旋转抽油杆柱扭转振动固有频率分析

在对旋转抽油杆柱的扭转振动分析的基础上，给出了各阶扭转振动固有特性参数的计算式。实例计算结果表明：螺杆泵采油系统在700－1800m的正常下泵深度时，常用的单级和二级抽油杆柱的前五阶扭转振动固有频率在26－608r/min，覆盖了螺杆泵采油系统的工作转速区（65－350r/min），这完全不同于有杆泵采油系统。指出：在选定螺杆泵采油系统的工作转速时，应将杆柱的前五阶扭转振动固有频率对应的转速作为约束条件，以避开该转速范围；对于级次杆柱的高阶固有频率，由于其频率相对单级杆柱的增减幅值在2.1%-5.2%之间，可近似按单级杆柱考虑。文中提供的数据可以直接指导螺杆泵采油系统在杆柱组合与系统转速的匹配。     

地面驱动螺杆泵转速与杆径对摩擦压降的影响

在地面驱动螺杆泵采油系统中 ,井口驱动头有相当一部分的能量用于克服管道内油液流动的摩擦阻力 .文中对地面驱动螺杆泵采油系统的环空管内油液上升流动摩擦损失进行了理论分析 ,对不同泵转速下的抽油杆直径及不同抽油杆直径下的泵转速对流动摩擦压降的影响进行了详细的讨论 ,并以 LGB40 - 42型螺杆泵为例 ,对其在不同转速及抽油杆直径下的摩擦压降进行了计算 .理论分析及计算表明 ,转速与抽油杆直径对流体流动摩擦压降有较显著的影响 ,实际应用中泵转速的选择应与抽油杆直径相适应 .在一定条件下 ,合理选择泵的转速及抽油杆直径会使油液流动摩擦阻力显著降低 .     

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     

地面驱动螺杆泵转速与杆径对摩擦压降的影响

在地面驱动螺杆泵采油系统中,井口驱动头有相当一部分的能量用于克服管道内油液流动的摩擦阻力,文中对地面驱动螺杆泵采油系统的环空管内油液上升流动摩擦损失进行了理论分析,对不同泵转速下的抽油杆直径及不同的抽油杆直径下的泵转速对流动摩擦压降的影响进行了详细的讨论,并以ＬＧＢ４０－４２型螺杆泵为例,对其在不同转速及抽油杆直径下的摩压降进行了计算,理论分析及计算表明,转速与抽油杆直径对流体流动摩擦压降有较显著的影响,实际应用中泵转速的选择应与抽油杆直径相适应,在一定条件下,合理选择泵的转速及国抽油杆直径会使油液流动摩擦阻力显著降低。     

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。     

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。     

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。     

液压抽油机动态特性分析

应用机械振动理论,对液压抽油机的动态特性进行了分析。结果表明,液压抽油机在准匀速悬点运动条件下,抽油泵的运动由两部分组成一是随悬点一起的刚体运动,二是由于悬点支撑位移激发的振动响应,其振动频率为系统的固有频率。适当调整系统参数,抽油泵将出现超冲程现象,这对于提高采油效率将是有益的。在准匀速悬点位移作用下,将引起抽油杆柱的振动,导致杆柱中的动应力。杆柱中的最大振动位移随深度增加量值逐渐增大,最大动应力随深度增加而逐渐减小。最大动应力随深度不是线性变化的,而是为二次函数关系。     

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。     

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.     

水平旋转钻柱横向振动特性试验

利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素;随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动频率与钻柱自转频率呈线性关系;钻压增大对两横向振动频率的影响不大,但两横向振动的相位差会随着钻压的增大而逐渐变小;实际钻进中,钻柱一直处于井筒的右下部,转速选取时应尽量避开52.1 r/min。     

游梁式抽油机悬点负载耦合动力学建模

建立了描述游梁式抽油机悬点负载动态特性的耦合动力学模型.采用多自由度的弹簧-质量-阻尼器机械动力学系统描述抽油杆柱振动特性.综合考虑有杆泵抽汲过程中泵腔内气体可压缩性、泵腔压力变化、泵阀局部阻力等因素的影响,建立了泵腔压力、进泵流体流量、泵腔内液体体积与柱塞运动之间相互关系的数学模型,得到一组描述有杆泵动态抽汲过程的新模型,确定了求解抽油杆柱振动模型的井下边界条件.采用时步有限元方法对所建杆-泵耦合动力学模型进行仿真计算.油田现场应用表明,所建模型具有较高精度,可用于抽油井负荷、泵效、扭矩和平衡度等工况参数预测及故障诊断.     

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。     

直井眼钟摆钻具纵向振动特性的实验研究

为了了解直井眼中底部钻柱的纵向振动特性,利用根据相似理论设计出的钻柱动力学模拟试验装置,对不同参数组合下的钟摆钻具组合纵向振动特性进行了模拟实验研究。实验结果表明,钻柱的纵向振动主要与转速和钻压有关。转速一定时,提高钻压有利于减轻钻柱纵向振动;钻压一定时,降低转速有利于减轻钻柱的纵向振动;当对钻具施加的名义钻压一定时,随着转速的增加,平均钻压有减小的趋势。另外,在减小直井底部钻柱纵向振动的问题上存在钻压与转速的优化组合。     

水平井井底钻压波动规律的实验研究

利用水平井钻柱动力学模拟实验装置,进行了水平井井底钻压波动的模拟实验。实验结果表明:水平井井底的钻压波动为一正弦波动,其波动频率与钻柱的自转频率相等,钻压对波动频率的影响不大。水平井井底的实际钻压始终与名义钻压近似相等;随着钻压和转速的增加,水平井井底钻压的波动会变得越稳定。水平井实际钻进时,建议转速大于52.08 r/min,钻压大于90 kN。     

定向井有杆抽油系统井下耗能分析

针对现有抽油系统井下能耗计算公式难以确定杆液、杆管间摩擦耗能的缺陷,提出一种比较精确的分析方法。首先,对杆管间库仑摩擦力以及杆柱各节点的弹性运动速度进行了计算;其次,对抽油系统中库仑摩擦力、粘滞阻尼力以及盘根盒摩擦力在一个抽油周期内的耗能进行了分析,并根据悬点功图计算出一个抽汲周期内井下输入功,进而对井下效率进行了计算;最后给出了计算实例。计算结果表明,杆柱弹性运动速度引起的粘滞阻尼力耗能不能忽略。     

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.