抽油杆波动方程等效粘性阻尼系数

为精确估计抽油杆波动方程中的粘性阻尼系数,提出基于等摩擦功原理的等效粘性阻尼系数计算方法。该方法通过建立管杆同心环空牛顿流体层流的运动方程,结合抽油杆上、下冲程的边界条件,求解了上、下冲程不同的环空流场分布及对应的粘性能耗。根据VALEEV和REPIN的流体与接箍摩擦力公式,推导了上、下冲程的接箍局部阻力损失。由1个周期内波动方程粘性阻尼项所做功等于抽油杆和接箍的能耗,得到了等效粘性阻尼系数。计算算例中,张琪阻尼公式计算值比提出的等效阻尼系数小15.0%,接箍阻尼能耗占总阻尼能耗的19.0%。研究结果为更准确预测抽油杆粘性阻尼提供了理论依据。     

聚合物驱抽油机井杆柱液体摩擦力的计算方法

假设聚合物驱抽油机井的产出液为幂律流体,应用幂律流体本构方程和动量守恒方程,建立了抽油杆柱与油管环形空间内流体的径向速度分布规律与抽油杆柱液体摩擦力的计算模型,应用拉格朗日乘子最优化算法求解代数方程组的数值解,并结合实例进行了计算。计算结果表明,抽油杆柱液体摩擦力随幂律指数、稠度系数和杆柱运动速度的增加而增加,新模型和目前牛顿层流计算模型相比,其数值大于层流模型的计算结果,与现场实际测试结果相符。     

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％。     

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。     

彩南油田抽油杆偏磨机理和防治研究

一般认为影响抽油杆偏磨主要有三大因素:一是井斜;二是柱塞下行阻力;三是底部油管屈曲.通过应用摩擦强度的概念对这三大因素的分析发现,井眼轨迹的弯曲、底部油管屈曲是抽油杆偏磨的主要因素,井斜、柱塞的下行阻力所引起的偏磨并不严重.对彩南油田抽油杆偏磨情况分析后,得到如下主要结论:在弯曲井段,全角变化率越大,杆管摩擦强度越严重.在斜直井段,当井斜角大于4度时,需要考虑安放抽油杆扶正器;在大间隙柱塞副、低粘度井液、小泵径的油井工况下,柱塞的下行阻力并非是抽油杆偏磨的主要原因;上冲程在柱塞拉动下,底部油管发生屈曲,由此形成的杆管之间的摩擦强度较为严重.     

装有扶正器的斜直井抽油杆柱摩阻力的理论研究

从斜直井的特点出发,推导出装有扶正器的抽油杆柱所受液体粘滞阻力及与油管摩擦力的计算公式。计算实例表明,抽油杆柱与油管的摩擦力是杆柱自重的5.01％;所受液体粘滞阻力相当于稠油竖直井的阻力。指明斜直井用抽油机除采用长冲程、低冲次外,还应具有下冲程比上冲程慢的特点。     

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。     

钢丝绳抽油杆抽油超冲程分析

通过对钢丝绳抽油杆和常规钢杆振动模型固有频率的分析，从理论上分析了钢丝绳抽油杆和常规钢杆振动形成谐振(超冲程)的奈件；同时讨论了振动阻尼系数对共振的影响关系，从理论上得出了钢丝绳抽油杆在抽油时更易形成超冲程，进而从理论上解释了钢丝绳抽油杆在抽油过程中的泵效较高的事实，进一步解释了当前人们对钢丝绳应用和研究中的一些疑点和难点，为钢丝绳抽油系统的设计和应用提供了重要的理论指导。     

直井抽油杆柱扶正器安装间距设计计算

为使直井抽油杆扶正器分布更加合理，首先进行了抽油杆柱受力分析，在抽油杆柱受力分析时综合考虑了直井抽油杆柱与液体之间的摩擦力、井液对抽油杆柱的浮力和油管内液柱作用在柱塞上下面的液体压力差，接着在抽油杆柱受力分析的基础上运用能量法推导出了相邻扶正器间距的计算公式，并利用Matlab和VB语言编制了计算软件，最后进行了实例计算分析。计算分析结果表明：抽油杆柱与液体之间的摩擦力和井液对抽油杆柱浮力这两者对扶正器的间距布置影响不大，实际应用中为简化计算可以忽略不计；但油管内液柱作用在柱塞上下面的液体压力差，对扶正器间距影响远远大于前两者，必须加以考虑。     

抽油杆直径对井筒中混合流体压降影响分析

在井筒中,当抽油杆直径改变时,油管与抽油杆间的环形面积发生变化,气液混合密度、持液率、混合物沿管路流动的压降等参数也会发生变化。为研究井筒中抽油杆直径对压降的影响规律,选用Beggs-Brill模型,利用大庆油田采油一厂的生产数据,通过编程对压降进行数值计算。结果表明:随着抽油杆直径增大,重位压降逐渐减小,摩阻压降逐渐增大,总压降先减小后增大,存在最佳抽油杆直径。为抽油机井节能降耗提供理论依据。     

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。     

塔里木油田井口偏心对套管偏磨的影响

井架不正或井口偏心，会造成近井口套管（或套管防磨套）的磨损。针对深井钻井中的井口附件套管偏磨问题，以动力学为基础，建立了钻柱偏磨力学模型，推导出了套管/钻柱正压力的近似计算公式，分析了影响偏磨的主要因素。计算结果表明，有效偏心距和上部钻柱的提升力是影响近井口套管偏磨的主要因素。有效偏心距越大，上部提升力越大，套管/钻柱之间的正压力将越大，磨损将越严重。由于上部钻柱的提升力随井深的增加而增加，因此应当尽量避免井口偏心或井架安装不正，防止有效偏心距过大而造成近井口套管的严重偏磨。     

朝阳沟油田机抽井管杆偏磨特征规律及综合治理认识

对朝阳沟油田抽油机生产井管杆偏磨的理论分析和现场测试数据研究,总结出了油井管杆偏磨的规律,分析了管杆产生偏磨的原因,推导出油井杆柱受力中和点,为治理提供依据。通过分类及治理证明朝阳沟油田目前采取的治理措施是可行的,提出了下一步重点应从科学优化措施方案入手,有针对性地治理管杆偏磨。     

带屈服值的假塑性流体的双曲模式方程与压降计算式

目前在井场对泥浆循环系统的压力损耗尚难得到简单而精确的实用计算,主要有以下一些原因:1.各种计算方法所根据的“模式方程”并不符合泥浆实际的流变特性。2.井下不同深度温度与压力的变化,随时改变泥浆的流变性。单纯地根据在地面上所测得的数据不能体现出这种变化。     

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。     

抽油杆柔性减磨器的研制与应用

冀东油田近年来采用多种防偏磨技术并取得一定效果,但大斜度抽油泵井的检泵周期短、作业和材料更换成本增加的问题仍然很严重。通过建立抽油杆杆柱的力学模型进行受力分析研究,用柔性抽油杆取代常规抽油杆可减小杆柱所承受的摩擦力,进而研制了抽油杆柔性减磨器,该工具的上下2部分可以做小角度的相对转动。通过在抽油杆杆柱上加入抽油杆柔性减磨器,使杆柱在运动过程中与油管管柱轴线方向保持一致,减轻了杆管蹩劲现象,减小了抽油杆所受到的摩擦力。现场应用结果表明,该技术应用300 d,偏磨损坏的油管和抽油杆的长度由原先的各200 m分别减少到0.15 m、0 m,大幅度减少抽油机井杆管偏磨及因偏磨导致的检泵作业次数及作业和材料更换费用。     

抽油杆柱稳定性问题的研究

目前对抽油杆柱产生多次螺旋屈曲变形的临界力、屈曲变形后偏磨点的位置、抽油杆柱屈曲变形后的杆柱形状及屈曲变形规律还没有一个统一而完整的认识。为此 ,建立了抽油杆柱屈曲变形时的微分方程 ,在考虑整个抽油杆柱及其两端约束条件的基础上 ,推导出垂直井筒中抽油杆柱产生多次屈曲时轴向临界力及偏磨点位置的计算公式 ,绘制出垂直井筒中抽油杆柱多次屈曲变形时的图形。研究分析表明 ,抽油杆柱最大弯曲变形始终发生在中和点附近 ,并且随抽油杆屈曲次数的增加 ,各波形顶点下移 ,波长变短 ,同时屈曲变形的临界载荷也增大。     

非牛顿流体偏心环形空间螺旋流的速度分布

从理论上建立了双极坐标系下非牛顿流体偏心环空螺旋流的控制方程,其为用流函数和轴向速度表示的四阶非线性变系数非齐次偏微分方程组.给出了上述方程组的有限差分法数值求解步骤,并以水和CMC水溶液室内实验数据为例,计算和分析了非牛顿流体偏心环空螺旋流的速度分布规律,结果表明：非牛顿流体偏心环空螺旋流中存在二次流区,且影响二次流区域大小的主要因素是偏心距.     

基于 Algor 有限元软件的杆管偏磨研究

运用Algor有限元软件对抽油杆柱和油管进行实体建模和网格划分,以抽油杆柱力学规律和运动模型为基础,建立了抽油杆柱仿真运动模型,以抽油机悬点运动规律、抽油杆柱下端（泵柱塞）受力和杆柱沿程重力分布为约束条件,计算分析了在一个抽汲周期内不同时刻抽油杆柱沿程径向位移分布规律、最大径向位移和中性点分布特征,对比分析了扶正器安装前后抽油杆柱径向位移的变化,为防偏磨扶正器安装设计提供理论依据;以油井的现场偏磨情况与理论仿真结果进行对比分析,验证了仿真结果的正确性。     

基于叠加原理的钻柱行星运动诱发平面流场的PIV分析

为了研究钻柱行星运动诱发流体平面流动的规律,解决提高钻井液携岩能力、降低流动压耗、降低涡动对钻柱破坏等的实际工程问题,提出了基于叠加原理的求解思路,将行星运动诱发的平面流场分解为钻柱与井筒等角度旋转的离心力场和钻柱与井筒同时自转诱发的流场。为分析后者流场,设计了内杆与外筒自转诱发流体平面流场的测量实验装置,并进行了粒子图像测速（PIV）实验。结果表明：内杆与外筒自转所诱发平面流场的速度呈近似对称分布,对称轴是外筒与内杆横截面圆心的连心线;内杆偏心自转时,存在出现二次流的偏心率临界值,且二次流出现在远离内杆、近外筒壁的地方;内杆与外筒自转方向相同时,二次流的出现与偏心率以及内杆与外筒转速差都有关,且二次流分布区域随偏心率的增大、内杆与外筒转速差的增大而扩大;内杆与外筒自转方向相反时,二次流呈月牙儿状近似对称分布,分布区域随内杆或外筒转速的增大、偏心率的增大而扩大。