地面驱动螺杆泵井节点系统优化设计技术

以油井生产系统为研究对象,采用节点系统分析方法建立了地面驱动螺杆泵井优化设计模型。在力学分析的基础上,推导并建立了地面驱动螺杆泵井抽油杆柱的应力计算模型。矿场验证结果表明,优化设计模型合理,建立的杆柱力学模型计算准确性高,可作为地面驱动螺杆泵井的生产设计和工作状况分析的理论基础和计算工具     

地面驱动螺杆泵采油系统抽油杆柱运动模型

根据垂直井地面驱动螺杆泵采油系统的工作特点,利用抽油杆柱的动力学分析结果,建立了抽油杆柱运动模型,并给出了其有限差分解。利用该模型,可以根据在地面测试的光杆扭矩变化规律计算出井筒中任意部位及螺杆泵处抽油杆扭矩的变化情况,也可根据螺杆泵处抽油杆扭矩变化来预测光杆扭矩的变化。为进一步研究地面驱动螺杆泵抽油杆柱的运动特性和采油系统的工作状况提供了理论基础。计算实例表明,该数学模型及其有限差分解法是有效的和稳定的。     

地面驱动螺杆泵采油系统抽油杆柱运动模型

根据垂直井地面驱动螺杆泵采油系统的工作特点，利用抽油杆柱的动力学分析结果，建立了抽油杆柱运动模型，并给出了其有限差分解。利用该模型，可以根据在地面测试的光杆扭矩变化规律计算出井筒中任意部位及螺杆泵处抽油杆扭矩的变化情况，也可根据螺杆泵处抽油杆扭矩变化来预测光杆扭矩的变化。     

螺杆泵系统效率分析

地面驱动螺杆泵采油系统具有结构简单、设备初期投资少、安装方便、高效节能、适用范围广等优点,近年来在国内外油田得到了迅速发展和广泛的推广应用。与其它机械采油方式相比,螺杆泵采油系统的系统效率较高。根据螺杆泵井各个部分运动特点及能量损失情况,建立了螺杆泵井系统效率分析模型。同时根据该模型对几口螺杆泵井进行分析,找出影响螺杆泵井系统效率的主要原因。     

地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型

用地面驱动螺杆泵采油时 ,井筒的弯曲或者抽油杆材质的不均匀性会导致抽油杆在井筒中的弯曲 ,从而改变抽油杆的受力状况。为了最大限度地减少因抽油杆受力的不确定性而对生产造成的危害 ,采用微元分析和分段迭代的方法 ,对抽油杆弯曲后的受力状况进行了研究。结果表明 ,除了正常作用在抽油杆上的扭矩和轴向力以外 ,抽油杆弯曲后还会受到由于弯曲变形引起的剪切应力、弯曲应力以及井筒与其接触的摩擦阻力和摩擦扭矩等。光杆扭矩和轴向力的计算方法应根据各种附加力的产生而发生改变。根据研究结果 ,建立了地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型 ,其计算结果与现场测试资料对比表明 ,该模型是比较准确的     

地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型

用地面驱动螺杆泵采油时，井筒的弯曲或者抽油杆材质的不均匀性会导致抽油杆在井筒中的弯曲，从而改变抽油杆的受力状况。为了最大限度地减少甲抽油杆受力的不确定性而对生产造成的危害，采用微元分析和分段迭代的方法，对抽油杆弯曲后的受力状况进行了研究。结果表明，除了正常作用在抽油杆上的扭短和轴向力以外，抽油杆弯曲后还会受到由于弯曲变形引起的剪切应力、弯曲应力以及井筒与其接触的摩擦阻力和摩擦扭短等。光杆扭矩和轴向力的计算方法应根据各种附加力的产生而发生改变。根据研究结果，建立了地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型，其计算结果与现场测试资料对比表明，该模型是比较准确的。     

有杆泵-地面驱动螺杆泵组合举升工艺设计

随着塔里木等深层油气田的开发,能够满足深井大排量深抽的工艺技术逐渐成为现实需要,考虑到机采井的泵挂深度不断加深,单一的举升方式随着举升高度的增加往往表现出一定的局限性和低效性,因此,针对性地提出有杆泵-地面驱动螺杆泵组合举升工艺,将螺杆泵和有杆泵安装在同一生产管柱上进行“接力”采油。为论证有杆泵-地面驱动螺杆泵组合举升工艺的可行性,在分析有杆泵-地面驱动螺杆泵组合工艺的工作原理、流量匹配及杆柱受力状况的基础上,建立了有杆泵-地面驱动螺杆泵组合举升工艺在油井深抽条件下的悬点载荷计算模型,与单独的有杆泵抽油相比,在保证产量相同的情况下,该组合系统能通过降低抽油机悬点载荷达到增加泵挂深度及排量范围、降低抽油能耗的目的。     

旋转级次抽油杆柱动力学模型及其差分方程

建立了直井中用于驱动井下螺杆泵的旋转级次抽油杆柱扭转动力学分析模型 ,推导出了该模型的一种有限差分方程 ,并给出了方程的收敛条件 .模型中利用了级次抽油杆柱联结处扭矩及转角连续条件和转角的泰勒级数展开式 ,使该差分方程适合于级次抽油杆柱组合的情况 .这种模型及其差分方程配以一定的定解条件后 ,不仅可用于地面驱动螺杆泵抽油系统的杆柱组合优化设计、行为预测 ,也可用于该系统的工况诊断以及杆柱强度校核     

旋转级次抽油杆柱动力学模型及其差分方程

建立了直井中用于驱动井下螺杆泵的旋转级次抽油杆柱扭轩扭转动力学分析模型,推导出了该模型的一种有限差分方程,并给出了方程的收敛条件,模型中利用了级次抽油杆柱联结处扭矩及转角连续条件和转角的泰勒级数开展式,使该差分方程适合于级次抽油杆柱组合的情况。这种模型及其差分方程配以一定的定解条件后,不仅可用于地面驱动螺杆泵抽油系统的杆柱组合优化设计、行为预测,也可用于该系统的工况诊断以及杆柱强度校核。     

电潜单螺杆泵油井生产系统优化设计方法

以电潜单螺杆泵油井生产系统为研究对象，以油井供液能力(原油人井流动特性曲线)、单螺杆泵的特性和整个系统的协调工作为依据，利用系统节点分析方法和最优化技术，把获得设计产量下的系统效率最高或能耗最低作为优化设计目标，介绍了井下电潜螺杆泵子系统基本模型的建立方法，并给出了有关的换算关系式、优化设计方法及步骤。利用现场优化设计实例验证了此方法的可行性，为油田电潜单螺杆泵油井生产的优化设计提供了理论依据。     

井口驱动螺杆泵泵载荷的确定方法

泵载荷的确定是油田合理选用泵的重要依据，也是井口驱动螺杆泵生产油井优化设计和工况诊断的重要组成部分之一。从目前油田的实际情况出发，将整个井口驱动螺杆泵生产油井作为一个大的生产系统，将油层套管，油管，井下螺杆泵机组和井口分成了５个子系统，利用系统节点分析法，提出了在已知未知油井的测试流量和测试流压两种上确定泵载荷的实用方法。     

应用工况测试系统进行井下单螺杆泵的诊断分析

井下单螺杆泵工况诊断系统包括数据采集和数据分析优化两大部分 ,该系统的研制成功实现了井下单螺杆泵井生产状况的实时监测 ,能够帮助工程技术人员及时了解螺杆泵井的转速、扭矩和载荷等参数 ,并通过优化设计部分进行与理论值对比 ,从而指导螺杆泵井的维护工作 .通过现场应用 ,取得了井下单螺杆泵生产的第一手资料 ,尤其是直观地展示了螺杆泵启动阶段的运转特性 .目前已在 4口井上应用 ,结果证明了该系统的实用价值 .     

螺杆泵井驱动杆柱的偏磨和断裂动力学分析

油管或油杆的偏斜被认为是驱动杆柱偏磨和断裂的主要原因,但现有的防治方法不能从根本上解决其偏磨及断裂问题.根据驱动杆柱动力学理论,分析认为横向振动对驱动杆柱的偏磨和疲劳断裂有重要影响.建立了驱动杆柱的横向振动模型,提出了根据横向振动频率计算驱动杆柱临界转速的方法和通过控制驱动杆柱的转速来控制驱动杆柱的横向振动的防偏磨和断裂的方法,同时针对驱动杆柱的疲劳断裂现象,用安全系数法对其进行校核计算,从动力学角度为螺杆泵井驱动杆柱的偏磨和断裂问题提供了解决方法.     

基于BP神经网络的螺杆泵井故障诊断技术研究

提出了基于BP神经网络和专家系统的螺杆泵井故障诊断方法:将螺杆泵井工况类型细分为10类,选取表征油井生产状态的7个特征参数作为输入量,采用Active X技术,借助VB调用Mat-lab人工神经网络工具箱函数,构建和训练网络模型.用该方法对新疆油田吉7井区吉101井和吉002井进行实例分析,验证了模型的正确性.     

螺杆泵井驱动杆柱的偏磨和断裂动力学分析

油管或油杆的偏斜被认为是驱动杆柱偏磨和断裂的主要原因,但现有的防治方法不能从根本上解决其偏磨及断裂问题.根据驱动杆柱动力学理论,分析认为横向振动对驱动杆柱的偏磨和疲劳断裂有重要影响.建立了驱动杆柱的横向振动模型,提出了根据横向振动频率计算驱动杆柱临界转速的方法和通过控制驱动杆柱的转速来控制驱动杆柱的横向振动的防偏磨和断裂的方法,同时针对驱动杆柱的疲劳断裂现象,用安全系数法对其进行校核计算,从动力学角度为螺杆泵井驱动杆柱的偏磨和断裂问题提供了解决方法.     

应用工况测试系统进行了井下单螺杆泵的诊断分析

井下单螺杆泵工况诊断系统包括数据采集和数据分析优化两大部分，该系统的研制成功实现了井下单螺杆泵井生产状况的实时监测，能够帮助工程技术人员及时了解螺杆泵井的转速，扭矩和载荷等参数，并通过优化设计部分进行与理论值对比，从而指导螺杆泵井的维护工作，通过现场应用，取得井下单螺杆泵生产的第一手资料，尤其是直观地展示了螺杆泵启动阶段的运转特性，目前已在4口井上应用，结果证明了该系统的实用价值。     

井口驱动螺杆泵泵载荷的确定方法

泵载荷的确定是油田合理选用泵的重要依据,也是井口驱动螺杆泵生产油井优化设计和工况诊断的重要组成部分之一。从目前油田的实际情况出发,将整个井口驱动螺杆泵生产油井作为一个大的生产系统,将油层、套管、油管、井下螺杆泵机组和井口分成５个子系统,利用系统节点分析法,提出了在已知和未知油井的测试流量和测试流压两种条件下确定泵载荷的实用方法。     

颗粒轮胎与颗粒地面模型

在对车辆地面力学中轮胎和地面模型研究的基础上,针对各种模型的局限性,运用散体单元法(DEM)理论,建立了轮胎与地面的系统力学模型,提出了颗粒轮胎与颗粒地面概念;对轮胎在选定地面上行驶时,表层土壤的应力分布进行了模拟分析计算,并将计算结果与相关文献的研究成果进行了比较分析。     

单螺杆泵采油系统杆柱瞬态动力学模型及应用

抽油杆柱运动的数学模型是油井生产系统优化设计、动态特性预测及工况诊断的理论基础.对地面驱动单螺杆泵采油系统进行有限元分析,建立抽油杆瞬态动力学模型,克服以往静力学模型无法动态反映抽油杆柱受力和运动状态的缺点.利用Newmark直接积分方法对动力学模型进行求解,可获得任意位置处抽油杆柱扭矩载荷随时间变化曲线、任意时刻沿井筒侧向位移等.由于模型中运用经典碰撞理论考虑碰撞接触的影响,因此该模型可更加真实地反映抽油杆柱的受力和运动状态,同时为螺杆泵井扶正器设计奠定理论基础.利用该模型编制的软件在二连油田的应用证实了它的准确性和实用性.     

斜井岩屑运移临界环空流速力学模型

岩屑在大斜度井眼中主要以翻滚形式向井口方向运移,在低斜度井眼中主要以悬浮形式被钻井液举升至地面.通过岩屑受力分析建立两种运移机理作用下的岩屑运移临界流速计算力学模型,并提出保持倾斜井眼清洁的临界环空返速计算方法.将模型计算结果与现有试验数据进行了对比验证,结果表明:临界环空流速随井斜角变化趋势的模型预测结果与试验结果吻合较好,但由于模型计算和试验中判断形成岩屑床的准则不同,环空临界流速的模型计算值较试验值偏低;对实例井的井筒清洗分析结果与现场作业情况一致,验证了该模型的可靠性.