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《大庆石油学院》 2004年
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有杆抽油系统井下工况诊断方法研究

朱君  
【摘要】: 聚合物驱油技术,可明显提高原油采收率,但抽油杆柱偏磨严重,造成检泵周期下降,综合经济效益降低。如何诊断聚驱油井杆柱磨损等问题,是保证原油生产和提高油田开发经济效益的当务之急。目前油田采用的故障诊断的方法和技术是建立在波动方程和静力学理论基础上的,远远不能满足新的采油技术领域的要求。采油工程界迫切需要新的诊断方法和实验技术,研究和解决聚合物驱有杆抽油系统的井下工况新的诊断方法,以提高原油的产量,保证有杆抽油系统的安全、正常生产。本文将基础理论研究、试验研究和应用技术有机地结合起来,建立了新的诊断方法,这对完善有杆抽油系统故障诊断技术,丰富有杆抽油系统故障诊断的理论,促进相关学科发展具有一定的理论意义。 采用聚合物驱油技术,使井下的工况变得异常复杂。本文涉及到石油工程、固体力学、流体力学等多种学科,是几何非线性、接触非线性和结构动力学耦合的问题。本文通过力学分析,建立了有杆抽油系统设备的力学模型。运用动量定理和动力学原理建立了抽油杆柱在有限变形范围内的Kirchhoff平衡方程和瞬态动力学平衡方程。根据抽油杆柱的结构参数和运动条件推导了接触界面不可侵彻度量方程,并根据变分原理和更新的Lagrange格式推导了平衡方程的弱形式。采用增广Lagrange乘子法建立抽油杆柱与油管界面动量方程。确定了抽油杆柱与井液、抽油泵与井液等各部分间阻尼力与抽油杆柱运动速度的关系式。采用有限元方法,运用Newton-Raphson法、载荷增量法、增广Lagrange乘子法,Newmark法求解,编制了计算机程序,计算有杆抽油系统井下设备在多重耦合情况下的受力和变形状态。 通过受力分析和试验研究,找出了聚合物驱有杆抽油系统井下设备在井液中运动的摩擦阻力规律(抽油泵柱塞与泵筒、游动凡尔等下冲程阻力变化规律;抽油杆柱在井液中运动沿程阻力系数变化规律;抽油杆接箍与扶正器在井液中运动局部阻力系数变化规律;井液流过游动凡尔局部阻力变化规律),并根据试验结果确定诊断方法中的各项阻尼系数,为定量计算聚合物驱有杆抽油系统井下工况(特别是杆柱的磨损、断脱)奠定了基础。 建立了有杆抽油系统井下工况诊断的新方法,可以计算聚合物驱油井在有法向力作用的情况下有杆抽油系统井下抽油杆柱和油管在任意时刻和任意位置的变形状态(包括抽油杆柱轴向力及抽油杆柱与油管的接触位置、接触力和接触时间等)。这为诊断有杆抽油系统井下工况提供了新的思路,为系统的安全、可靠运行以及判断其井下设备的运行状况提供了新的依据。 为了检验诊断方法的准确性和实用性,在生产井的抽油杆柱上安装拉压传感器,测量抽油杆柱的轴向力随时间的变化曲线。将试验结果与计算结果相对比,轴向力相对误差为2.77%。同时计算了由于断脱而作业的生产井,计算结果与生产井抽油杆柱的断脱和磨损位置一致。充分证明了诊断方法的正确性。 通过计算与试验,基本认识了聚合物驱有杆抽油系统井下设备受力和变形规律,针对杆柱磨损问题,提出了相应的改进措施,实践证明适用、可行。 本文所提出的诊断方法对油田目前出现的新问题具有较强的针对性。其诊断结果和所提出的改进措施将为保证有杆抽系统正常生产、延长生产周期、提高原油产量和降低生产成本有所启迪,对提高油田开发的技术水平和经济效益具有一定的现实意义和实用价值。
【学位授予单位】:大庆石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TE93

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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9 张川;谈欢欢;刘新宇;赵杰;;瞬态径向荷载作用下圆柱壳动力屈曲的数值模拟[A];第七届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2009年
10 王全胜;吕植启;李忠平;吴涛;;端头衬垫对三铰拱稳定性的影响研究[A];第七届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2009年
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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