基于气液分离的泵内压力与抽油杆柱纵向振动耦合仿真

对抽油杆柱纵向振动的仿真建模是实现抽油机井系统效率仿真与抽汲参数优化设计的基础。针对目前抽油杆柱纵向振动仿真模型均未考虑泵内气液分离对杆柱纵向振动底部边界条件的影响这一实际情况,考虑泵内流体气液分离现象,基于连续流方程建立了泵内压力的仿真模型,改进了杆柱纵向振动的底部边界条件,进而建立了泵内压力与抽油杆柱纵向振动耦合的仿真模型。采用空间离散—时间连续与四阶龙格库塔的混合算法对仿真模型进行求解,实现了对抽油杆柱纵向振动的仿真计算。将仿真示功图与实测示功图进行对比验证了仿真模型的精度。对比仿真结果发现,泵内流体气液分离显著影响抽油杆柱的纵向振动：(1)考虑气液分离现象后,悬点、柱塞的加载与卸载速度更快,杆柱的纵向振动更明显。(2)油井冲数越高、泵径越大,气液分离对杆柱纵向振动的影响越明显;油井沉没度越高、含水率越低、生产气油比越大,气液分离对杆柱纵向振动的影响越明显。研究结果可进一步提高抽油机井系统效率仿真模型的精度。     

碳纤维杆抽油系统节能效果与机理的仿真研究

针对碳纤维杆抽油系统节能机理缺乏深入研究的现状,建立了碳纤维杆抽油系统能效仿真模型,形成仿真评价方法,应用开发的软件系统对实际油井示功图与系统输入功率进行仿真,并将仿真结果与实际测试结果进行对比,对碳纤维杆抽油系统的节能效果进行了研究,分析了该系统的节能机理。研究结果表明:在相同工况或产量条件下,与钢质杆抽油系统比较,碳纤维杆抽油系统能显著降低悬点最大载荷、曲柄轴最大扭矩、曲柄轴均方根扭矩与电动机最大输入功率;系统节电效果显著,电动机有功节电达20%以上;可以显著降低曲柄摇杆机构各传动副的约束反力、摩擦力与摩擦功率损失,提高了换向机构效率与地面效率;碳纤维抽油杆直径有所减小,降低了抽油杆柱的水力阻力与摩擦功率损失,提高了抽油杆柱的效率与井下生产效率。研究结论可以为提高碳纤维抽油杆柱的生产效率提供理论指导。     

提高抽油机井系统效率的计算机仿真分析

应用系统动态参数的计算机仿真方法,对抽油机井悬点示功图、曲柄轴扭矩、电动机输入功率、排量系数、有效功率等动态参数的仿真计算方法进行了改进,建立了系统效率仿真分析的数学模型.根据油井产能协调关系,建立了油井抽汲参数调整后的系统效率仿真模型,开发了抽油机井系统效率仿真分析的计算机软件.通过大量仿真计算,总结出了一套提高抽油机井系统效率的有效途径.     

定向井有杆抽油系统扶正器可视化设置及仿真

合理设置定向井抽油杆柱的扶正器,可有效降低杆柱摩擦,延长检泵周期,提高系统效率和抽油杆寿命。首先解决了测井录入方位角不连续问题,采用三次样条插值对连续化后的井眼数据进行计算机模拟,生成定向井抽油杆柱空间轴线;开发了可视的扶正器设置和系统仿真软件,通过文件读取或键盘与鼠标输入(均匀分布输入、井深数据输入以及鼠标点击输入)等方法设置各类扶正器;采用摩擦力等效原则,运用等效摩擦系数计入扶正器对组合抽油杆柱的影响;经过对等效有杆抽油杆柱系统动态仿真,得到抽油杆柱摩擦力分布和摩擦耗能等特性参数,运用这些数据可以对扶正器设置进行评价并进一步改进设置方案,实现定向井有杆抽油系统扶正器可视化优化设置。     

抽油机变频调速智能控制技术研究

地面电动机功率损耗及井下泵效较低是引起机采井系统效率低下的主要原因。利用抽油机变频调速智能控制技术改造常规有杆泵抽油机,改变其原有工作制度,无级调节抽油机冲次及上、下冲程的速度比,优化抽汲参数,是提高机采井系统效率的有效途径。试验证明,抽油机智能控制技术从地面效率和井下效率上均可提高机采井抽油系统效率。利用变频调速控制技术结合地面设备再优化井下抽油杆柱和抽油泵配置,优化泵的抽汲参数,确定最佳的举升工艺,同时提高抽油机井现场管理水平,则可以最大限度地提高有杆抽油系统效率。     

抽油机井区块整体节能参数仿真优化方法

应用多相流理论计算了抽油泵的沉没压力和排出压力,改进了抽油杆柱轴向振动底部边界条件的仿真模型,完善了抽油机井有效功率、电动机输入功率与抽油系统效率的仿真模型。以抽油系统输入功率最低为优化设计的目标函数,优化了单井不同产量条件下的最佳抽汲参数及所对应的最低输入功率,建立了单井最低输入功率与产量之间的回归模型。以该模型为基础,将单井产量作为优化设计变量,考虑区块整体的原油计划产量约束,建立了以区块整体输入功率最低为目标的区块整体优化设计模型。综合单井与区块整体的优化设计结果,优选出整体区块内各个单井的最佳产量以及所对应的最佳抽汲参数。计算实例表明,与单井优化设计结果比较,利用区块整体优化方法可以进一步降低区块整体的总耗电量。实际算例表明,采用区块整体优化抽油系统的方法,输入功率可以减少16.7%。     

预测抽油井地面示功图的简便方法

在假设抽油机悬点载荷主要受抽油杆柱和液柱的重力、惯性力、摩擦力及井口回压和沉没度等影响的前提下，利用经典的简化计算公式，对上、下冲程开始阶段由于部分载荷在抽油杆柱和管柱间交替转移而引起的抽油杆柱和管柱伸缩过程中的悬点载荷送行线性加权处理，提出了一种可为抽油机动力分析提供较高精度的地面示功图的简便方法。该方法既能全面反映悬点载荷变化规律，运算工作量又小，对抽油机动力参数优化设计和抽油机选型优化设计均具有实用价值。     

定向井有杆抽油系统动态参数预测模型求解新方法

基于定向井抽油杆柱微元体受力分析,综合考虑井眼轨迹、抽油杆柱结构和井下摩擦力,建立了定向井有杆抽油系统工况预测数学模型,给出了预测模型的上下边界条件、初始条件、连续性条件与数学模型隐式差分格式。实例计算表明,这种基于隐式差分解的数学模型能够准确预测定向井有杆抽油系统动态参数。     

定向井抽油杆柱横向振动仿真模型及扶正器布点优化

将定向井抽油杆柱在井筒内横向振动的力学模型简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在井筒约束条件下的横向振动模型。在模型中考虑了交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,并提出了弯曲井筒是轴向运动抽油杆柱横向振动的一项主要激励。综合考虑弯曲井筒对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述井筒对抽油杆柱横向振动的约束,并基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在井筒约束条件下横向振动仿真的数学模型。基于定向井抽油杆柱横向振动仿真模型,建立了扶正器布点优化的数学模型。采用龙格库塔法实现了定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算;通过循环迭代方法实现了扶正器的布点优化。研究结果表明：⑥仿真结果与油田实际情况相符,验证了模型的适用性;②杆管偏磨的危险点为井眼的造斜段与杆柱受压段。井眼造斜段杆管接触力较大,杆柱受压段杆管碰撞剧烈;③优化扶正器配置后,杆体、接箍不与油管接触,扶正器的最大杆管接触力均在许用接触应力以内,保证了抽油杆柱的工作寿命。     

有杆抽油系统无级调冲次工艺研究

利用变频调速无级调冲次技术对有杆抽油系统采油工艺参数进行了综合研究及评价,结合最新研制生产的抽油机变频调速智能控制装置,分别进行了厂内台架试验及油田现场试验,从不同角度分析研究了抽油机无级调冲次工艺对抽油机平衡度、输入功率、电动机功率因数、油井日产液量、吨油耗电量以及抽油机泵效、系统效率等参数的影响。研究结果表明,在有杆抽油系统的抽油机、抽油杆、油管及抽油泵等配置保持不变的前提下,采用有杆抽油系统无级调冲次工艺可以优选抽油机最佳抽汲参数,并以此提高抽油泵泵效和系统效率,降低吨油耗电量,使有杆抽油系统的泵送能力不断与变化的井底流入条件相匹配,从而在一定程度上提高原油采收率。     

定向井有杆泵采油悬点载荷计算

把定向井有杆泵采油的抽油杆柱看成柔索,油管为其刚性轨道。通过在造斜井段建立微分方程的方法,求得造斜井段抽油杆柱上、下冲程的轴向拉力计算式,进而求得悬点载荷计算式,并进行了实例计算。     

A prediction model for a new deep-rod pumping system

The side-flow pump is presented for increasing the setting depth of sucker rod pumping system, which adopts a special structure of side-flow valve, ladder-type solid plunger and breathing hole. By transferring the load of liquid column to the tubing on the upstroke, the new pump achieves a smaller polished rod load. On the basis of in-depth study of the pump, this paper provides a brief formula of the static polished rod load. Assuming the tubing is anchored, a new one-dimensional vibration model of sucker rod pumping system is built, which takes into account the structure of the side-flow pump. Then a mathematical model is used to design the sucker rod pumping system of Well TKN-1, with a setting depth of 4716 m. The results of dynamometer analysis show that mathematical model of side-flow pumping system and its computer programs can successfully model deep rod string performance. The rod pumping system of Well TKN-1 has operated trouble-free for 8 months. The knowledge gained gives confidence for additional future applications.     

定向井有杆抽油系统诊断力学模型

根据定向井中抽油杆柱的实际工作状态,综合考虑了抽油杆柱刚度、油液粘滞阻力、村眨之间库仑摩擦力、井眼轨迹等因素的影响,从空间曲杆受力和力矩平衡原理出发,应用微元矢量分析理论,建立了定向井吸杆抽油系统诊断力学模型。     

定向水平井杆(管)柱纵向振动的数学模型

考虑井眼轨迹、杆(管)柱构成及杆(管)柱与管(井)壁的滑动摩擦力,建立了定向水平井杆(管)柱纵向振动的微分方程。分别给出有杆泵抽油系统动态参数诊断、预测,钻进过程中钻柱的纵向振动和起下杆(管)柱时杆(管)柱纵向振动的定解条件。     

水驱高含水油井杆管偏磨原因的力学分析

建立了抽油机井杆管偏磨原因力学分析的力学模型。给出了垂直油井杆管偏磨临界轴向压力的计算公式和抽油杆柱轴向分布力的模拟方法 ;推导了供液不足油井液击力的计算公式 ,改进了柱塞下行阻力的计算方法。系统分析了含水与沉没度对杆管偏磨临界轴向压力与柱塞下行阻力的影响。分析结果表明 :(1)高含水油井在低沉没度下运行会明显加剧抽油杆柱的轴向振动 ,降低杆管偏磨的临界轴向压力 ;(2 )对于高含水低沉没度运行的油井 ,若油井供液不足将使柱塞下冲程泵内产生液击 ,柱塞下行阻力会明显增加。因此 ,高含水油井在低沉没度下运行时 ,抽油杆柱轴向振动的加剧或液击都会严重恶化抽油杆柱的受力或直接导致杆管产生偏磨     

加装减载器的有杆抽油系统数值分析及应用

减载器可通过液压反馈力降低抽油机驴头悬点载荷和抽油杆应力,介绍了加装减载器的有杆抽油系统井下管柱结构。根据系统运动规律和杆柱受力情况,采用有限元法,对系统运动过程进行模拟,精确描述了整个抽油系统的动态特性,模拟结果与实际工况吻合。数值分析技术可使杆柱组合设计更合理,实现了降低悬点载荷、节约生产成本的目标。     

抽油机井油管锚定必要性分析

定量分析了抽油机井油管自由悬挂可能造成的危害：降低泵效;油管柱振动加速了油管的疲劳破坏;油管屈曲造成套管、油管、抽油杆柱之间的多重磨损。指出了在抽油机井,尤其是深井中进行油管锚定的必要性。     

装有扶正器的斜直井抽油杆柱摩阻力的理论研究

从斜直井的特点出发,推导出装有扶正器的抽油杆柱所受液体粘滞阻力及与油管摩擦力的计算公式。计算实例表明,抽油杆柱与油管的摩擦力是杆柱自重的5.01％;所受液体粘滞阻力相当于稠油竖直井的阻力。指明斜直井用抽油机除采用长冲程、低冲次外,还应具有下冲程比上冲程慢的特点。     

水驱高含水油井杆管偏磨原因的力学分析

建立了抽油机井杆管偏磨原因力学分析的力学模型。给出了铅垂油井杆管偏磨临界轴向压力的计算公式和抽油杆柱轴向分布力的模拟方法;建立了供液不足油井液击力的计算公式,改进了柱塞下行阻力的计算方法。系统分析了含水与沉没度对杆管偏磨临界轴向压力与柱塞下行阻力的影响。分析结果表明(1)高含水油井在低沉没度下运行会明显加剧抽油杆柱的轴向振动,降低杆管偏磨的临界轴向压力;(2)对于高含水低沉没度运行的油井,若油井供液不足并使柱塞下冲程泵内将产生液击,柱塞下行阻力会明显增加。因此,高含水油井在低沉没度下运行时,抽油杆柱轴向振动的加剧或液击都会严重恶化抽油杆柱的受力或直接导致杆管产生偏磨。