直井抽油机举升杆管接触偏磨分析

摘要

杆管柱偏磨问题一直是油田工程技术人员研究的重点问题，目前普遍认为抽油杆柱在油管柱内失稳屈曲是偏磨的根本原因，由杆管偏磨造成的抽油杆磨断、抽油管泄露等问题给油田生产造成的经济损失巨大。一方面，杆管偏磨增加了检泵作业次数，另一方面也减少了油井产量。本文在建立抽油杆柱环境载荷仿真模型的基础上，基于有限元理论进一步研究了抽油杆柱屈曲变形问题。以Visual Basic和ANSYS的接口技术为支撑，开发了适宜油田使用的杆管柱接触状态仿真计算软件。本文的研究成果为进一步研究铅垂抽油机井杆管磨损奠定了基础，具有实际意义。
　　本文综合考虑了抽油杆柱的轴向分布力、惯性力、抽油杆柱浮力、抽油杆柱与井液之间的摩擦力、泵端集中载荷及接箍处集中力的综合影响，分别建立了抽油机井环境载荷仿真模型和井下抽油杆柱力学模型。
　　基于稳定性理论研究，建立了压杆屈曲模型；基于有限变形理论，分别建立了抽油杆柱几何非线性方程和接触非线性方程，并给出了边界条件方程；以三维空间梁单元为技术依托，综合考虑了结构刚度和几何刚度对单元矩阵的影响，建立了基于ANSYS的抽油杆柱屈曲临界载荷仿真模型，分别采用特征值法和非线性方法针对均布力作用下的抽油杆柱屈曲临界载荷和屈曲模态进行求解。
　　以理想条件下的抽油杆柱的屈曲构型为基础，建立了均布力作用下的抽油杆柱螺旋屈曲仿真模型，并基于有限元方法建立了杆管接触状态仿真模型和抽油杆柱瞬态动力学仿真模型，给出了不同条件下的抽油杆柱接触状态分布、接触压力分布的模拟结果。
　　基于Visual Basic6.0和APDL语言编制了杆管柱接触状态仿真分析软件，参数化的建模方式、批处理方式可以高效快捷的模拟计算油田杆管柱接触问题。能够实现杆管偏磨临界轴向压力计算、杆管接触压力计算及杆管偏磨区域分析。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 杆管偏磨分析力学模型及临界载荷解析解

2.1 杆管偏磨分析力学模型及环境载荷分析

2.2 抽油杆柱中位点计算模型

2.3 抽油杆柱屈曲临界载荷数学模型

2.4 抽油杆柱临界载荷数学模型计算

2.5 本章小结

第3章 抽油杆柱屈曲临界载荷有限元分析

3.1抽油杆柱有限元模型的建立

3.2 抽油杆柱屈曲临界载荷仿真模型

3.3 抽油杆柱屈曲临界载荷分析

3.4 本章小结

第4章 抽油杆柱屈曲后杆管接触压力与偏磨区域分析

4.1 抽油杆螺旋屈曲分析

4.2 抽油杆-油管柱有限元模型的建立

4.3 杆管柱接触状态仿真计算

4.4 本章小结

第5章 抽油杆柱瞬态动力学分析

5.1 瞬态动力学仿真模型

5.2 瞬态动力学仿真模型的计算

5.3 本章小结

第6章 杆管接触状态仿真分析软件开发

6.1 开发语言简介

6.2 软件接口编程

6.3 软件设计

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢