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          螺桿泵系統桿柱設計及分析研究現狀

          發布時間:2016-01-13  發布者:星河泵業

          抽油桿柱是地面驅動螺桿泵系統的重要組成部分,在螺桿泵抽油桿柱設計方面,國內外學者進行了大量研究。等對螺桿泵桿柱強度設計進行了計算;對螺桿泵的摩擦扭矩作了深入研究,得出了抽油桿柱摩擦力矩計算公式;通過試驗研究,魏紀德、師國臣、李增亮分別得出螺桿泵抽油桿柱負載扭矩的計算公式;螺桿泵采油系統井筒環空結構參數及抽油桿轉速與流體摩擦阻力的關系,得出抽油桿的直徑和轉速是決定流體摩阻的主要因素。 2004年,改進了抽油桿載荷的計算方法,利用微元段法逐段對抽油桿柱進行載荷分析,考慮在不同深度處井筒內流體粘度隨溫度變化,同時考慮井斜角變化對抽油桿載荷的影響。抽油桿柱動力學基本方程,建立了穩態拉力一扭矩模型用于抽油桿柱整體力學分析、對井口處的抽油桿柱作局部彎曲分析的數學模型以及對與螺桿泵轉子相連接的下部桿柱作動力分析的數學模型,并提出了穩定器布置方法;將梁單元和動力間隙單元相結合,采用New mark直接積分法,建立了抽油桿柱非線性瞬態動力學的有限單元法,使得抽油桿柱碰撞接觸問題得以求解,給出抽油桿柱強度和扶正器安放位置的數值分析方法;建立了螺桿泵采油系統抽油桿柱扭轉振動的動力學方程,給出了組合桿柱各階扭轉振動固有頻率的計算公式;應用Timoshenko梁一軸模型分析了單螺桿泵采油桿的動力學特性,得出了單螺桿泵抽油桿柱運動方程的解析解,有效地了解采油桿的動力特性;螺桿泵桿柱瞬態動力學模型及分析方法,并在油田實際的桿柱失效分析中得到應用。針對含砂量高、低液面的螺桿泵井抽油桿柱載荷進行分析,并提出提高抽油桿可靠性的新技術。

          對于地面驅動的直井螺桿泵井而言,抽油桿柱的偏磨和斷脫現象是設計和生產中關心的主要問題。而對于定向井螺桿泵系統,定向井在鉆進過程中,由于地層巖性、地層傾角、地層傾向、鉆具組合及鉆井參數等因素的影響,造成定向井井身井斜和方位變化,所以定向井較直井的井身結構及受力情況更為復雜。處于造斜段的桿柱在重力的作用下很容易與油管壁接觸,根據定向井的井眼軌跡特性知,抽油桿在做旋轉運動的過程中處于縱橫彎曲狀態,這使桿柱更加容易發生磨損和斷脫。為避免或減緩這種現象,2005年,從理論上探索定向井螺桿泵采油的可行性,分析了延長桿柱工作壽命的技術措施,并提出了扶正器的合理布置。2006年為此建立了定向井螺桿泵抽油桿柱力學模型,利用ANSYS有限元軟件對其進行了瞬態動力學分析,提出了扶正器和導向器合理布置方案。現場試驗結果表明,使用該項技術前、后螺桿泵井的平均免修期得到明顯延長,能夠滿足油井生產需要。在地面驅動螺桿泵下入穩斜段的定向井相關研究中,不可避免更要重視抽油桿柱的力學分析,由于抽油桿柱要通過定向井的造斜段,在設計過程中會應用到導向器、萬向節等裝置,在研究中可以參考定向井鉆井鉆進過程中鉆桿的力學分析。2009年,提出了用全井鉆柱系統動力學模型來研究水平井鉆柱動力學。

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