液动压力对有杆抽油系统的影响

建立了描述有杆抽油系统的数学模型，除考虑抽油杆，油管的运动我，还考虑了油管振动时通过液柱对抽油杆的作用。从理论上研究了油管中的液柱在油管弹性振动下产生的液动压力对抽油杆振动的影响，建立了考虑液柱液动压力的抽油杆振动微分方程，给出了液动压力折算为附加质量的计算式，以及用于有杆抽油系统动态参数诊断，预测的定解条 。给出的数学模型可供有杆抽油系统进行动态参数预测和故障诊断时参考。     

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。     

工频集肤电热开采高凝稠油的理论研究与实践

本文对工频交流电的集肤效应所产生的热量进行了理论研究与计算,与直流电的热效对比,显示了工频交流电用于电热杆采油的优越性,为设计制造集肤电热抽油杆奠定了理论基础。通过大港枣园油田多口井的现场实践,证实了电热抽油杆采油工艺用于开采高凝稠油的可行性。     

定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器布点优化

将定向井抽油杆柱在井筒内横向振动的力学模型简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在井筒约束条件下的横向振动模型。在模型中考虑了交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,并提出了弯曲井筒是轴向运动抽油杆柱横向振动的一项主要激励。综合考虑弯曲井筒对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述井筒对抽油杆柱横向振动的约束,并基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在井筒约束条件下横向振动仿真的数学模型。基于定向井抽油杆柱横向振动仿真模型,建立了扶正器布点优化的数学模型。采用龙格库塔法实现了定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算;通过循环迭代方法实现了扶正器的布点优化。研究结果表明：⑥仿真结果与油田实际情况相符,验证了模型的适用性;②杆管偏磨的危险点为井眼的造斜段与杆柱受压段。井眼造斜段杆管接触力较大,杆柱受压段杆管碰撞剧烈;③优化扶正器配置后,杆体、接箍不与油管接触,扶正器的最大杆管接触力均在许用接触应力以内,保证了抽油杆柱的工作寿命。     

定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器布点优化

将定向井抽油杆柱在井筒内横向振动的力学模型简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在井筒约束条件下的横向振动模型。在模型中考虑了交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,并提出了弯曲井筒是轴向运动抽油杆柱横向振动的一项主要激励。综合考虑弯曲井筒对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述井筒对抽油杆柱横向振动的约束,并基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在井筒约束条件下横向振动仿真的数学模型。基于定向井抽油杆柱横向振动仿真模型,建立了扶正器布点优化的数学模型。采用龙格库塔法实现了定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算;通过循环迭代方法实现了扶正器的布点优化。研究结果表明:(1)仿真结果与油田实际情况相符,验证了模型的适用性;(2)杆管偏磨的危险点为井眼的造斜段与杆柱受压段。井眼造斜段杆管接触力较大,杆柱受压段杆管碰撞剧烈;(3)优化扶正器配置后,杆体、接箍不与油管接触,扶正器的最大杆管接触力均在许用接触应力以内,保证了抽油杆柱的工作寿命。     

含水与沉没度对杆管偏磨的影响研究

通过对抽油机井最小载荷随含水和沉没度变化规律及杆管摩擦磨损规律的实验研究,找出了含水、沉没度对杆管偏磨的影响规律。高含水抽油机井在低沉没度条件下运行时,抽油泵因严重供液不足而产生液击,会加剧抽油杆柱振动,降低抽油机悬点最小载荷,从而减少抽油杆柱的轴向分布力与杆管产生偏磨的临界轴向压力,加大了下冲程时抽油杆柱下部受压段的长度,容易造成抽油杆柱屈曲而导致杆管偏磨。高含水是导致杆管偏磨速度加快的主要原因。     

抽油杆柱的纵向振动特性与共振条件

针对美国中西部研究所关于抽油杆柱纵向振动研究力学模型存在的问题 ,在研究抽油杆柱纵向振动特性时 ,提出将抽油杆柱简化为上端固定于随悬点运动的基础之上 ,下端受液体载荷激励的力学模型。得出单级抽油杆柱纵向自由振动的固有频率以及抽油杆柱对悬点运动和泵柱塞液体载荷两种激励的稳态响应计算公式。指出单级抽油杆柱产生共振的条件是激励频率等于基频的奇数倍。证明APIRP11L《有杆抽油系统的设计计算推荐方法》中关于激励频率等于基频偶数倍时单级抽油杆柱将产生共振的结论是错误的 ,并指明导致这一错误结论的根本原因是所采用的力学模型是错误的     

共振对螺杆泵井抽油杆偏磨的影响

地面驱动螺杆泵井抽油杆的偏磨是制约螺杆泵应用的主要原因,目前采用的防治方法不能从根本上解决该问题.采用螺杆泵井受力测试仪器对抽油杆进行受力测试,结果表明,当抽油杆的转速达到特定值时,抽油杆会产生横向振动共振,这是造成抽油杆偏磨的动力学因素.当螺杆泵井抽油杆高速旋转时,重心偏移是抽油杆产生横向振动的主要原因.根据地面驱动螺杆泵井抽油杆的现场工作状态,建立了抽油杆横向振动理论模型,分析了横向振动共振的产生条件,即抽油杆的角速度等于横向振动频率,并在此基础上建立了抽油杆的横向振动模型,由横向振动的频率得出避免横向振动共振的抽油杆控制转速,从而解决了螺杆泵井抽油杆偏磨的难题.     

抽油杆柱纵向振动固有频率的分析与计算

抽油杆柱纵向振动的固有频率是影响有杆抽油系统行为的一个重要因素，其值只取决于抽油杆柱的结构、材料和边界条件，与它是否正在振动无关。美国中西部研究所在计算抽油杆柱纵向振动固有频率时，是从分析计算抽油杆柱对顶端激励的响应出发，根据发生共振的条件来确定固有频率。这种计算方法概念不清，且对多级抽油杆柱来讲显得过于复杂。从振动理论的观点出发，对抽油杆柱的纵向振动固有频率进行了分析计算，为抽油杆柱纵向振动固有频率的计算提供了一种有效的方法。     

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。     

定向井有杆抽油系统诊断力学模型

根据定向井中抽油杆柱的实际工作状态,综合考虑了抽油杆柱刚度、油液粘滞阻力、村眨之间库仑摩擦力、井眼轨迹等因素的影响,从空间曲杆受力和力矩平衡原理出发,应用微元矢量分析理论,建立了定向井吸杆抽油系统诊断力学模型。     

井液流动产生的作用力及其对杆柱受力影响

在分析目前杆管偏磨理论所存在问题的基础上,探讨了井液流动及接箍对抽油杆柱受力的影响,给出了井液在抽油杆柱和油管组成环状管道中流动时产生作用力的计算模型,以及直井中抽油杆柱中和点、轴向力的计算方法,并利用实例进行了验证。实例分析表明：井液流动产生的作用力使杆柱上冲程的轴向力增大,下冲程的受力中和点增加,偏磨范围增大。分析了抽油杆柱在实际运动中的受力状况,为进一步研究杆管偏磨机理打下了理论基础,对杆管偏磨防治措施的研究具有重要的指导意义。     

深斜井条件下三维杆柱力学研究及应用

随着深层油藏的开发和绿色油田的推进,深井、大斜度井、丛式井日益增多,复杂井眼条件下有杆泵井举升存在偏磨严重,检泵周期缩短的问题,杆管偏磨机理一直没有得到较好解决。考虑井眼轨迹、流体黏滞阻力以及扶正器的影响,建立了三维杆柱动力学模型,通过求解得到了三维侧向力的动态分布规律。计算结果表明,抽油杆中和点以下侧向力方向易发生周期性变化,解释了杆柱偏磨的原因;侧向力方向周期变化会引起的杆管碰撞,也是加剧中合点以下杆管偏磨的重要原因。定量分析了多个参数对侧向力的影响,为防偏磨生产参数设计提供了理论依据。     

抽油机斜直井杆管接触与磨损力学模型

斜直井中抽油杆在上下往复运动过程中,轴向力周期性地拉压变化:受拉时,抽油杆在扶正器限制下被拉直,不与油管发生接触;受压时,当抽油杆所受的压力大于临界压力值,将发生失稳,失稳过大会与油管接触并伴有接触力。接触力的存在对抽油杆柱与油管的安全生产极为不利,特别是高含水油井,抽油杆与油管间发生水性研磨,将增加抽油杆的断脱几率或加快油管磨穿速度。从杆管接触理论关系出发,利用力矩原理,计算杆管接触力的大小;结合现场井下作业油管创口形态,建立理论示功图条件下的油管柱创口模型,预测油管磨穿时间,并利用缝隙流理论预测了漏失量。通过该方法计算得到的油管磨损理论创口形态与现场实际较为接近,针对复杂示功图可用近似标准示功图代替。     

折梁式抽油机的设计原理及评价

折梁式抽油机是由常规游梁抽油机衍生而来,它有一个后伸并下折的游梁,废弃了钢丝绳而增加了游梁平衡;由于平衡重的多块组合方式,使得平衡重很容易得到增减而方便平衡调节。文中分析了折梁式抽油机的设计基础,对平衡重、连杆力和净扭矩进行了分析与推导,将常规游梁平衡、纯曲柄平衡和曲柄游梁复合平衡与折梁式平衡进行了对比。分析认为,折梁式抽油机平衡效果好,节能显著,适应大型机小泵深抽作业,但杆油比小时,连杆力会产生     

聚合物驱井内流体作用于抽油杆的侧向力解析

为了分析采出液中聚合物溶液的黏弹性效应对聚合物驱机采井杆管偏磨的影响,基于流体内部的应力状态分析,推导出了井筒内流体作用于抽油杆上侧向力的计算公式。以Maxwell模型作为聚合物采出液的本构关系,建立了采出液在偏心环空内流动时的数学模型。采用数值方法得到了环空内的速度场,并以此为基础计算了环空内的侧向力。分析结果表明,杆管环空的偏心和采出液中聚合物的弹性是产生侧向力的原因。侧向力随抽油杆的往复运动呈现出周期性的变化规律,滞后于抽油杆运动约1/4周期相位。在上、下冲程中沿杆长均匀分布有侧向力,极易超过使抽油杆发生弯曲变形所需的最小载荷而产生偏磨,且其偏磨现象比水驱井严重。     

抽油杆柱脱扣的机理分析

在分析抽油杆柱各部分工作特性的基础上, 就各种扭矩的作用方向、大小和时间对抽油杆柱脱扣的影响作了机理分析。分析结果表明：（１） 扭制钢丝绳的变形扭矩Ｍｇ 在上下行程变向是杆柱脱扣的主要影响因素;（２） 中和点以下杆柱螺旋弯曲产生的扭矩Ｍｎ 主要在螺旋弯曲段对杆柱发生作用;（３） Ｍｇ 对杆柱中上部的作用大, 使杆柱在中上部脱扣的几率较大, 但由于中和点处于杆柱下部, 其附近杆柱受Ｍｇ 和Ｍｎ 作用变化最为频繁, 且还承受附加弯矩Ｍｎ 及轴向压力作用, 故杆柱下部脱扣的频率反而最高。     

考虑液体惯性的游梁式抽油机悬点载荷计算

根据抽油杆柱和液柱受力单元 ,在考虑抽油杆柱受阻尼力和液体惯性力影响等条件下建立了抽油杆柱和液柱的运动方程 ,利用Wendroft差分格式对运动方程进行求解 ,可以准确求出任意时刻的悬点载荷值。中原油田采油三厂 4 9口抽油机井悬点载荷的计算表明 ,该方法计算的悬点最大载荷和最小载荷值精确度分别为 75 6 %和 6 5 2 % ,大大高于其它公式计算精度。该方法运算程序简单 ,可在现场中推广应用。     

直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

将直井地面驱动螺杆泵采油杆柱简化为在油管内偏心旋转的杆柱。考虑了杆柱偏心旋转惯性离心力、轴向力对杆柱横向弯曲变形的影响。应用可移动双向弹簧元模拟杆管接触状态,并考虑了杆体、结箍以及扶正器与油管间隙不同对杆柱挠度约束的差别,建立了螺杆泵采油杆柱在油管内受力变形的有限元仿真模型。仿真结果表明：抽油杆柱在油管内偏心旋转会产生陀螺效应,杆柱在油管内变形形态呈下密上疏的螺旋状,这是直井地面驱动螺杆泵采油系统杆管偏磨的主要原因之一。杆柱与油管接触段长度主要取决于转速、下泵深度和偏心距等参数。当转速较高时,几乎所有接箍均与油管内壁接触,也会出现杆体与油管内壁接触的现象。     

碳纤维杆抽油系统节能效果与机理的仿真研究

针对碳纤维杆抽油系统节能机理缺乏深入研究的现状,建立了碳纤维杆抽油系统能效仿真模型,形成仿真评价方法,应用开发的软件系统对实际油井示功图与系统输入功率进行仿真,并将仿真结果与实际测试结果进行对比,对碳纤维杆抽油系统的节能效果进行了研究,分析了该系统的节能机理.研究结果表明:在相同工况或产量条件下,与钢质杆抽油系统比较,...