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。     

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。     

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井的生产设计和工作状况分析的理论基础和计算工具。     

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.     

单螺杆泵采油系统启动扭矩动力学模型研究

单螺杆泵采油系统启动扭矩模型是螺杆泵井提高系统效率、进行故障诊断的理论基础。对启动过程中单螺杆泵的运动特点和受力情况进行分析，建立了该系统启动扭矩动力学模型。运用经典碰撞理论并考虑杆管非完全弹性碰撞的影响，利用该模型可计算出整个抽油杆柱的运动学和动力学参数。模型在二连油田B18-42井的应用结果表明，启动过程中的扭矩曲线在稳定时的井筒扭矩曲线左右摆动；延长启动时间可降低启动扭矩峰值，有效地解决螺杆泵井瞬时启动抽油杆扭矩过大造成的断杆问题。     

单螺杆泵采油系统启动扭矩动力学模型研究

单螺杆泵采油系统启动扭矩模型是螺杆泵井提高系统效率、进行故障诊断的理论基础.对启动过程中单螺杆泵的运动特点和受力情况进行分析,建立了该系统启动扭矩动力学模型.运用经典碰撞理论并考虑杆管非完全弹性碰撞的影响,利用该模型可计算出整个抽油杆柱的运动学和动力学参数.模型在二连油田B18-42井的应用结果表明,启动过程中的扭矩曲线在稳定时的井筒扭矩曲线左右摆动;延长启动时间可降低启动扭矩峰值,有效地解决螺杆泵井瞬时启动抽油杆扭矩过大造成的断杆问题.     

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。     

螺杆泵转子三维运动仿真分析及型线优化设计

利用三维有限元模型计算螺杆泵在过盈条件下的转子运动轨迹,分析在液压条件下液压力对定、转子相互作用的影响,得到液压条件下转子的运动规律,解释螺杆泵在运行过程中转子运动轨迹发生变化的机制。以改善螺杆泵的运行特性、降低扭矩为目的,提出同时改变螺杆泵转子节圆直径与偏心距的型线优化设计方法。结果表明,新方法能够较好地修正螺杆泵转子在定子内部的运动轨迹,提高螺杆泵的举升特性,延长螺杆泵的使用寿命。     

基于外磁场耦合的血泵驱动系统

基于横向旋转磁场的耦合原理,提出轴流式血泵外磁场驱动系统方案,设计一种泵机分离的结构。采用等效电流法建立了永磁体等效物理模型,计算血泵驱动系统的主动轮和从动轮之间的距离、相对转角以及磁极对数对血泵传动扭矩的影响。研究结果表明：在生理范围内,即主动轮与从动轮的安装距离小于60mm,设计的永磁体输出的扭矩大于血泵需要的扭矩（6.4N-mm）,能够满足血泵的驱动要求。主动轮与从动轮的磁极对数是影响血泵系统性能的关键参数,主动轮与从动轮磁极对数越少,传动扭矩越大,但是扭矩波动也大;主动轮的磁极对数大于从动轮的磁极对数,驱动系统传动平稳,对控制有利。     

轴力及重力作用下钻杆最大弯曲应力计算

在考虑了钻杆接头、轴向力、钻杆重量以及钻杆本体与井壁接触等因素的前提下 ,应用平面弹性梁理论建立了钻杆在轴向拉力、轴向压力和轴向力为零时钻杆的最大弯曲应力计算模型。运用该模型计算出的钻杆最大弯曲应力远大于按井眼曲率计算的弯曲应力 ,这说明钻杆接头对钻杆弯曲应力的分布有较大的影响。在计算钻柱强度时 ,应考虑接头对钻杆弯曲应力的影响 ,以实现安全钻井。     

石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压力分布进行了分析,由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现,泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近;涡轮的轴向力拉动涡轮向泵轮靠近;导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化,在起动工况时达到最大值。泵轮的轴向力最大,且变化起伏较大;其他两轮的轴向力变化较平稳,且数值也较小。轴向力除了与供油压力有关外,主要是与泵轮转速的二次方和循环圆有效直径的四次方有关     

空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内,即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此,对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究,开展空气密封系统流体网络计算,揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理,将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦,提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法,搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台,开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试,并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证,结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理,明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。     

可多线程测量的模拟钻杆四分量力虚拟仪器

为分析钻杆的井下受力状态,应用直梁应变片式测力传感器,研制了一种基于虚拟仪器平台的钻杆四分量力测量系统。传感器系统随钻柱同轴旋转,终端单片机定时采集试件所承受的径向力、轴向力和扭矩等参数。L abV IEW调用串口A ctiveX控件的M SComm中断通讯模式,并结合I/O子系统设置和数据同步方法,实现了串口无线采集和钻杆转角测量的多线程检测。实验结果表明,该系统能够实现模拟钻杆在低钻速条件下(<180 r/m in)的实时测量,为钻杆振动特性的理论分析提供了实验依据。     

静压桩沉桩施工对临近隧道的影响

基于圆孔扩张理论运用FLAC^3D 有限差分软件模拟了静压桩沉桩挤土过程, 并对土体位移的数值模拟结果与解析解计算结果进行了对比, 二者的计算数值与变化趋势吻合得较好. 在此基础上, 运用位移贯入法模拟沉桩的摩擦作用, 使沉桩全过程的计算结果更趋近于实际情况. 基于此数值模拟方法分别计算沉桩深度为4, 8, 12, 16, 20 m 的沉桩行为对临近隧道的变形与内力影响, 得出了以下结论: 静压桩沉桩对邻近隧道的变形有较明显的影响.随着沉桩深度的增加, 隧道结构位移也随之增大, 且以水平位移为主. 当沉桩深度达到20 m 时, 隧道结构最大位移为11.55 mm. 沉桩过程亦使隧道产生一定的扭转: 沉桩深度为4, 8, 12, 16 m 时, 隧道顺时针偏转(背向沉桩方向);沉桩深度为20 m 时, 隧道逆时针偏转(朝向沉桩方向). 随着沉桩深度的增大, 隧道结构的附加弯矩从对称竖向轴线分布逐渐向逆时针方向偏转至对称横向轴线分布; 沉桩后隧道的弯矩图有逆时针扭转的趋势(转向沉桩侧), 且大部分隧道结构的弯矩绝对值有减小趋势.     

水驱抽油机井杆管偏磨诊断方法的探讨

通过对水驱抽油机井抽油杆柱受力状态的分析,应用抽油杆柱屈曲挠曲微分方程建立杆管偏磨条件,确定杆管偏磨临界压力;应用波动方程把实测悬点示功图转化泵的示功图的方法确定抽油杆轴向分布力和轴向压力。并建立了水驱抽油机井杆管偏磨诊断方法,从而判定杆管是否偏磨和偏磨原因。利用该方法诊断107口井,杆管偏磨诊断符合率达到84.3%,对比分析采取偏磨治理措施生产一个检泵周期的井62口,平均检泵周期延长了239天。