碳纤维复合材料抽油杆瞬态动力学分析

针对碳纤维复合材料连续抽油杆的结构和工作状态,用ANSYS建立了其瞬态动力学模型。采用Shell 181单元对模型进行描述,通过Full法对模型进行瞬态动力学分析。数值模型固有频率与理论值相对误差小于5%,验证了模型的准确性。数值分析结果表明,冲次大小对悬点最大载荷的变化影响较大,而对泵行程的影响不是很明显;冲程长度和抽油杆厚度对抽油杆悬点的最大速度和加速度有影响,当冲程长度大于4.5m时,要考虑抽油杆厚度变化对悬点运动的影响。     

碳纤维连续抽油杆的高温弹性模量测试研究

用建立的碳纤维连续抽油杆高温弹性模量动力学法测试系统,测试出碳纤维连续抽油杆环境温度在常温到150℃之间的弹性模量。试验结果表明环境温度在常温到130℃之间时,碳纤维连续抽油杆的弹性模量变化较小,仅为0.32%;超过130℃时,弹性模量变化增大,但变化量仍然只有0.71%。采用碳纤维连续抽油杆采油系统行为预测模型软件的分析表明,这种抽油杆环境温度在常温到150℃之间时,其弹性模量对系统的主要参数如产量、冲程、悬点载荷、能耗等均无大的影响,为碳纤维连续抽油杆的实际应用提供了理论依据。     

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。     

考虑附加力的大斜度井抽油杆三维力学模型

根据抽油杆柱的约束条件和井斜角、方位角的变化等边界条件,充分考虑浮力、惯性力等附加作用力的影响,建立了大斜度井抽油杆的三维受力模型,研究了模型求解的边界条件及计算方法。应用VB语言编写计算程序,并在老168-斜56井进行实例计算,计算结果与实测数据的误差在10%以内,可满足工程要求。分析结果表明,在定向大斜度井中,抽油杆在井眼轨迹增斜段及狗腿处所受的支撑力、摩擦力较大,会造成局部应力集中;由于上冲程轴向力比下冲程大,轴向力分解出的支撑力、支撑力产生的摩擦力也比下冲程大,下冲程在中和点以下,抽油杆受压而可能发生弯曲失稳。因此,在增斜段、狗腿处及中和点以下需重点采取防偏磨、防弯曲失稳措施。     

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。     

碳纤维连续抽油杆与常规抽油机的匹配分析

碳纤维连续抽油杆采油系统在我国油田的应用日益广泛,它与常规抽油机配合使用时,出现明显不同的地面示功图特征,这种明显的不同主要源于碳纤维连续抽油杆弹性模量的不同,地面示功图形状上表现为左低右高,逐渐向右上倾斜。从抽油机上、下冲程许用载荷角度讨论了抽油机与这种抽油杆的匹配,指出即使使用碳纤维抽油杆的抽油机减速器曲柄轴最大扭矩没有超过抽油机额定扭矩值,但由于匹配性不合理,也会出现抽油机悬点载荷超载现象,这样不利于抽油机的工作,影响抽油机的寿命,易产生安全问题,需要合理选配抽油机。给出了8种与碳纤维连续抽油杆匹配性好的抽油机型号及其主要几何参数。     

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。     

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。     

碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用

碳纤维复合材料连续抽油杆(简称碳纤维抽油杆)是一种由碳纤维复合材料为主体、经拉挤工艺加工成型的一种新型的特种抽油杆。碳纤维抽油杆的应用方法为:杆柱上部为碳纤维抽油杆、下部需要加部分钢质抽油杆或加重杆组成混合抽油杆柱,其运动规律遵循混合杆柱的运动规律。合理利用碳纤维抽油杆,可达到增产、减载、延长检泵周期、降低采油成本的目的。     

碳纤维复合材料抽油杆应用技术进展

碳纤维复合材料抽油杆是近几年来兴起的一种新型柔性抽油杆,具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳及结构功能一体化等优异性能,成为解决传统抽油杆失效问题很有发展前途的重要方法之一.文章综述了碳纤维复合材料抽油杆的性能、应用技术及其进展情况,简要叙述了前期应用失效的原因.文章认为,碳纤维复合材料抽油杆配套设备开发与应用属于一项系统工程,重点应放在作业车和配套采油工艺的研究上,应用技术开发是制约碳纤维复合材料抽油杆大规模推广的亟待解决的问题.     

H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法

为了有效使用H级抽油杆,对其许用应力计算方法和疲劳寿命预测方法进行了研究。在对H级抽油杆进行室内拉伸试验的基础上,计算了其抗拉强度与屈服强度的比值,根据该比值将H级抽油杆API最大许用应力计算系数由0.562 5修改为0.716 3;拟合建立了H级抽油杆的应力-疲劳曲线,折算了H级抽油杆在应力比为0.1条件下的极限疲劳应力;通过H级抽油杆在不同介质中和不同冲次下的疲劳测试,获得了含水率和冲次与抽油杆寿命的关系。研究的H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法,在长庆油田杏南作业区10口井进行了应用,结果表明,利用该方法对H级抽油杆进行优化设计可以改善其受力条件,充分发挥H级抽油杆的性能,使其满足现场生产对杆柱应力、寿命的需求。      

基于集肤效应的空心抽油杆电热系统的数值计算

基于集肤效应原理及电磁场有关耦合理论,利用有限元方法,推导了描述交流电加热井下原油的数学物理模型。在数值计算中,假设在同一级空心抽油杆和杆内电缆在每个截面上的电磁场完全相同,并忽略空气中的漏磁。根据建立的模型,对加热系统中空心抽油杆及杆内电缆的电磁场进行了模拟和分析,得出了在不同的操作频率下,空心抽油杆及杆内电缆的电流密度分布情况以及频率与集肤深度的关系。计算结果表明,电流频率越高,集肤深度越小。对空心抽油杆而言,电流主要分布在杆体的内表面上,因而该装置使用安全。     

几种连续抽油杆的分析与比较

文章介绍了国内目前推广使用的几种连续抽油杆，对连续抽油杆和普通抽油杆的分析比较表明，连续抽油杆有着普通抽油杆无法比拟的性能。它可克服普通抽油杆在机械采油中难以解决的问题，尽快地学习、掌握和使用连续抽油杆。对于石油工业的发展有着现实意义和深远意义。     

乙烯基酯树脂基碳纤维连续抽油杆的研制

研制的碳纤维连续抽油杆以乙烯基酯树脂为基体 ,碳纤维为增强体 ,采用拉挤成型工艺 ,杆体截面尺寸有 3 0×3、 3 2× 4 2和 3 5mm× 5mm 3种规格。对碳纤维连续抽油杆的力学性能和耐温性能的分析测试表明 ,其拉伸强度达到 2 0 0 0MPa,层间剪切强度 64MPa,材料的玻璃化转变温度Tg 为 1 3 8 6℃ ,杆体经 1 0 7次动态疲劳试验后强度保留率仍有 90 %。现场采油试验表明 ,碳纤维连续抽油杆比钢制抽油杆节能 3 0 %～ 5 0 %。     

碳纤维复合材料柔性连续抽油杆开发及应用

碳纤维柔性连续抽油杆选用高性能碳纤维 ,以环氧树脂胶液为基体材料 ,添加一定配比的固化剂、促进剂和脱模剂 ,采用拉挤成型工艺制成 ,其开发的关键技术是连续成型、连接接头和安全保险装置。现场应用试验表明 ,TXC— 1、TXC— 2、TXC— 3三种规格的碳纤维柔性连续抽油杆能可靠应用于泵挂深度分别为 12 0 0、 180 0、 30 0 0m的直井和斜井中 ,实测比钢抽油杆节电 ,日产油量提高 。节能增产效果显著。     

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,...     

酚醛树脂基碳纤维连续抽油杆特性研究

为了克服普通碳纤维连续抽油杆在深井中不耐腐蚀的缺陷 ,开发了以改性的酚醛树脂为基体的碳纤维连续抽油杆。与环氧树脂基和乙烯基酯树脂基碳纤维连续抽油杆在耐腐蚀性能和力学性能方面的对比试验表明 :(1)酚醛树脂基碳纤维杆比另两种碳纤维杆的拉伸强度和抗疲劳强度稍低 ,但可满足油田要求 ,通过对碳纤维表面的处理和对酚醛树脂固化体系的适当调整可加以改进。 (2 )酚醛树脂基碳纤维杆的强度高 ,其韧性不如另两种碳纤维杆 ,由于难以同时获得较高强度和良好韧性 ,只能根据需要在强度和韧性之间选取一最佳值。 (3)酚醛树脂纤维杆交联密度高 ,耐腐蚀性能相对也高 ,特别适用于高温、高腐蚀性的深井 (30 0 0m以深 )原油开采的要求