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     

稠油定向井加重杆及扶正器优化设计

定向井由于受到井身轨迹的影响,在实施有杆泵抽油时,会发生严重的偏磨现象,合理的加重杆及扶正器设计,成为定向井防偏磨重要的手段;基于对定向井抽油杆微元段受力分析、泵端受力分析。编制了定向井加重杆-扶正器间距设计程序,对现场定向井进行了加重杆扶正器设计演算,能够确定最优加重杆长度,实现扶正器间距设计,输出抽油杆轴向力及侧向力的分布结果,确定定向井偏磨多发的部位,表明该方法合理可靠,有现场应用价值。     

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.     

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。     

抽油杆柱设计数值方法

按区间对分法计算抽油杆柱组合尺寸的数值方法适应于复杂的杆柱载荷表达式.较解析解更具一般性.本文以不同杆柱载荷公式和设计方案的计算实例验证了其正确性.     

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。     

定向井抽油杆柱纵横振动模型及其诊断

提出了用于分析定向斜半抽油杆系统工况的新的三维模型，建立了有杆泵系统动力模型的基本方程和数值求解方法，应用微分几何和变分原理，将杆柱的动力方程表示成一组耦合的偏微分方程及相应的边界条件，由此建立的计算程序可以完成对定向井井下工况诊断和地面工况的预测，实例计算结果与现场实侧结果能较好吻合，并通过实例计算讨论了用直井模型分析定向井所带来的较大误差。     

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.     

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。     

螺杆泵井偏磨机理及防偏磨技术研究

针对大庆油田螺杆泵井杆管偏磨严重的问题，从偏磨现象入手，建立抽油杆瞬态动力学有限元模型和转子动力学模型，进行杆柱受力分析，确定螺杆泵井杆管偏磨主要原因是由于螺杆泵转子的偏心运动、井身结构等因素所致。结合偏磨因素提出了优化布置抽油杆扶正器、推广应用实心高强杆等治理措施，取得较好效果。     

有杆抽油系统诊断方法研究与应用

以有杆抽油系统动力学行为分析为基础,将基础理论研究和应用技术有机地结合起来,建立了考虑悬挂系统弹性的直井和定向井有杆抽油系统诊断模型,研究了基于B/S（Brower/Server）模式的有杆抽油系统故障诊断方法,利用Internet技术和Web技术开发了相应的软件系统, 通过浏览器即可实现对有杆抽油系统快速、准确的故障诊断,并给出了诊断算例,诊断结果验证了该系统的有效性。基于B/S模式的有杆抽油系统故障诊断对避免井下作业的盲目性,提高系统效率,降低采油成本,实现油田企业信息化和提高油井的科学管理水平具有重要意义。     

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     

基于GM-ELM的有杆泵抽油井故障诊断

为了解决有杆泵抽油井故障诊断问题,提出了基于灰度矩阵极限学习机(gray matrix-extreme learning machine,GM-ELM)故障诊断方法.首先用灰度矩阵对有杆泵抽油井进行故障特征提取;然后用数理统计的方法建立灰度矩阵的特征向量,将故障特征向量作为故障诊断模型的输入值;最后建立GM-ELM模型对有杆泵抽油井故障进行诊断.仿真结果表明该方法与GRNN(general regression neural network)方法、LS-SVM(least squares support vector machine)方法、BPNN(back propagation neural network)方法相比具有更高的故障诊断准确率.     

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。     

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．     

基于不变矩的示功图故障诊断方法研究

以抽油机井示功图为例,提出了基于不变矩的示功图故障诊断方法。首先对示功图进行二值化和细化处理。接着计算示功图不变矩。最后将不变矩作为特征向量来诊断抽油机井的故障类型。结果表明,该方法可以有效地分析出抽油机井的常见故障。     

有杆抽油系统的数学建模及诊断

基于第九届＂华为杯＂全国研究生数学建模竞赛C题,本文建立了有杆抽油系统的模型。首先,利用四连杆机构原理推导出有杆抽油机悬点的位移、速度及加速度的运动规律;其次,对具有初值及边界条件的Gibbs模型求解,利用其解得到两口油井的泵功图;最后,建立检验泵内有无气体的充满系数模型,进而分析了实际泵内的充气情况。