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);…     

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。     

碳纤维连续抽油杆超冲程问题研究

碳纤维连续抽油杆使用时,柱塞的运动存在超冲程现象,且超冲程的影响规律不明,导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。鉴于此,将抽油杆运动分解为由悬点位移和泵时变载荷激励的两个子运动,分别建立相应的数学模型,采用有限差分法对模型进行求解。根据所建模型分析了冲次和杆柱组合对柱塞超冲程的影响,分析结果表明:悬点位移激励产生的柱塞超冲程随着冲次的增加而单调增加,泵时变载荷引起的柱塞超冲程则有正有负;柱塞的超冲程是由悬点位移和泵时变载荷共同作用产生;有杆采油系统均存在超冲程现象,碳纤维-钢混合杆柱的能耗和泵效均优于全钢杆。研究结果可为现场充分利用碳纤维抽油杆的优势提供理论依据。     

钢丝绳抽油杆振动阻尼计算及分析

文章针对钢丝绳抽油杆的结构特点，首次进行了钢丝绳抽油杆结构阻尼的定性分析，推导了等效结构阻尼和流体粘滞阻尼的计算公式，比较了钢丝绳抽油杆和常规钢杆的阻尼计算结果。计算结果表明，由于钢丝绳杆的损耗因子和弹性模量均小于常规钢杆，所以，其结构阻尼较小，即使在损耗因子相同的情况下，其结构阻尼系数也只有常规钢杆的0．714倍；钢丝绳杆在流体中的阻尼至少比常规钢杆小100／0～30％。     

钢丝绳柔性抽油杆抽油装置图表选择法的研究

对柔性连续抽油杆抽油装置图表选择法进行了简要的理论分析。为了保证柔性抽油杆在工作中下冲程过程的正常回落 ,在钢丝绳的末端设置了一定长度的加重杆 ,所以柔性杆的最大下泵深度为钢丝绳和加重杆两部分长度之和。另外 ,针对钢丝绳抽油杆自身弹性模量小、弹性大的特点 ,提出了确定泵柱塞有效冲程的新的计算理论 ,并且在青海尕斯库勒油田 16 - 6井实际验证了上述理论计算的正确性。     

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。     

钢丝绳抽油杆抽油系统的理论体系研究综述

文章不仅论述了当前钢丝绳抽油杆抽油系统研究的主要方法，结论和观点，同时详细讨论了目前研究中存在的主要问题，提出了建立钢丝绳抽油系统理论体系的基本内容及解决方案。目前，钢丝绳抽油系统的理论分析基本都采用与常规钢杆抽油系统相同的方法，建立的动力学模型，并没有明显反映钢丝绳抽油杆的结构特征和力学特性，在其振动议程中完全套用常规钢抽油杆杆体振动阻尼系数，根据该振动方程的求解结果，对钢丝绳抽油杆抽油系统工作的实际情况难以作出正确的分析，从而也难以对钢丝绳抽油杆抽油的实际油井示功图及其产量与泵效提高的原因作出准确的解释。因此，十分有必要建立完善而且能较全面地、客观地、系统地反映钢丝绳抽油杆特点的抽油理论体系。     

钢丝绳抽油杆接箍在粘性流体中的阻尼试验

钢丝绳抽油杆在油田现场使用时 ,由于必须要与光杆和加重杆联接 ,因此 ,两端有联接接箍。在试验室 ,利用水泵提供液体进行了接箍在稳定流动中的试验和抽油机带动钢丝绳及其接箍在液体中运行的不稳定流动试验 ,并用压力传感器测量了液体流经接箍时的压力损失。试验证明 ,两种流动都属于紊流 ,在稳定流动情况下 ,液体流经接箍造成的压降与雷诺数成二次方关系 ,通过拟合试验数据得出了摩阻系数与雷诺数之间的关系为λ =6×1 0 9Re-1 70 79;在不稳定流动情况下 ,摩阻系数与冲次之间的关系为λ =0 2 2 3n2 - 3 77n + 2 0 3 90。     

钢丝绳抽油杆技术的应用与发展

分析了我国钢丝绳抽油杆抽油技术的研究和应用现状及存在的问题,提出了钢丝绳抽油杆抽油系统成套技术的概念及其组成.建议成套开发钢丝绳抽油杆抽油技术,合理选择井深和产量,改进配套设备,完善设计理论和制造工艺,使其在生产中更好地发挥优势.     

钢丝绳抽油杆抽油系统抽油模式的选择

用预测方法来研究钢丝绳抽油杆抽油系统的抽油模式,可确定在中、低产量深井中应用此抽油系统的最佳油汲参数、杆柱组合、抽油机机型等.研究结果表明,在中、低产量深井应用此抽油系统时,长冲程、低冲次、中小泵径、油管锚定、直径较小的钢丝绳杆与直径较大的加重钢杆组成的抽油混合杆柱是最佳抽油模式.该模式有利于提高泵的有效冲程及系统效率,降低能耗.采用液压抽油机有利于充分发挥钢丝绳抽油杆的有效冲程,而稠油大泵强采则不利于此杆优点的发挥.     

钢丝绳杆泵抽油系统优化设计方法及现场应用

应用系统工程节点分析方法,全面定量地计算了从油层到井口的整个系统钢丝绳和常规杆混合杆柱抽油井的供排协调点,合理地选择机-泵工作参数和混合杆柱组合,分析了杆柱的受力状况,预测了系统指标,包括产液量、冲程效率、泵效、井下系统效率。分析了主要抽油工作参数(泵深、冲程、冲次、泵径)对系统指标的影响,得出了考虑多目标指标下的油井优化设计方案。编制了钢丝绳杆混合杆柱的抽油井系统优化设计软件,设计软件在现场应用取得了较好的效果。     

钢丝绳采油系统抽油泵柱塞超行程分析

利用抽油杆柱行为预测技术 ,定量计算了钢丝绳连续抽油杆柱和钢抽油杆柱两种采油系统抽油泵柱塞的超行程 ,分析了主要油井工作参数 (包括冲程、冲次、泵径、泵深、沉没度、杆柱组合 )对泵柱塞超行程的影响 ,定量地描述了影响抽油泵柱塞超行程的主要参数。指出 :在油井工作参数合适的条件下 ,钢丝绳连续抽油杆采油系统较之常用的钢抽油杆采油系统更易于形成泵柱塞的超行程 ,使油井产量增加。为增加使用钢丝绳连续抽油杆采油系统油井的产量 ,合适的油井工作参数应为长冲程 ,适当冲次 ,小泵径 ,并应精心选配绳杆组合。最后给出了实例的定量分析结果。     

人工神经网络技术对钢丝绳柔性抽油杆抽油机井故障诊断研究

介绍了利用人工神经网络(ANN)技术和计算机图像处理技术对钢丝绳柔性抽油杆抽油装置进行故障诊断的方法。对示功图进行了二值化、滤波和正规化处理，获得了人工神经网络的输人向量，输出结果则表示可能发生的故障形式。采用BP网络．最后给出了一个诊断实例。     

预测有杆泵抽油系统参数的新方法

介绍了固定于质量为零的基础之上、并随基础上下运动的抽油杆柱纵向振动的一维有阻尼波动方程，应用振型叠加法求解了抽油杆柱波动方程，从而可将偏微分方程的数值解转化成常微分方程组的数值解，并以单级杆柱为例阐述了周振型叠加法求解抽油杆柱波动方程的全过程。由于常微分方程组数值解的特点，上述方法可以很方便地模拟井下泵的边界条件，且适用于不同材料的组合杆柱。应用结果表明，这种方法具有运算量少、节省计算机运算时间和预测精度较高等优点。     

钻井钢丝绳断裂原因的技术分析

钻机提升系统的钻井钢丝绳在油田钻井过程中突然断裂,造成设备顿钻事故。通过对钢丝绳断裂部位、断口形貌、制造质量以及滚动系统滑轮参数等调查情况进行分析,剖析了钢丝绳断裂产生的原因。