Boltzmann superposition principle

Summary.  The steady-state transverse vibration of a parametrically excited axially moving string with geometric nonlinearity is investigated in this paper. The Boltzmann superposition principle is employed to characterize the material property of the string. The method of multiple scales is applied directly to the governing equation, which is a nonlinear partial-differential-integral equation. The solvability condition of eliminating the secular terms is established. Closed form solutions for the amplitude and the existence conditions of nontrivial steady-state response of the summation resonance are obtained. Some numerical examples showing effects of the viscoelastic parameter, the amplitude of excitation, the frequency of excitation, and the transport speed are presented. Received February 12, 2002; revised October 25, 2002 Published online: May 8, 2003 The research was supported by the National Natural Science Foundation of China (Project No. 10172056).     

受初应力作用的轴向运动功能梯度梁的动力学分析

基于Euler梁模型研究了初始应力作用下轴向运动功能梯度材料梁的横向振动问题。假设材料性质沿梁的厚度方向按幂指数形式连续变化,利用Hamilton原理建立了系统的控制方程,应用复模态法求得了其固有频率和模态函数,接着分析了轴向运动速度、梯度指数、初应力大小等因素对梁的动力响应的影响。结果表明:梯度指数和轴向速度的增大都会导致固有频率降低,轴向初应力的增大则使得固有频率升高。     

轴向运动黏弹性夹层板的多模态耦合横向振动

基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt黏弹性本构方程, 建立了轴向运动黏弹性夹层板横向振动控制方程, 研究了其横向振动特性。采用一阶和二阶Galerkin截断得到夹层板横向振动的特征方程, 讨论了两种夹心层所占总厚度比率下轴向运动速度对其横向振动特性的影响。研究表明: 在未超过临界速度前, 无论一阶还是二阶截断, 在定性描述系统特征上二者相同, 但一阶截断不适合描述轴向运动速度超过临界速度的情形; 对四边简支黏弹性夹层板, 临界速度和发生耦合模态颤振的速度随着夹心层比率的减少逐渐增大。     

轴压作用下自由-自由运动梁振动特性研究

针对轴向压力作用下的两端自由运动梁的振动问题,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,通过解析法和微分求积法(DQM)求解了梁的振动特性,分析了轴向压力和运动效应以及轴向力导数和运动加速度对梁固有特性的影响,并对临界载荷、临界速度等的影响因素进行了比较研究。结果表明:轴向压力和运动效应都使得固有频率降低,压力和运动速度的特定组合会导致超临界现象和耦合模态颤振的出现;压力导数和加速度效应都会使得梁的基础频率产生不稳定性;梁的临界载荷随着运动速度增大而变小,临界速度随轴向压力增大而降低。     

不同气体产量下水平井完井管柱振动机理的试验研究

为了分析水平井完井管柱的振动机理,研究不同气体产量对完井管柱振动的影响,开展了不同气体产量下完井管柱振动试验研究。应用应变片测试技术采集不同气体产量下完井管柱在水平和重力两个方向的振动应变数据,采用模态分析法处理试验数据,得出管柱振动响应。结果表明：在气井开启初期,由于水锤效应,管柱容易产生较大振动,随着进气量的稳定,管柱振动逐渐减弱;完井管柱弯曲段流速不均匀,其振动较大;由于作用于管柱水平方向和重力方向的力不同,管柱水平方向的振动比重力方向的振动剧烈;完井管柱的振动位移、振动频率和位移标准差均随着气体产量的增大而增大,但在试验工况下,其在不同产量下的模态阶次相同。因此,适当减少气井开关次数、减小造斜处的井斜角以及气体产量有利于减小完井管柱与套管之间的碰撞和磨损,增强管柱的安全性。研究结果可为生产实际中减弱完井管柱的振动提供参考。