井下抽油泵柱塞与泵筒运动规律的研究

用三元振动模型，综合考虑油柱、抽油杆柱和油管柱的振动，建立起数学模型并离散化，然后用微机编程求解微分方程组。对不同工况下的抽油泵运动规律和抽油机示功图进行分析研究，得出了油管应予锚定的结论，并给出了不同抽油机的适用范围，为进一步研究抽油泵的井下工作机理和故障原因打下了基础。     

液压抽油机动态特性分析

应用机械振动理论,对液压抽油机的动态特性进行了分析。结果表明,液压抽油机在准匀速悬点运动条件下,抽油泵的运动由两部分组成一是随悬点一起的刚体运动,二是由于悬点支撑位移激发的振动响应,其振动频率为系统的固有频率。适当调整系统参数,抽油泵将出现超冲程现象,这对于提高采油效率将是有益的。在准匀速悬点位移作用下,将引起抽油杆柱的振动,导致杆柱中的动应力。杆柱中的最大振动位移随深度增加量值逐渐增大,最大动应力随深度增加而逐渐减小。最大动应力随深度不是线性变化的,而是为二次函数关系。     

不同抽油机井系统效率计算模型研究与节能效果

为降低油井生产能耗和提高系统效率,油田应用了多种新型节能抽油机,但缺乏节能抽油机特性与节能效果及其选型理论的研究。为此,基于常规游梁式抽油机、异相型抽油机、调径变矩抽油机、异型抽油机和皮带式抽油机的工作动态特性,建立了不同抽油机的油井地面效率计算模型,并运用抽油杆柱纵向振动的一维有阻尼波动方程,以悬点运动规律和井下泵的受力状况为边界条件,建立了抽油机井地面功图与泵功图的计算模型;井下举升效率和系统效率计算模型。研究不同抽油机井的系统效率和节电率,分析了不同井液黏度和不同下泵深度对抽油机井系统效率的影响。结果表明,与常规游梁式抽油机相比较,其它四种抽油机都能达到提高系统效率和节电节能的目的,其中皮带式抽油机的系统效率为最高,相对于常规游梁式抽油机井提高9.06%,节电率为22.36%;随着井液黏度的增大,油井生产系统效率均降低,皮带式抽油机井的下降幅度较小,适合于稠油井的应用;抽油机井存在油井生产系统效率最高的合理下泵深度(或合理沉没度)。     

新国标游梁式抽油机—抽油泵装置的图表选择法

介绍了新国标游梁式抽油机－抽油泵装置的图表选择法的理论依据和实际用法，并对新国标中存在的问题进行了初步讨论，得出的结论对于目前油田上大量使用的抽油机的设计，制造，使用和管理等方面质量的提高，以及今后抽油机系列标准的修订有一定的参考价值。     

采用玻璃钢—钢混合杆柱的抽油系统设计

讨论了玻璃钢—钢混合轩抽油系统的杆柱设计、影响杆柱设计的因素以及在抽油泵与抽油机选择时应考虑的问题.     

新国标游梁式抽油机－抽油泵装置的图表选择法

介绍了新国标（ＧＢ１１６４９－８９）游梁式抽油机－抽油泵装置的图表选择法的理论依据和实际用法。并对新国标中存在的问题进行了初步讨论；得出的结论对于目前油田上大量使用的抽油机的设计、制造、使用和管理等方面质量的提高，以及今后抽油机系列标准的修订有一定的参考价值。     

液压振动泵的理论分析与设计参数的确定

目前,延长油矿使用的采油机械基奉上是游梁式抽油机,在油田特定的生产条件下,此种设备的泵效和利用率均较低,一次性投资大,管理维修十分困难,远不能适应油田快速发展的需要,为此,经过近10年来的不断探索研究,液压振动泵这一适应油田发展需要的新型采油设备得到了不断地改进和完善,并完成了设计.液压振动泵是一种利用油管内不可压缩的液体柱传递地面设备的动力,使井下泵体内的柱塞和支承弹簧维持不断地振动,从而把井中的原油或水提升到地面的无杆抽油装置.由于该装置固有的特点,因而其体积小,重量轻,优于同级有杆抽油机系统,很适合油田的需要.本文根据振动原理,详细介绍了该装置的组成和理论分析,所得公式为该装置设计参数的确定提供了理论依据.     

注重功率平衡提高抽油井系统效率

有杆泵采油占我国油井的80%,由于与抽油机联合工作的井下抽油泵载荷交替变化造成地面系统工作不平稳,加剧了动力系统的无功消耗,导致抽油系统的低效率运行,造成了巨大的能源浪费。通过抽油机电机的输入功率等电参数、油井示功图、油井生产参数的测试、录取和系统效率计算工作,对测试数据进行系统的节点分析,确定了造成抽油机系统效率低的因素,提高抽油机系统效率的目的。     

井下抽油泵吸入口附近腐蚀模拟试验装置研制

 油田井下抽油泵吸入口附近套管腐蚀穿孔现象比较普遍,严重影响油田的稳产。为研究其腐蚀机制,自行设计和制造了一种井下抽油泵吸入口附近动态腐蚀模拟试验装置。该装置采用单柱塞泵和与现场一致的油套管柱结构,真实模拟了抽油泵间歇性的生产方式以及泵吸入口附近流体的流动状态,实现了不同温度、CO₂分压、流速等条件下腐蚀速率的测定及腐蚀行为的研究,可为套管选材提供参考。试验结果表明,抽油泵吸入口附近腐蚀介质的流速流态是造成该处套漏的主控因素,并以CO₂局部腐蚀为主,与现场套损状况一致。     

定向井有杆抽油泵系统诊断模型的建立

考虑井眼轨迹的井斜角、方位角、油液等对杆柱抽汲运动的影响,从定向井的多级混合杆抽油杆柱上选取微元体,对该微元体做动力学分析.建立反映抽油杆柱动态变化的波动方程,作为有杆抽油泵系统故障诊断的初始动力学模型.对整个杆柱采用变步长取样和多级杆柱的分界面处特殊处理,利用有限差分法求解偏微分方程,得到杆柱上分界面处和均质段任意位置处的位移表达式.确定初始条件和边界条件,经差分和迭代计算获得抽油泵柱塞位移表达式和载荷表达式,完成最终的建模.以油田提供的4口油井的相关数据为例,代入诊断模型得到了泵功图并对其进行故障诊断.结果表明:定向井有杆抽油泵系统诊断模型的建模方法是正确可行的,数学模型应用可靠,能够支持基于知识和基于数据分析的故障诊断方法.     

曹妃甸油田浅层大位移井管柱作业极限分析与优化设计

在浅层大位移钻井中,井下管柱上产生高摩阻扭矩,管柱作业极限问题突出,急需开展大位移井管柱作业极限分析与优化设计的研究。基于管柱平衡微分方程,综合考虑接触力、摩阻力、管柱内外钻井液等因素影响,建立管柱摩阻扭矩计算模型;以井眼延伸长度为目标,考虑地面和井下各种约束因素的影响,建立管柱作业极限的预测模型。针对曹妃甸油田一口浅层大位移井,计算不同工况下管柱摩阻扭矩,预测管柱作业极限,并提出优化设计方案。结果表明,采用滑动钻进技术无法达到设计井深,采用旋转钻进技术可达到设计井深,但存在一定的风险。提升钻机性能后,采用旋转钻进技术可安全达到设计井深;优化井身结构后,采用滑动钻进技术并辅以减摩措施可达到设计井深。     

高产气井油管柱双重非线性流致振动模型研究

针对高产气井流体流动诱发油管柱振动引起的破坏问题,采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立油管柱纵横向耦合非线性流致振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,建立油套管非线性接触碰撞模型,并将其引入流致振动模型中,得到高产气井油管柱双重非线性流致振动模型.采用有限元法和Newmark-β法求解油管柱的双重非线性流致振动模型,...     

井下叶栅偏心块质量优化技术研究

井下叶栅转动使得套管串产生偏心公转振动,套管偏心公转改变了井内环空流体的运动状态,使井内流体产生周向流动实现紊流顶替,改善了窄边顶替效率和固井质量。建立了偏心叶栅作用下井下套管串偏心公转振幅计算模型,分析了不同公转振幅条件下环空流体的旋流速度,在此基础上根据偏心块质量与套管公转振幅之间的关系,对不同井深处实现环空紊流顶替的偏心块质量进行了优化,从而为不同井深处井下偏心叶栅结构的优化设计提供必要的依据。     

复杂力学环境中完井管柱屈曲行为及其防控措施

复杂力学环境中完井管柱由于处于超高温、高压的环境下,容易发生管柱屈曲,大大影响了管柱的服役寿命.基于弹塑性力学理论建立了实际井况下油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并在此基础上分析了复杂力学工况下管柱的屈曲形态、横向位移等,再针对加扶正器、优化产量以及伸缩管的设计等缓解管柱屈曲措施对管柱屈曲行为的影响程度开展了研究.结果 发现:在苛刻工况下,油管柱底部易发生较为复杂的屈曲,从井深5 500 ～7 300 m井段的油管柱产生了螺旋屈曲的构型,整段屈曲段长达2 400 m;本文工况下,伸缩短节数达到6个后,全井段油管柱的屈曲段长度和管柱弯曲应力的减小速率大幅降低,伸缩短节的个数对管柱屈曲及弯曲应力影响大幅减弱.对于复杂环境下气井工况而言,控制产量对管柱屈曲行为改善最为明显,其次为扶正器设计,为提高油管柱寿命及气井完整性提供了技术支撑.     

微小井眼电机驱动连续管牵引器系统结构设计

微小井眼连续油管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,在中国应用前景广泛;但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。针对国内外牵引器的研究现状,设计了一种微小井眼井下电机驱动的CT牵引器,该牵引器主要包括上牵引器系统、六方中心滑管、下牵引器系统,直接利用四个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT进行顺利下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体,可适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好、牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下能延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

注CO2采油井油管柱腐蚀速率预测

针对注CO₂采油井生产中油管柱存在的腐蚀现象，开展了注CO₂采油井不同阶段的油管腐蚀规律研究。对油管柱CO₂腐蚀进展进行了概述，基于动力学原理与金属的电化学腐蚀理论，考虑油气生产过程的产液量、含水率、井口温度、生产压差、流体流速等因素，得到油管内温度压力分布，研究了CO₂采油井油管腐蚀速率预测方法。对实例井的油管柱腐蚀速率做出了预测，并开展主控因素下油管柱腐蚀速率随时间、井深的变化规律研究。结果表明，在整个吞吐周期中，油管腐蚀主要发生在生产阶段。腐蚀情况预测结果与现场实测腐蚀情况吻合较好。     

旋转级次抽油杆柱动力学模型及其差分方程

建立了直井中用于驱动井下螺杆泵的旋转级次抽油杆柱扭转动力学分析模型 ,推导出了该模型的一种有限差分方程 ,并给出了方程的收敛条件 .模型中利用了级次抽油杆柱联结处扭矩及转角连续条件和转角的泰勒级数展开式 ,使该差分方程适合于级次抽油杆柱组合的情况 .这种模型及其差分方程配以一定的定解条件后 ,不仅可用于地面驱动螺杆泵抽油系统的杆柱组合优化设计、行为预测 ,也可用于该系统的工况诊断以及杆柱强度校核     

轴向压力对螺旋屈曲管柱强度安全性影响分析

为校核螺旋屈曲管柱的强度安全性,基于弹簧理论与第四强度理论,推导出螺旋屈曲状态下管柱内、外侧相当应力的计算公式,并以油田常用规格油套管为例,探讨了轴向压力对管柱内、外侧最大相当应力的影响。算例结果表明,螺旋屈曲管柱内侧最大相当应力恒大于外侧;管柱内、外侧最大相当应力随轴向压力的增大而增大。轴向压力由200KN增大至800KN时,管柱内、外侧最大相当应力分别增大170%和413.8%。研究弥补了传统管柱力学分析的不足,提供了螺旋屈曲管柱安全性研究新方法,同时也可为现场安全施工提供参考。     

利用气液旋流提高抽油泵泵效的实验研究

为解决大庆外围部分区块油井井下气液分离问题和抽油泵的泵效,提高整个油井系统的工作效率,利用室内模拟抽油机井实验装置,模拟采油八厂芳48区块抽油机井系统的井底流动状态,并以水和空气作为流动介质,用优选出的螺旋气锚与现场采油抽油泵进行组合,设计出泵外和泵下两种防气装置,在不同冲次、不同排量、气液比为20 m3/t～8000 m3/t条件下,对两种工艺设计的气液分离效果进行比较。防气装置设计中将进液孔同时作为分离气的排气孔,在泵外防气装置衬管环空顶部产生“气帽”效应,抑制气体进入防气装置,有效提高旋流分离的分气效率,实验结果表明安装泵外防气装置的泵效要明显优于安装泵下防气装置的泵效,为现场应用提供了可靠的依据。     

陇东地区煤层气井油管柱腐蚀机理研究

煤层气井油管柱腐蚀导致的管柱穿孔和频繁卡泵是制约陇东地区煤层气资源开发的关键因素，确定煤层气井油管腐蚀形貌特征与产物成分，查明其腐蚀机制对于气井管材选型、防护措施改进意义重大。利用扫描电镜（SEM）及二次电子图像（SE）、背散射图像（BSE）对油管柱腐蚀产物膜形貌进行微观表征，采用能谱分析（EDS）标定腐蚀产物元素类型及含量，并通过X射线衍射分析了腐蚀产物的矿相，在此基础上提出本区煤层气井油管腐蚀机理及防护措施：本区煤层气井N80油管钢在高矿化度Cl^-、HCO₃^-地层水环境发生强烈CO₂腐蚀作用，形成多层结构腐蚀产物（FeCO₃）膜，由于腐蚀产物膜与金属基体结合强度低，在井筒流动介质冲刷下易发生剥离，且腐蚀产物膜疏松多孔致密性差，Cl^-易穿过产物膜接触金属基体，形成自催化腐蚀电偶，加速局部阳极溶解，生成大量点蚀坑，加剧了腐蚀穿孔伤害程度。选择含3% Cr油管材、加缓蚀剂（原油）与射孔完井是实现本区煤层气井油管柱整体腐蚀防护的可行措施。