抽油杆柱的动态特性及其应用技术研究

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随着油田开发工作的进展,我国大部分油田都已进入开发后期,油井普遍都具有较高的含水量,我国石油资源并不丰富,但是石油的消耗却在不断地增长,导致石油缺口越来越严重。因此,必须加大提升井液的能力,提高采油的效率。经研究分析发现,抽油杆柱上所受液柱载荷引起抽油杆柱的弹性变形以及各种动载荷所引起的抽油泵的冲程损失是导致有杆泵抽油系统效率低下的一个重要原因。针对这一问题,本文建立抽油杆柱的动力学模型和仿真模型,对抽油杆柱的动态特性进行仿真分析,同时利用其动态特性指导有杆泵抽油系统的参数优化设计,达到提高原油开采效率、节能的目的。论文取得的具体成果如下:   (1)将抽油杆柱离散成质量、弹簧、阻尼结构的系统,建立了抽油杆柱的动力学模型,运用牛顿运动定律,建立抽油杆柱的振动微分方程,将振动微方程转变为状态方程,在Simulink中建立抽油杆柱数学仿真模型。利用机械系统动态仿真软件ADAMS中拉压弹簧阻尼器和质量块相连接建立抽油杆柱的ADAMS仿真模型。   (2)利用数学仿真模型和ADAMS仿真模型对抽油杆柱的动态特性进行仿真分析。分析抽油杆柱刚度和阻尼变化时,泵冲程的变化规律。阻尼不变时,泵冲程总的趋势是随刚度的减小而减小,但中间会出现一个使泵冲程突然增大的共振区域;当刚度不变时,阻尼系数的改变将会改变系统振动的幅值,且幅值随阻尼系数的增大而减小。   (3)对有杆抽油系统的优化方法进行分析,提出了利用抽油杆柱的动态振动特性,即在其他参数基本不变的情况下,可通过设计一种减小抽油杆柱刚度的结构,使抽油泵的位移增大,实现泵的超冲程,达到提高油井产量,提高原油开采效率的目的。
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