文档介绍：上海大学
硕士学位论文
基于实际井眼轨迹的抽油杆柱设计与三维力学分析
姓名:王文昌
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:狄勤丰
20060401
摘要由于定向井的广泛使用,实际井眼轨迹对抽油杆柱受力、变形的影响越来越显著。目前对抽油杆柱的设计,大都是基于直井或二维平面井眼轨迹进行,导致抽油杆柱结构设计存在不合理性。本论文在对三维弯曲井眼中抽油杆柱动力学模型作进一步完善的基础上,对抽油杆柱设计、偏磨严重点位置预测方法进行了较深入的研究,并取得了较好的结果。首先,根据现有的抽油杆柱动力学方程,从实际井眼轨迹入手,结合较准确的边界条件,完善了抽油杆柱三维力学分析方法。其次,提出了杆柱的等效阻力系数拟合方法,并以专门的测试设备测得的井下示功图数据作为边界条件,对诰辛说刃ё枇ο凳夂瞎ぷ鳌再次,通过上述模型计算得到抽油杆柱轴向应力,提出基于实际井眼轨迹的多级抽油杆柱组合杓品椒ǎ垢酥楹嫌胧导示鄹悠ヅ洌⒃诖嘶上根据抽油杆柱的失稳、最大挠度及支反力特征进行了抽油杆柱扶正器安放位置设计。以抽油杆柱与油管之间的支反力大小及杆、管相对位置来分析预测抽油杆柱的偏磨状况。最后,应用上述理论研究成果,采用面向对象编程技术,开发了三维井眼条件下抽油杆柱设计、力学分析及偏磨严重点位置预测系统软件。应用该软件,开展了诰氖竟ν荚げ狻口井的偏磨严重点位置预测工作,预测结果与实测数据对比表明,该软件具有较好的预测效果。此外,应用该软件对诰辛杆柱优化设计,对口生产井的受力变形进行了计算分析。根据本论文的研究工作,人们可以进一步了解三维井眼轨迹对抽油杆柱受力、变形的影响,并以此为基础,开展抽油杆柱偏磨严重点位置预测工作,合理设计抽油杆柱组合结构及扶正器位置,提高抽油杆柱的工作效率,减少检泵次数。此外,三维井眼条件下抽油杆柱设计、力学分析及偏磨严重点位置预测系统软件可以为现场技术人员提供较大帮助。关键词:井眼轨迹;抽油杆柱设计;等效阻力系数;数值模拟;仿真软件上海大学硕士学位论文
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泵的中间部分一抽油杆柱,它由一种或几种直径的抽油杆、接箍及扶正器等组第一章绪论杆式泵抽油系统由三部分组成:一是地面设备一游梁式抽油机,它由电动工程背景抽油杆柱是有杆泵采油系统的核心装备之一。在采油过程中,抽油杆柱承受不对称循环载荷的作用,在井下往复运动。由于井眼轨迹及井下液体影响,抽油杆柱的主要失效形式为疲劳磨损而断脱。抽油杆柱的断脱事故会严重影响原油产量,增加修井费用,提高原油成本。因此,为了提高抽油杆柱工作的可靠性和使用寿命,采用力学分析方法对抽油杆柱的受力、变形及偏磨状况进行研究十分必杆式泵系统是世界石油工业传统的采油方式之一,也是在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。国内外%陨系挠途褂酶耸奖孟低场D壳埃国有杆抽油井数已达到,谧笥遥蓟挡捎途苁ヒ陨稀S捎谟杆抽油井数量多,其设备的初期投资、设备更新费用及其能耗费用都对采油成本有极大影响,因此国内外油田对有杆抽油技术的研究都非常重视,做了大量的研究工作,推动了有杆抽油技术的不断发展进步。机、减速箱和连杆机构鮅⒘撕陀瘟组成:二是抽油泵ㄎ敕А泵筒、活塞和排出阀以谔坠苤杏凸艿南露耍蝗橇O档孛嫔璞负统橛要。成,如图。上海大学硕十学位论文
幌救雐焕陈磢辉輑一一赫拥一一雏檀栉枰挥凸惶一暑:觯鹨籭纠駎·—餱弧霾复馈尘一穗粹—龋建藕,一动力机《电囊桩当抽油杆柱带动活塞向上运动时铣宄,吸入阀潭ǚ打丌,井中原油进入泵中。同时,由于泵的排出阀味关闭,活塞将它上面油管中的原油举到井口。当抽油杆带动活塞向下运动时鲁宄,吸入阀关闭而游动阀打开,泵筒中的原油被举到它上面的油管中。这就是抽油泵的运动过程。当“杆式泵抽油系统”周而复始的工作时,原油就源源不断地被采出⋯。由“杆式泵抽油系统”的构成与工作原理不难看出,抽油杆柱是构成抽油系统的关键。所以为了使杆式泵系统有效正常运转,取得最佳经济效益,就必须进行抽油杆柱的受力特征研究及动力学分析,从而优化抽油杆柱组合,使抽油系统图杆式泵抽油系统示意图上海大学硕十学位论文
达到最佳工作状态。目前,定向井、丛式井已成为国内油田的主要油井方式。近几年来,随着油井泵深的不断增加,使得抽油杆断、脱次数不断增多。年,中石油长庆油田分公司安塞油田检泵次数为次,其中抽油杆断脱占%,而年,,维修费用高达万元以上,,,年油井维护作业危钦<毂危渲幸虺橛透宋侍舛毂玫木未锏井次,