聚驱抽油机井抽油杆柱动态仿真与防偏磨优化设计

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 聚合物溶液及油井产出液概述
• 1.2.1 聚合物溶液的流变特征
• 1.2.2 聚合物溶液及油井产出液流变性
• 1.3 聚驱油井杆管偏磨机理及防治概述
• 1.3.1 杆管偏磨机理及原因
• 1.3.2 杆管偏磨防治
• 1.3.3 抽油杆扶正器种类
• 1.3.4 扶正器配置
• 1.4 抽油杆柱动态仿真技术的研究现状
• 1.5 研究内容与预期目标
• 第2章 聚驱抽油杆柱液体摩擦力与泵排出压力的计算模型
• 2.1 聚驱产出液流变性参数识别
• 2.1.1 聚驱产出液流变参数实验数据回归
• 2.1.2 聚驱产出液流变参数BP 网络训练
• 2.2 抽油杆柱液体摩擦力计算模型
• 2.3 抽油泵沉没压力与排出压力建模
• 2.3.1 沉没压力建模
• 2.3.2 排出压力建模
• 2.4 多相流Orkiszewski 方法
• 2.4.1 压力降公式及流动型态划分界限
• 2.4.2 平均密度及摩擦损失梯度的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 聚驱抽油机井抽油杆柱振动与仿真
• 3.1 抽油杆柱振动数学模型
• 3.1.1 抽油杆柱振动规律的建模
• 3.1.2 边界条件的建模
• 3.1.3 阻尼系数的确定
• 3.2 抽油杆柱振动仿真模型
• 3.2.1 差分形式的波动方程
• 3.2.2 边界条件及其差分形式
• 3.2.3 初始条件
• 3.2.4 抽油机悬点负荷
• 3.3 幂律流抽油杆柱纵向振动的简化线性模型
• 3.3.1 牛顿层流条件下抽油杆柱振动线性模型
• 3.3.2 阻尼系数和当量动力粘度
• 3.4 局部摩擦力对悬点载荷的影响
• 3.4.1 泵阀水力阻力与柱塞液体摩擦力
• 3.4.2 盘根摩擦力
• 3.4.3 摩擦力对悬点载荷的影响
• 3.5 聚驱抽油杆柱动态仿真软件开发与实际应用
• 3.5.1 软件开发环境
• 3.5.2 软件功能
• 3.5.3 软件仿真精度验证
• 3.5.4 流变参数对抽油杆柱振动特性影响的仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 聚驱抽油机井扶正器配置优化
• 4.1 抽油杆柱受力分析
• 4.1.1 抽油杆柱轴向载荷
• 4.1.2 抽油杆柱法向载荷
• 4.2 横向均布载荷作用下受压抽油杆柱的弯曲变形
• 4.2.1 微分方程的建立与边界条件
• 4.2.2 最大挠度的计算
• 4.3 横向均布载荷作用下受拉抽油杆柱的弯曲变形
• 4.3.1 微分方程的建立与边界条件
• 4.3.2 最大挠度的计算
• 4.4 抽油杆柱许用挠度
• 4.5 扶正器合理配置间距的优化设计
• 4.5.1 扶正器的配置方案
• 4.5.2 扶正器配置的优化数学模型
• 4.6 实例计算
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介