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。     

定向井杆管接触状态的有限元仿真模型

将定向井抽油杆柱离散为空间梁单元,通过在所有节点构造双向弹簧元模拟抽油杆柱与油管的接触状态,考虑双向弹簧元弹簧刚度系数对单元刚度矩阵与总刚度矩阵的影响,建立了抽油杆柱与油管接触状态的有限元仿真分析模型。仿真结果表明,弹簧元能够准确模拟杆管接触状态,确定杆柱与油管内壁接触状态、杆管接触压力以及扶正器与油管接触压力;抽油杆柱与油管柱接触受实际井眼轨道的影响,井眼造斜段、局部狗腿度较大的井段,杆管接触压力较大;在定向井抽油杆柱安装扶正器可以明显减小或消除杆体与油管的接触压力以及接箍与油管的接触压力。     

相邻扶正器间抽油杆柱纵横耦合振动特性仿真

作为杆管防偏磨设计的主要措施,扶正器配置方案的优化设计一直是油田关注的重点,而对抽油杆柱振动力学的研究是杆管防偏磨设计的基础.鉴于此,将两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合振动问题简化为具有初弯曲的简支梁在交变轴向载荷激励下的纵横耦合振动问题.在交变轴向载荷激励下,基于纵横弯曲梁理论,建立了两相邻扶正器之间抽油杆柱纵横耦合...     

定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型

综合分析了复杂结构定向井井眼轨迹、杆管间摩擦力、抽油机悬点运动规律、抽油泵气体影响或供液不足的井下实际边界条件对抽油杆柱轴向振动的影响,建立了定向井抽油杆柱轴向振动仿真模型,利用该模型实现了悬点与泵示功图的自动快速仿真。根据仿真示功图,建立了定向井有杆抽油系统效率的仿真模型。系统分析了定向井井眼轨道对杆管摩擦力、摩擦功率及系统效率的影响。综合考虑油井产能协调、油井配产、抽油机承载能力、抽油杆柱强度与电动机功率利用率等约束条件,以系统效率最高为目标函数,提出了定向井抽汲参数优化设计的计算机仿真方法,开发了定向井有杆抽油系统抽汲参数优化设计的计算机软件。现场试验结果表明,该软件系统具有较高的仿真精度。     

柔性抽油杆在造斜段工作过程的动态仿真分析

为较好地分析柔性抽油杆在井眼轨迹弯曲段工作时的受力状况,利用ADAMS软件对柔性抽油杆在井眼轨迹弯曲段往复工作1个冲程的全过程进行仿真,得到了各时段各个接触处的接触力及各杆段的轴向拉力.根据仿真结果中的接触情况,在柔性杆上添加了扶正器,进行第2次仿真,得到了相应的接触力和轴向力,并对添加扶正器前后柔性杆的受力情况进行了比较,说明扶正器有防止柔性抽油杆磨损的作用.此种分析方法和结果对柔性抽油杆的结构设计及柔性抽油杆的力学研究具有一定的指导意义.     

抽油机井弯曲井眼段杆管接触力的计算

开发井在钻井后形成的井眼轨迹,绝大部分都存在一定的倾斜或者弯曲段,弯曲段杆管接触比斜直段机率更大.井眼轨迹过于复杂,使得油管弯曲形态加剧,扶正器间距过大,在轴向压力下增加了抽油杆偏磨机率,造成抽油杆与油管内壁线接触,接触力大小与轴向拉力大小成正比.计算弯曲井眼杆管接触模型建立在一定假设条件上,要与动态示功图结合,对示功图进行微元段划分,将每个时间点抽油杆的受力代入本模型,即可得到一个周期杆管的接触力.     

螺杆泵抽油杆柱瞬态有限元分析

运用ANSYS有限元分析软件,建立了螺杆泵抽油杆柱瞬态非线性有限元模型,针对杆柱初始缺陷及振动对杆柱的影响,采取在侧向变形及接触力较大的部位安装扶正器的措施来消弱杆柱的振动、减小杆柱侧向变形。通过分析结果,得出了抽油杆柱扶正器的合理配置方案,该方案能够减少杆管偏磨,预防杆柱断脱,延长检泵周期。     

定向井有杆抽油系统扶正器可视化设置及仿真

合理设置定向井抽油杆柱的扶正器,可有效降低杆柱摩擦,延长检泵周期,提高系统效率和抽油杆寿命。首先解决了测井录入方位角不连续问题,采用三次样条插值对连续化后的井眼数据进行计算机模拟,生成定向井抽油杆柱空间轴线;开发了可视的扶正器设置和系统仿真软件,通过文件读取或键盘与鼠标输入(均匀分布输入、井深数据输入以及鼠标点击输入)等方法设置各类扶正器;采用摩擦力等效原则,运用等效摩擦系数计入扶正器对组合抽油杆柱的影响;经过对等效有杆抽油杆柱系统动态仿真,得到抽油杆柱摩擦力分布和摩擦耗能等特性参数,运用这些数据可以对扶正器设置进行评价并进一步改进设置方案,实现定向井有杆抽油系统扶正器可视化优化设置。     

定向井抽油杆三维力学模型及在偏磨中的应用

杆管偏磨是油田开发过程中有杆泵生产面临的重要问题, 井眼弯曲和抽油杆柱失稳屈曲是导致杆管偏磨的重要原因。文章依据微元分析理论, 对运动状态下的抽油杆柱进行了受力分析, 建立了描述抽油杆柱在定向井中受力状态的三维力学模型, 模型采用波动方程的形式, 考虑了井眼轨迹、 杆柱组合、 抽油泵以及流体的影响,通过有限差分法进行求解。实例计算表明, 该模型可以较为准确地预测定向井中抽油杆的偏磨位置以及偏磨程度。     

水平井采油杆柱的变形机理及预防

水平井有杆泵系统在生产过程中,由于井筒内弯曲段的存在,使得井下抽油杆柱与油管之间接触面积大大增加,因此摩擦力增加,在下冲程时抽油杆柱会发生较大的弯曲变形,这种杆柱弯曲会对抽油系统造成严重的负面影响。水平井的井身轨迹决定了举升管柱在井眼中的弯曲,从而带来了杆柱变形而引起的侧压力,在侧压力的作用下杆柱和油管发生摩擦,影响杆管寿命。抽油杆柱受到的侧压力与油管直径、井斜角、全角变化率等有关,随井斜角的增加侧向压力增大,并受全角变化率影响。安装抽油井杆柱扶正器并合理设置安放间距可以有效防止杆管之间的摩擦。     

斜井抽油杆扶正器安放间距三维计算

在斜井抽油杆上合理布置扶正器可减缓抽油杆与油管的相互磨损，延长油井免修期，降低生产成本。采用力学分析的方法，结合井眼轨迹数据，由下到上逐跨计算了抽油杆柱的扶正器间距和轴向力。假定抽油杆柱上只有扶正器处与油管接触，通过反复试算确定了两相邻扶正器之间的合适间距、上扶正器处的轴向力和侧向力。研究结果表明，相邻两扶正器的间距取决于上述轴向力、侧向力、井眼几何尺寸、杆抗弯刚度和杆与管间隙的大小。抽油杆柱最下端作用力的大小取决于液体压强、柱塞重量、摩擦力、液体阻力和惯性。而侧向力的大小取决于井眼见何尺寸、轴向力和抽油杆重量。计算实例及现场应用均表明三维计算方法是可行的。     

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。     

大港南部油田有杆泵井偏磨机理探讨及综合防治

大港南部油田部分油井抽油杆和油管偏磨严重，造成抽油杆断脱、油管漏失及频繁作业，严重影响了油田的正常生产。通过对165口因杆管偏磨造成抽油杆断脱、油管漏失的井进行调查分析，结合抽油杆下行阻力理论计算，发现造成杆管偏磨的主要原因是高冲次、高含水、低沉没度导致抽油杆下行弯曲和井斜变化大。结合生产实际提出了抽油杆底部集中加重、中性点扶正、配套应用大流道泵减少抽油杆下行弯曲；底部减少加重、偏磨段连续扶正、上部延伸保护和井口旋转减少井斜偏磨；确定合理的生产参数减少杆柱共振等综合配套防治技术。现场应用表明，提出的方法可有效地改善大港南部油田偏磨现象。     

三维井眼抽油杆扶正器间距配置计算方法

在抽油杆上加装扶正器可以减少杆管偏磨的影响,但扶正器的间距配置一直没有一个很好的设计方法,大多数油井都是凭经验进行安装,缺少理论支撑。从实际井眼参数出发,综合考虑抽油杆在三维空间中的受力弯曲情况,详细分析了抽油杆柱的轴向载荷和横向载荷,并且以抽油杆的横向变形量等于油管与抽油杆之间的环空间隙为扶正器配置的基本原则,进行扶正器间距配置的求解,以此理论为基础,考虑相关算法公式在计算机中的具体实现,编制了相应的计算机程序。通过软件实例计算,证明该计算方法可行,可以在油田进行试验性应用。     

滩海油田大斜度井举升系统的动态特征

滩海油田的大斜度井开发过程中,由于井眼轨迹复杂且较长,抽油杆柱与油管直接发生摩擦,导致杆管严重磨损,影响了油井正常生产.通过对滩海油田大斜度井举升系统动态特征研究得出,动态运行过程中在全角变化率大于0.26的部位存在着较大的侧压力.井眼全角变化率引起的管杆弯曲,降低了管杆的自由度,将发生应力的集中释放,使固定阀在下冲程中有开启过程,造成漏失,降低了泵效.通过对油井采取连续监测的方法,可以实现对油井工作故障的预警.并根据预警结果合理地优化组合井下工具和管柱结构,取得了较好的应用效果.     

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。     

连续抽油杆导向扶正装置

针对钢质连续抽油杆在部分高矿化度、高含水油井与油管间的偏磨现象突出,而采用普通抽油杆连接抗磨幅防偏磨技术又无法适应连续抽油杆无接箍和螺纹设计的问题,研制出连续抽油杆导向扶正装置。该装置通过上、下接头连接在偏磨井段的油管柱上,使钢质连续抽油杆与导向扶正装置内导向轮接触,将杆管间的滑动摩擦变为抽油杆与导向轮之间的滚动摩擦,避免抽油杆与油管之间直接接触发生相对运动,达到扶正杆柱和延长钢质连续抽油杆使用寿命的目的。160余口井的试验应用情况表明,该装置下井施工成功率100%,平均检泵周期延长180d,悬点载荷减少12.5%,经济效益和社会效益显著。