旋转细长杆柱动力学分析在抽油杆扶正器设计中的应用

旋转细长杆柱动力学问题在石油钻采工程中有着重要的应用。在地面驱动螺杆泵采油中,由于井斜和抽油杆高速旋转,导致杆管偏磨失效,造成的经济损失十分严重。合理安放扶正器是解决这一个问题的关键。建立了考虑动力间隙元和空间梁单元的旋转细长杆柱动力学分析模型及分析方法。根据杆管碰撞接触状态,提出了以杆管碰撞概率、平均碰反力来进行扶正器安放位置设计的方法。通过现场应用表明,该方法收到了防止杆管偏磨、延长检泵周期、节约呆油经济成本的良好效果。     

垂直井筒内悬挂管柱屈曲演变有限元分析

摒弃常规方法中管柱屈曲挠曲线的假设,建立垂直井筒内悬挂管柱的几何和接触双重非线性力学模型,虚拟较大的阻尼比,进行有限元计算。采用正向加载法得到管柱稳定的连续接触的螺旋屈曲构型;采用逆向加载法,根据螺旋屈曲构型,逐渐增加悬挂拉力,进行屈曲演变分析;并分析摩擦力和管柱长度对临界载荷的影响。结果表明:螺旋屈曲向正弦屈曲转变是突变的过程,屈曲模态构型包括螺旋屈曲构型、刚螺旋屈曲和正弦屈曲。摩擦力对临界载荷的影响甚微。随着管柱长度增加,各阶屈曲模态的临界载荷均逐渐减小并趋于常值。此方法适用于斜井、曲率井和水平井管柱的屈曲过程分析。     

轴向变截面环空幂律流体内边界力的研究

在石油钻采工程中,井筒内流体多为非牛顿流体,在旋转杆管柱作用下做偏心环空螺旋流,而且偏心度沿杆管柱轴线呈任意变化.针对这一流体特性,建立了轴向变截面偏心环空幂律流体三维有限元模型,采用基于有限元的有限体积法,研究了流场分布规律及偏心度和转速对界面力的影响.计算结果表明:宽间隙侧最大轴向速度不变,旋转速度降低,窄间隙侧最大轴向速度降低,旋转速度增强.随着转速或偏心度的增加,流体对杆管柱作用的横向力和弯矩均增大,为进一步揭示和防治杆管偏磨提供了理论依据.     

井筒内旋转抽油杆柱动力学仿真

井筒内细长抽油杆柱是石油工程中特有结构，考虑旋转抽油杆柱可能在任意井深和井眼圆周方向上与井筒产生的碰撞接触，建立了旋转抽油杆柱动力学模型，并采用动力间隙元和空间梁单元、Newmark法进行仿真。经B3—4-P31等井的应用表明：通过仿真设计的抽油杆柱和扶正器安放位置，能够在井下安全可靠工作，避免了抽油杆柱发生脱断、偏磨事故。该方法已在大庆油田得到应用，也可以在其它油田推广应用。     

Application of gap elememt to nonlinear mechanics analysis of drillstring

This paper presents a nonlinear finite element method to resolve the problem of the nonlinear contact between the drillstring and hole by using a Multi-directional Contract Gap Element(MCGE) contacting at approprizte positions in each beam element.The method was successfully applied to the Daqing Oil Field GP1 well.It was shown that the drillstring‘s contact resistance at any well depth could be obtained by calculations and that as the enor in the calculation of the hole top load is below 10%,the calculation result can provide theoretical basis for the design and operation of drillstrings.     

换热器管板胀接接头高温下拉脱实验研究

考虑换热器管板胀接接头和高温拉伸实验机结构,设计了试件和实验方案,对液压胀接接头在高温条件下的拉脱力变化规律进行了实验研究.当温度在100℃内,拉脱力随温度升高显著增大、受胀管率影响较大;当温度在100℃～300℃时,拉脱力随温度升高略有降低,胀管率影响逐步变小.实验结果可为换热器管板胀接接头设计和拉脱力计算提供理论依据.