张红瑛[1]2003年在《聚合物驱抽油机井杆柱计算机仿真及试验研究》文中认为大庆油田自实施聚合物驱以来，在采油工艺上暴露出一个严重的问题，即抽油杆与油管偏磨较水驱时速度和程度加剧，其主要原因是聚驱油井比水驱油井的采出液粘度增加，导致与粘度有关的各种摩擦力增加，聚合物驱抽油机井见聚后悬点最大载荷较水驱时增大，悬点最小载荷较水驱时变小，抽油杆柱受力状况变坏，而且抽油杆在下行程时纵向压缩载荷增大，使得抽油杆柱失稳产生纵向弯曲的屈曲变形波数增加，因此抽油杆与油管偏磨加重，杆断率增大，作业井次明显增加，影响聚驱油井生产；同时作业费用增加，使得采油成本加大。 本论文针对此问题，采用了理论分析与试验研究相结合的方法，用Delphi编程计算出了抽油杆柱变形情况，并以此采取相应的偏磨措施。具体研究的内容如下：首先分析了聚合物驱油后产出液粘度的变化及其计算公式；然后建立了抽油杆柱上、下冲程受力的计算模型；接着进行了抽油杆在粘弹性流体中运动的阻力试验研究，分别建立了法向力试验装置、测试抽油泵阻力试验装置和抽油泵凡尔阻力试验装置，并回归了抽油泵下行阻力的计算公式。其次根据抽油杆柱静力分析的基本方法，选择了有限元法研究此问题，并编制了相应的程序；建立了抽油杆柱受力变形的试验装置以验证程序的正确性。最后对现场的实际抽油杆柱进行计算，并根据计算结果采取相应的防偏措施，有效减缓了杆管偏磨，延长了检泵周期，取得了良好的经济效益。
王凤山[2]2007年在《聚合物驱抽油机井抽油杆柱的力学行为研究》文中研究说明聚合物驱油成为一种日趋成熟的提高原油采收率的方法,但抽油杆柱偏磨严重,造成检泵周期缩短,综合经济效益降低。有效的解决抽油杆柱的偏磨,是保证原油生产和提高油田开发经济效益的当务之急。因此,研究抽油杆在抽汲井液过程中的力学行为,以分析造成杆管偏磨的成因及影响因素是十分必要的。目前国内外学者研究杆柱的力学行为是建立在波动方程和静力学理论基础上的,与抽油杆的实际工况相差甚远,采油工程界迫切需要新的研究方法和技术,准确描述抽油杆柱在有限空间内含聚井液中运动的力学行为和影响因素,提出防治杆管偏磨措施,以保证有杆抽油系统的安全、正常生产,对完善有杆抽油系统故障诊断技术,丰富有杆抽油系统故障诊断的理论,促进相关学科发展具有一定的理论意义。研究抽油机井抽油杆柱的力学行为的核心问题之一是确定井筒中抽油杆柱在各种载荷作用下的复杂变形状态,它涉及到对采油工程、固体力学、流体力学、计算力学和聚合物流变学等学科的深刻理解和应用,本文通过力学分析,建立了抽油杆柱的力学模型。运用动量定理和动力学原理建立了抽油杆柱在有限变形范围内的Kirchhoff平衡方程和瞬态动力学平衡方程。根据抽油杆柱的结构参数和运动条件推导了接触界面不可侵彻度量方程,并根据变分原理和更新的Lagrange格式推导了平衡方程的弱形式。采用增广Lagrange乘子法建立抽油杆柱与油管界面动量方程。采用有限元方法,运用Newton-Raphson法、载荷增量法、增广Lagrange乘子法,Newmark法联合求解,计算有杆抽油系统井下设备在多重耦合情况下的受力和变形状态。抽油机井见聚后,采出液属于粘弹性非牛顿流体,井液粘度的增大,影响了杆液摩擦阻力以及柱塞与泵筒的摩擦阻力。井液的弹性,使其在杆管环空流动过程中,在抽油杆法向方向产生一个作用力,加剧了抽油杆柱的失稳。本文运用非牛顿流体力学理论建立了聚合物采出液流体控制方程,根据有限元理论,采用控制体积法对控制方程进行离散,获得其有限元格式;采用SIMPLE算法对方程进行求解,确定了杆管环空内聚合物采出液流动时速度分布;并根据流体力学理论,运用Rouse-Zimn模型本构方程确定了聚合物采出液的松弛时间。在室内研究聚合物溶液零剪切速率实验为基础上,结合聚合物溶液注入前后流体特性的变化规律,对零剪切速率公式进行修正,得到了聚合物驱采出液零剪切速率计算公式;依此结合上随体MAXWELL模型推导的法向力计算公式,获得法向力随抽油杆速度、聚合物浓度的变化规律,为准确计算聚合物驱抽油杆柱的变形状态奠定了基础。为了检验抽油杆柱分析方法的准确性和实用性,进行了现场测试。在生产井的抽油杆柱上安装拉压传感器,测量出抽油杆柱的轴向力随时间的变化曲线。将试验结果与计算结果相对比,轴向力平均误差为5.07%。同时计算了由于断脱而作业的生产井,计算结果与生产井抽油杆柱的断脱和磨损位置基本一致。充分证明了诊断方法的正确性。通过计算,分析了抽油杆柱纵向振动的主要影响因素。并且发现抽油杆柱纵向振动可引起抽油杆柱动力失稳,进而引发横向振动,因此,采用在抽油杆体上安装减震器,减小抽油杆柱的纵向振动幅值,减弱其横向的动力失稳,可达到减缓抽油杆柱偏磨的目的。聚合物驱井法向力影响抽油杆柱的变形状态,当聚合物浓度大于300mg/L时,其产生的法向力可改变抽油杆柱的变形状态,加剧抽油杆柱的偏磨,当浓度小于300mg/L时,其法向力对抽油杆柱的侧向屈曲影响较小,对偏磨的影响可忽略。针对目前常用扶正器方式防止抽油杆柱的偏磨问题,提出了扶正器合理安装方式。本文所提出的抽油杆柱的分析方法对杆柱的偏磨问题具有较强的针对性,其分析结果和所提出的改进措施将为防止抽油杆柱的偏磨,以保证有杆抽油系统正常生产、延长生产周期、提高原油产量和降低生产成本有所启迪,对提高油田开发的技术水平和经济效益具有一定的现实意义和实用价值。
孟令凯[3]2016年在《聚驱抽油机井杆管偏磨寿命预测方法研究》文中研究指明近几年来,随着国内叁次采油技术不断完善,聚合物驱抽油机井的数量不断增加。聚合物溶液为幂律流体,采出液造成的法向力加剧了抽油杆与油管的偏磨,抽油杆的断脱和油管损坏事故与水驱井相比急剧增加。由于无法预测抽油机的检泵周期,油田多采用事后检泵的方法,严重影响了油田的经济效益。本文根据油田实际情况,运用多元回归的统计方法得出关于检泵周期的统计方程,然后分析聚驱井的实际受力情况,利用理论分析的方法预测聚驱抽油机井的检泵周期,对油田实际生产有重要意义。本文主要研究内容如下:统计油田实际的生产数据,基于多元非线性回归理论,利用MATLAB软件,建立检泵周期的回归模型,可以对单井的检泵周期进行预测;分别对回归方程和回归参数进行显着性检验,利用叁参数威布尔分布,优化检泵周期的预测方程。基于静力平衡理论,考虑杆管接触时的轴向摩擦,建立杆柱螺旋屈曲构型函数和杆管接触压力的求解模型;研究法向力的影响因素,考虑聚驱井轴向力和法向力的共同作用时杆柱的弯曲模型和接触压力的计算模型;分析了不同杆管组合的情况下,最大等效接触应力的变化。基于能量磨损理论,考虑磨损深度变化,建立杆管磨损量的计算模型;基于静强度理论建立杆管柱的寿命预测模型;利用ANSYS有限元分析软件,分析受损杆管柱的最大等效应力随最大磨损深度的变化规律,进而求解杆管受损部位的应力集中系数与最大磨损深度间的关系式;基于疲劳损伤理论,以杆管柱为研究对象,建立预测其使用寿命的数学模型。运用软件Visual Basic6.0编程开发了《聚驱抽油机井杆管偏磨寿命预测软件》,实现对各生产参数对检泵周期的影响分析;实现聚驱井杆柱螺旋屈曲状态和杆管接触压力的仿真计算;分析各影响因素对法向力大小的作用;实现聚驱井杆管偏磨寿命的预测,为油田的提前检泵提供了理论参考。
赵力朋[4]2006年在《聚驱抽油机井抽油杆柱动态仿真与防偏磨优化设计》文中指出聚驱技术在我国油田得到了充分的发展,大幅度提高油井产量的同时,也带来了许多问题。由于产出液具有非牛顿性,使得抽油杆柱的振动特性发生了变化,而且杆管偏磨比水驱更为严重,这是聚驱抽油机井急待解决的两个重大问题。因此,研究聚驱抽油机井产出液对抽油杆柱振动特性的影响,对于指导扶正器配置间距设计、完善聚驱抽油机井动态参数仿真与运行优化技术都具有重要的理论和实际意义。本文应用幂律流本构方程和动量守恒方程,建立了幂律流杆管环空速度分布模型及抽油杆柱液体摩擦阻力计算模型。深入分析了幂律流体杆管环空速度分布的影响因素。通过大量计算表明,速度分布的关键点(速度零点和最大点所在的位置)仅与杆径、油管内径和产出液的幂律指数相关,并依此定制了用于求速度关键点的BP网络训练样本。以幂律流抽油杆柱液体粘滞阻力的计算模型为基础,并应用等功条件提出了幂律流条件下抽油杆柱阻尼系数的计算方法,并依此建立了聚驱抽油杆柱轴向振动的数学模型和仿真模型。和水驱层流抽油杆柱轴向振动的数学模型比较,该模型包括有速度项的幂律指数。仿真与现场实测结果对比表明,该模型具有较高的精度,能够满足工程需要。以抽油杆动态仿真为基础,建立了聚驱抽油井抽油杆柱扶正器优化配置的数学模型,通过计算表明,聚驱抽油杆柱所受的法向力,对中性点以下扶正器的配置影响较小,而对中性点以上扶正器的配置影响较大。使用Visual Basic 6.0开发工具,编制了《聚驱抽油机井抽油杆柱动态仿真与防偏磨优化设计》软件。应用实例表明,该软件具有较高的仿真精度,能满足工程实际应用的要求。
白南洋[5]2015年在《复杂介质下抽油机井抽油杆柱设计关键技术研究》文中研究说明随着油田进入开采中后期,井液性质复杂,杆柱断脱率急剧上升,导致抽油机生产运行成本增大,说明传统的抽油杆柱设计方法与采油中后期的抽油机运行工况之间存在着一定的不适应性,如何利用现有条件对复杂介质下抽油机井杆柱的工作状况进行分析,找出其关键影响因素,并对抽油机井杆柱设计方法进行修正,提高抽油杆柱的疲劳寿命,以提高油井生产时率具有重要意义。油田中后期油井采出液的组成与性质发生了变化,产生两方面的影响：一是阻尼特性的变化；二是振动特性的变化,包括杆柱振动和液柱振动。基于此,本文设计了复杂介质下管流特性试验方案与摩阻特性试验方案,进行了管流特性试验、柱塞—泵筒摩阻特性试验及光杆—盘根盒摩擦力试验,分别对不同杆管组合下的含水介质与聚合物介质进行试验测试。依据井下系统阻尼系数计算方法,得到了含水介质与聚合物介质下的阻尼系数变化规律曲线,为抽油杆柱设计提供计算依据。对抽油机井负载特性进行研究,建立了液柱力学模型并采用差分法进行求解,对井下泵出口压力进行模拟计算并编制计算程序,设计压力测试试验方案,进行井口油管压力和井下泵出口压力测试试验,验证模拟程序的合理性。利用模拟计算程序计算含水介质与聚合物介质在不同工况下井下泵出口压力并比较得出其一般规律。分析了石油天然气行业标准规定的常规抽油杆柱设计方法,针对最大最小载荷计算公式,对抽油杆柱的振动载荷项通过阻尼系数进行修正,重点对液柱载荷部分进行修正使用模拟计算的井下泵出口压力转化为载荷作用于柱塞上,替代此前的静液载荷项,以考虑液柱振动对悬点载荷的影响,使计算更为合理,可以实现对采油中后期新投产井的设计以及现有油井的优化。
高春红[6]2010年在《叁次采油区块抽油机载荷和抽油泵失效研究》文中研究说明目前,大庆油田进入开发后期,油田开采呈现复杂性,部分区块采用聚合物驱或叁元复合驱采油,井液性质发生变化,导致杆、管环空内液体流动时的阻力发生变化,影响悬点载荷,加速了井下抽油设备损坏速度。因此研究聚合物驱及叁元复合驱条件下有杆抽油系统载荷特性变化及井下设备性能变化问题,对优化抽油机系统设计,提高井下设备寿命,合理选取抽油机以适应聚驱及叁元复合驱油技术具有重要意义。利用室内管流特性试验装置,分别配置了不同浓度的聚合物及叁元复合溶液并进行管流试验,得到不同含聚浓度的聚合物及不同含碱量的叁元复合溶液,在不同剪切速率条件下的粘度、沿程摩擦阻力的变化规律。利用室内试验数据分析聚合物及叁元复合溶液对抽油机悬点载荷的影响,并与实际生产井进行对比,为叁次采油区块抽油机选型设计提供依据。依据抽油机悬点运动规律及泵阀运动的魏斯特法尔现象,建立阀球运动的数学模型。通过仿真计算,得到泵阀阀球位移,速度、加速度的变化规律,为开展泵阀阀球撞击阀罩的疲劳寿命分析提供理论依据。应用ANSYS/LS-DYNA软件,模拟泵阀的受力状况,建立阀球撞击阀罩方面的力学模型,通过模型反映出来的应力变化,对泵阀部分进行结构强度分析。对于现场突出的泵阀失效问题,找出其失效原因,并结合数学模型,利用有限元软件进行理论分析和计算,在泵阀结构设计,材料强度,热处理工艺上提出合理的改进措施。为延缓泵阀的失效、增加原油产量、提高有杆抽油系统效率和油田开发的经济效益提供了科学的理论依据。
张铁汉[7]2016年在《基于磨损寿命预测的定向井抽油杆柱扶正器配置优化设计》文中提出抽油杆柱是有杆举升抽油系统的核心组成部分,由于在采油过程中抽油杆柱长期受交变循环载荷的作用,加之定向井井眼弯曲的影响,使得杆管偏磨失效成为定向井主要的失效形式,导致油井无法正常工作,影响原油产量。当前由于无法实现计划检泵,因此对抽油机井的检泵多是事后检泵,导致检泵作业费用增加,油井停产天数增加,严重影响油田的经济效益。针对定向井杆管偏磨问题,本文主要研究内容包括以下几个方面:在定向井井眼轨道模拟和抽油杆柱环境载荷分析的基础上,建立了定向井杆管接触的“空间梁单元+弹簧元”的有限元分析模型,实现了定向井抽油杆柱与油管柱接触状态的仿真;基于杆管接触的有限元仿真结果,结合能量磨损理论,建立了杆管瞬态磨损量的计算模型;建立了抽油杆柱杆体、接箍与扶正器磨损寿命的计算模型。提出了基于磨损寿命预测的定向井抽油杆柱扶正器配置方法,建立了定向井抽油杆柱扶正器配置优化设计的数学模型。利用Visual Basic6.0编程语言开发了《基于磨损寿命预测的定向井抽油杆柱扶正器配置优化设计系统》软件,用于指导油田抽油机井扶正器配置设计,为定向井的防偏磨设计及检泵周期预测提供可靠的设计手段。
参考文献：
[1]. 聚合物驱抽油机井杆柱计算机仿真及试验研究[D]. 张红瑛. 大庆石油学院. 2003
[2]. 聚合物驱抽油机井抽油杆柱的力学行为研究[D]. 王凤山. 大庆石油学院. 2007
[3]. 聚驱抽油机井杆管偏磨寿命预测方法研究[D]. 孟令凯. 燕山大学. 2016
[4]. 聚驱抽油机井抽油杆柱动态仿真与防偏磨优化设计[D]. 赵力朋. 燕山大学. 2006
[5]. 复杂介质下抽油机井抽油杆柱设计关键技术研究[D]. 白南洋. 东北石油大学. 2015
[6]. 叁次采油区块抽油机载荷和抽油泵失效研究[D]. 高春红. 大庆石油学院. 2010
[7]. 基于磨损寿命预测的定向井抽油杆柱扶正器配置优化设计[D]. 张铁汉. 燕山大学. 2016