故障工况下有杆泵采油系统运行特性及示功图研究

根据井液进出泵筒速度及泵筒内井液压力变化规律分别建立正常工况、气体影响、漏失影响和供液不足等工况下的泵阀运行特性模型,并与杆管液动力学模型进行耦合,形成故障工况下有杆泵采油系统的仿真模型及对故障工况下的有杆泵采油系统运动特性的仿真分析。结果表明:仿真结果与现场实测地面示功图具有良好的一致性且预测产液量平均误差低于6%,验证了故障仿真模型的准确性;碳纤维混合杆柱相对于钢杆采油系统示功图载荷绝对值较小,加载和卸载线较长,谐波个数较少且平滑;气体影响、游动阀漏失会减小加载完成时抽油杆柱的谐振,供液不足、气体影响和固定阀漏失会加剧卸载完成时抽油杆柱的谐振;基于该故障仿真模型可获得碳纤维抽油杆等新型抽油杆故障工况下的示功图图库。     

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.     

同井注采泵抽系统抽油杆柱纵向振动与悬点示功图仿真模型

由于同井注采泵抽系统抽油杆柱受到双泵柱塞载荷的共同作用,现有的抽油杆柱单泵力学模型不能用于同井注采双泵力学模型的研究,需要在抽油杆柱单泵力学模型的基础上进一步改进和完善。鉴于此,综合考虑柱塞的运动规律、泵筒内流体的可压缩性及泵筒内气体等因素的影响,建立了抽油泵柱塞载荷仿真模型。基于同井注采系统双柱塞载荷作用下的抽油杆柱工作原理,建立了双柱塞载荷作用下的抽油杆柱纵向振动仿真模型。仿真结果表明:仿真悬点最大载荷与实测悬点最大载荷误差仅为2.35%,验证了计算模型的正确性,而且悬点最大载荷随着气油比R_(GO)的增大而减小,悬点最小载荷随着气油比R_(GO)的增大而增大。     

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。     

考虑气动管路的双腔气缸动态特性分析与实验

通过对双腔气缸运动特性及气动回路的分析,建立了双腔气缸工作系统的动态特性模型,在建模过程中考虑了电磁切换阀及其到气缸之间的气动管路.在此基础上,采用Matlab对所建模型进行仿真;同时,搭建了气缸动态特性实验系统对建模对象———气缸进行了实验.仿真及实验结果表明,文中所建模型可以较准确地从理论上描述双腔气缸工作系统的动态特性.     

定向井有杆抽油泵系统诊断模型的建立

考虑井眼轨迹的井斜角、方位角、油液等对杆柱抽汲运动的影响,从定向井的多级混合杆抽油杆柱上选取微元体,对该微元体做动力学分析.建立反映抽油杆柱动态变化的波动方程,作为有杆抽油泵系统故障诊断的初始动力学模型.对整个杆柱采用变步长取样和多级杆柱的分界面处特殊处理,利用有限差分法求解偏微分方程,得到杆柱上分界面处和均质段任意位置处的位移表达式.确定初始条件和边界条件,经差分和迭代计算获得抽油泵柱塞位移表达式和载荷表达式,完成最终的建模.以油田提供的4口油井的相关数据为例,代入诊断模型得到了泵功图并对其进行故障诊断.结果表明:定向井有杆抽油泵系统诊断模型的建模方法是正确可行的,数学模型应用可靠,能够支持基于知识和基于数据分析的故障诊断方法.     

大型空间柔性组合航天器动力学建模与控制

航天器在轨组装制造和在轨服务维护任务中,捕获航天器通过空间机械臂捕获目标航天器后,整个系统构成一个大型空间柔性组合航天器.本文首先建立了综合考虑机械臂关节、臂杆和航天器太阳翼等柔性部件振动影响的组合航天器动力学模型,采用非线性扭簧模型描述柔性关节,采用假设模态法和有限元法描述柔性臂杆和太阳翼,通过动量守恒和拉格朗日方法推导了柔性组合航天器的动力学方程.然后设计了柔性组合航天器轨迹跟踪与振动抑制复合控制系统,采用奇异摄动方法对组合航天器动力学模型进行了降阶分解,在快慢两种不同时间尺度内分别独立设计了控制器.最后通过数值仿真验证了建模和控制方法的有效性.仿真结果表明,本文所建动力学模型精确有效,能够准确反映柔性组合航天器的运动学和动力学特性;复合控制方法能够保证组合航天器在实现机械臂精确轨迹跟踪控制的同时有效抑制柔性部件振动,具有工程实用性.     

地面驱动式单螺杆泵抽油杆的动力学特性

应用Timoshenko梁轴模型分析了单螺杆泵抽油杆的动力学特性 ,根据Timoshenko梁轴模型的运动方程得出了单螺杆泵抽油杆柱运动方程的解。该分析方法可求出抽油杆作涡动时的变形 ,有效地了解抽油杆的动力特性。这种方法用于从理论上分析地面驱动式单螺杆泵抽油杆动力特性 ,还须进行实际验证。     

抽汲井流体渗流力学模型及精确解

在对均质无限大油藏中心一口井抽汲井物理过程描述的基础上,建立了抽汲井流体渗流力学模型,并在Laplace空间求解出了相应的精确解.通过实例计算表明,该模型能描述抽汲井流体的渗流规律,可计算抽汲过程中任一时刻的地层压力、井底压力和关井时刻的井底压力,解决了抽汲井难以计算关井时刻井底压力的问题.     

液力反馈型空心杆采油工艺系统工况预测模型分析

针对液力反馈原理的新型空心杆采油工艺的特点 ,在理论分析的基础上 ,考虑液体运动、空心杆柱受力等因素的影响 ,完成了液力反馈型空心杆采油管柱力学分析 ,建立了空心杆采油的二维数学模型。在不同泵径、泵深、冲程、冲次、密度和含水率条件下 ,对液力反馈空心杆采油工艺系统进行了工况预测 ,分析了这些参数对系统的影响。     

一种计算深井泵柱塞冲程的新方法

冲程损失是影响泵效的一个重要因素 ,计算泵效时 ,常规的方法只考虑由静载荷和最大惯性载荷引起的冲程损失 ,而没有考虑振动载荷对冲程损失的影响。在对悬点运动规律分析的基础上 ,提出了一种计算抽油杆柱振动位移及考虑抽油杆柱上加速度分布后惯性载荷引起的附加柱塞冲程的方法。实例计算结果表明 ,计算所得的附加柱塞冲程是不可忽略的 ,在对有杆泵井参数优化设计及有杆泵井的诊断分析时 ,可以采用该方法。这种新的计算方法有助于提高抽油机井工况诊断的准确率及参数优化设计的精确度     

液力反馈型空心杆采油工艺抽油机悬点载荷分析

介绍了一种新型空心杆采油工艺技术 ,这种技术采用了具有液力反馈原理的空心杆抽油泵 ,该泵的特点是能有效地减小空心杆的下行阻力 ,并能增加抽油杆的下行动力。对常规型和液力反馈型两种空心杆采油工艺进行了分析对比 ,给出了两种工艺中抽油机的最大、最小悬点载荷计算公式 ,计算出上、下冲程中抽油机的最大、最小悬点载荷。计算示例进一步说明了液力反馈型空心杆采油工艺的优越性     

采用玻璃钢—钢混合杆柱的抽油系统设计

讨论了玻璃钢—钢混合轩抽油系统的杆柱设计、影响杆柱设计的因素以及在抽油泵与抽油机选择时应考虑的问题.     

煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

依据固液两相流理论,建立了煤层气井煤粉在有杆抽油泵内的数学模型,对煤粉在泵内的运动规律进行了分析,通过求解煤层气井有杆泵内固液两相流模型及仿真分析,得到了煤粉颗粒直径、井液的入泵速度及井液中煤粉颗粒浓度等参数对有杆泵内煤粉沉积的影响,利用固体颗粒在泵筒和柱塞间隙的磨损特性,分析了煤粉对有杆泵使用寿命的影响并给出了延长检泵周期,提高泵的使用寿命的措施。结果表明：有杆泵内下端煤粉浓度较大,分布非常不均匀;有杆泵内煤粉颗粒速度分布不均匀,湍流现象比较严重,煤粉颗粒主要沉积在固定阀入口两侧。煤粉粒径越小、井液入泵速度越大和井液中颗粒浓度越小可减少煤粉在有杆泵内的沉积。在排采的过程中通过连续、稳定、缓慢的降压,减少储层出煤粉;合理调节排采系统的冲程、冲次,通过改变泵的排量提高泵入口的流速,可减小煤粉在有杆泵内的沉积,使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空,以减少煤粉对有杆泵的影响。     

用玻璃钢抽油杆改善大泵强采抽油系统的工况

以混合杆柱波动方程的求解为手段,分析玻璃钢抽油杆用于大泵强采抽油系统的载荷情况,讨论这类杆柱对油井产量、悬点载荷、杆柱载荷、减速箱扭矩、光杆马力以及水马力的影响,提出用混合杆柱组合可以较好的解决大泵强采中悬点载荷和曲柄扭矩超载的问题．同时,专门对混合杆柱的超行程进行了讨论,指出该杆柱组合选择得当则能发挥玻璃钢抽油杆产生超行程的长处,克服杆柱变形引起的冲程损失,确保油井产液量．还给出了一种与波动方程差分格式具有同级精度的泵处边界条件差分格式．     

利用漏失曲线计算抽油机井悬点静载荷

抽油机井示功仪测试的上、下漏失曲线反映了抽油杆在静止状态下的受力.本文提出了利用漏失曲线计算悬点静载荷的方法,分析了上、下漏失曲线的载荷组成;建立了测试上、下漏失曲线时抽油杆的受力平衡方程;通过对方程的分析,得到抽油杆自重、泵出口压力、液柱载荷以及抽油杆所受浮力的计算公式.分析了用传统方法计算抽油杆柱自重和泵出口压力时产生较大误差的原因.该方法测试数据简单,计算结果更符合实际.所得到的参数对油井工况诊断和油井工艺方案设计具有重要作用.     

加装减载器的抽油系统杆柱设计及节能分析

减载器可通过液压反馈力降低抽油机驴头悬点载荷和抽油杆应力,实现节能采油和小泵深抽。根据静等强度设计准则,对抽油杆杆柱设计线性方程进行改进,使抽油杆杆柱组合的设计计算更加合理,进一步降低悬点载荷,提高抽油杆及地面设备的使用寿命,节约生产成本。