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。     

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 70 0～ 1 80 0 m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 2 6～ 6 0 8r/min,覆盖了螺杆泵采油系统的工作转速区 (6 5～3 5 0 r/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的杆柱组合与系统转速的匹配     

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。     

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。     

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．     

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。     

抽油杆柱有限元动力方程的差分解及其收敛性

根据有杆泵抽油系统工作过程所对应的力学行为特征，建立了基于有限元理论的抽油杆柱动力控制方程；针对系统工况诊断这一非常规有限元动力求解问题，提出了适合于杆柱对角线型质量矩阵的有限元──有限差分解法；这种方法的优点在于其适应性强，可以考虑抽油杆接箍的影响并能较方便地处理级次杆连接处的力和位移连续条件．还从理论上证明了求解方法的无条件收敛性，并已经油田近２００口油井实际数据验证．最后给出了以文中方法为基础的计算机智能诊断软件对两口油井工况进行诊断的结果．     

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.     

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.     

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。     

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     

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。     

钢丝绳抽油系统的行为预测

对钢丝绳连续抽油杆采油系统的行为预测技术进行了研究 ,指出在钢丝绳进行过预拉及锻打工艺处理后 ,该系统的行为预测可按有杆抽油系统的预测方法进行 .给出了该采油系统的行为预测模型 .通过实例分析 ,指出下部加重杆的配置原则是 :在确保下行程正常的前提下 ,尽可能采用大直径加重杆 ,以减少钢杆数量 ,提高作业效率 ;而且在这种情况下泵的超行程易于形成 ,在产量、节能及减小系统载荷等方面均处于较优工作状况 ;避免使用小杆径加重杆 ,从而减少钢杆根数     

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.     

超稠油双管泵下掺蒸汽井筒加热降粘举升工艺

根据传热学和两相流原理,建立了超稠油双管泵下掺蒸汽井筒加热降粘举升过程中蒸汽与产液沿井筒传热与流动的热力学模型。计算了蒸汽与产液沿井筒的温度分布和压力分布,进行了抽油杆柱受力分析与抽油杆柱设计。运用该模型对辽河油田一口井的超稠油双管泵下掺蒸汽井筒加热降粘效果进行了分析计算,结果表明,只要加大掺汽量或提高蒸汽干度,该项工艺可用于超稠油开采。这一结果为避免抽油杆柱的断脱提供了分析依据。