丛式井集中驱动抽油装置运动特性分析及参数优化

论文摘要

随着勘探和钻井技术的日臻成熟,针对建设用地供需矛盾日益突出、钻井费用不断飙升等情况,占地面积少、利用效率高的丛式井组得到了快速的发展。为最大限度地满足丛式井采油工艺需要、节约电力消耗、提高采油效率、延长抽油机和采油系统的使用寿命,充分利用丛式井的井距较近的特点,研制一套同时驱动多口油井的丛式井集中驱动抽油装置具有重要的理论意义和实用价值。本文通过对曲柄滑块和曲柄摇杆机构的运动特性对比,确定了牛头刨式六杆机构为丛式井集中驱动抽油装置的执行机构,在对其几何参数进行分析和评价的基础上完成了参数优化。主要内容如下：(1)根据“一机多井”工况要求,结合悬点载荷、井距、修井作业、井场管束分布、杆泵参数及井口装置等实际情况,将游梁式抽油机、滑轮组、柔绳等优势组合在一起,利用解析法分析了曲柄滑块和曲柄摇杆机构的运动特性,确定了牛头刨式六杆机构为丛式井集中驱动抽油装置的执行机构,并详细计算了该机构各运动副的位移、速度及加速度等运动参数和各构件的力学特性；(2)基于ADAMS软件建立了驱动装置各运动副和杆件的几何模型和系统仿真模型,并完成了系统运动驱动的添加,通过仿真分析和解析计算中得到的位移线图、速度线图及加速度线图等运动特性的对比分析,验证了牛头刨式丛式井驱动装置机构组成和运动合理性；(3)以减小滑块速度最大值、降低悬点加速度为优化目标,各构件长度为设计变量,基于ADAMS开展了集中驱动装置参数优化设计,最终确定了曲柄、连杆和摇杆的最佳长度,为系统结构优化奠定了基础。本文基于“多口油井共用一台抽油机进行生产”的构思,完成了牛头刨式集中驱动装置总体方案设计、机构运动特性分析和参数优化,为我国石油工业丛式井开发生产提供一种高效节能的新型采油方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 丛式井采油技术与抽油装置
• 1.2.1 丛式井采油技术
• 1.2.2 抽油装置的现状与发展趋势
• 1.3 研究内容和技术路线
• 第二章 丛式井集中驱动抽油装置的传动方案设计
• 2.1 丛式井集中驱动抽油装置传动的设计思路
• 2.1.1 平面连杆机构简介
• 2.1.2 丛式井集中驱动抽油装置传动方案的基本出发点
• 2.2 丛式井集中驱动抽油装置的工作原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 丛式井集中驱动抽油装置运动仿真的基础分析
• 3.1 曲柄摇杆机构运动特性的基础分析
• 3.1.1 曲柄摇杆机构的数学模型
• 3.1.2 方位角的分析
• 3.1.3 角速度的分析
• 3.1.4 角加速度的分析
• 3.2 曲柄滑块机构运动特性的基础分析
• 3.2.1 曲柄滑块机构的数学模型
• 3.2.2 方位角和滑块位移的分析
• 3.2.3 角速度和滑块速度的分析
• 3.2.4 角加速度和滑块加速度的分析
• 3.3 丛式井集中驱动抽油装置六杆机构的运动特性分析
• 3.3.1 六杆机构的数学模型
• 3.3.2 BD杆和CD杆运动参数的分析
• 3.3.3 EF杆和滑块运动参数的分析
• 3.3.4 应用举例
• 3.4 集中驱动抽油装置的动力特性分析
• 3.4.1 悬点载荷和平衡载荷
• 3.4.2 各个杆件受力分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 从式井集中驱动抽油装置运动仿真分析
• 4.1 虚拟样机技术的含义
• 4.2 虚拟样机仿真分析软件ADAMS简介
• 4.2.1 虚拟样机仿真分析的基本步骤
• 4.2.2 ADAMS软件的核心模块
• 4.3 丛式井集中驱动抽油装置的仿真分析方案
• 4.4 创建连杆、运动副并设置运动驱动
• 4.4.1 几何模型的建立
• 4.4.2 运动副的建立
• 4.4.3 主动力的施加
• 4.5 运动仿真
• 4.5.1 建立结果测量
• 4.5.2 运动仿真
• 4.6 仿真结果
• 4.7 仿真分析和理论计算结果的对比
• 4.7.1 位移图像的比较
• 4.7.2 速度图像的比较
• 4.7.3 加速度图像的比较
• 4.8 本章小结
• 第五章 丛式井集中驱动抽油装置的参数优化
• 5.1 参数优化设计的数学模型
• 5.2 基于ADAMS仿真的模型参数化
• 5.2.1 建立设计变量
• 5.2.2 运行设计研究
• 5.3 基于ADAMS仿真的优化设计
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 详细摘要