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哈拉哈塘油田超深井抽油杆柱设计优化研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 抽油杆柱优化设计的国内外研究现状

1.2.2 抽油杆柱失效主要原因的国内外研究现状

1.2.3 抽油杆柱力学分析的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究工作

第二章 井下抽油杆柱载荷分析

2.1 抽油杆柱力学特性分析

2.2 抽油杆柱的设计目的、准则及方法分析

2.2.1 抽油杆柱的设计目的

2.2.2 抽油杆柱设计准则

2.2.3 抽油杆柱设计方法

2.3 基于MATLAB技术的抽油杆柱组合优化

第三章 压扭组合作用下垂直井眼中抽油杆柱屈曲分析

3.1 垂直井眼中抽油杆柱弯曲变形的几何描述

3.2 垂直井眼中抽油杆柱微元体受力分析

3.3 垂直井眼中抽油杆柱受力与变形的物理关系

3.4 垂直井眼中抽油杆柱变形的位移

3.5 垂直井眼中抽油杆柱变形能及外力功

3.6 基于变分法的垂直井眼中抽油杆柱屈曲变形方程的建立

3.7 垂直井眼中抽油杆柱屈曲临界载荷的确定

3.8 本章小结

第四章 三维实际井眼中抽油杆柱的稳定性分析

4.1 三维实际弯曲井眼中抽油杆柱屈曲变形微分方程的建立

4.1.1 三维弯曲井眼的几何描述

4.1.2 弯曲井眼中抽油杆柱的几何关系

4.1.3 抽油杆柱微元体的受力分析

4.1.4 抽油杆柱静力平衡方程

4.1.5 抽油杆柱物理万程及变形微分万程的推导

4.1.6 抽油杆柱变形微分方程的无因次化

4.2 三维弯曲井眼中抽油杆柱的能量分析

4.2.1 变形对抽油杆柱位移的影响

4.2.2 抽油杆柱中的能量和功

4.2.3 抽油杆柱变形微分方程的推导

4.3 抽油杆柱变形微分方程的求解

4.3.1 抽油杆柱正弦屈曲变形及其临界载荷

4.3.2 抽油杆柱螺旋屈曲变形及其临界载荷

4.4 本章小结

第五章 哈拉哈塘超深井抽油杆柱优化设计现场应用

5.1 概述

5.2 Φ38抽油泵最大下深及杆柱组合分析

5.2.1 不同古德曼系数下,Φ38抽油泵抽油杆柱下深及其组合强度分析

5.2.2 不同古德曼系数下,Φ38抽油泵不同抽油杆柱组合抗拉强度安全系数计算

5.2.3 不同古德曼系数下,不同抽油杆柱组合上下冲程强度分析

5.2.4 古德曼系数对抽油泵最大下深的影响分析

5.2.5 古德曼系数对空气中抽油杆上冲程抗拉安全系数的影响分析

5.3 给定下深时哈拉哈塘油田常用泵径抽油泵杆柱优化组合分析

5.3.1 不同古德曼系数下,给定下深时四种泵径抽油泵三级杆柱优化组合

5.3.2 不同古德曼系数下,给定下深时四种泵径抽油泵三级杆柱优化组合载荷分析

5.3.3 不同古德曼系数下,给定下深时四种泵径抽油泵三级杆柱优化组合强度分析

5.3.4 古德曼系数对空气中抽油杆上冲程抗拉安全系数的影响分析

5.4 哈601-18井抽油杆柱组合优化设计及强度分析

5.5 哈7-16井抽油杆柱组合优化设计及强度分析

5.5.1 抽油杆柱载荷分析

5.5.2 抽油杆柱强度分析

5.5.3 古德曼系数对空气中抽油杆上冲程抗拉安全系数的影响分析

5.6 哈13-5井抽油杆柱组合优化设计及强度分析

5.6.1 抽油杆柱组合分析

5.6.2 抽油杆柱载荷分析

5.6.3 抽油杆柱强度分析

5.6.4 古德曼系数对空气中抽油杆上冲程抗拉安全系数的影响分析

5.7 本章小结

第六章 结论及建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

塔里木油田的油气井普遍较深,特别是塔北项目部所辖的哈拉哈塘油田,油藏埋深6650~7500m,地层温度151~170℃,地层压力75~79MPa,地层流体普遍高含H2S,最高达120000ppm。该油藏在开发初期具有一定的自喷生产能力,但自喷期很短,因此中后期油田开发解决深抽问题至关重要。随着泵挂深度的加深,抽油机悬点载荷增加,扭矩成倍增加,常规游梁式抽油机已经不能满足深抽的需要。同时,泵挂加深,杆柱的负荷增加,弹性伸缩增大,井下作业负担加重,泵效降低,系统效率严重降低,抽油杆断脱率上升。因此,抽油杆的合理设计和使用不仅能有效提高抽油杆的利用效率,而且能提高深抽系统的效率及保证抽油杆工作的安全可靠。
  本文以超深井抽油杆为研究对象,考虑轴向压缩载荷、扭矩、流体压力、摩擦力,分析了井下抽油杆柱载荷、抽油机悬点载荷、各级抽油杆所受最大和最小载荷,运用能量法及变分原理建立垂直井中杆柱受压扭组合作用下的屈曲方程,分析了垂直井眼中抽油杆柱的屈曲临界载荷。并进一步考虑井眼的实际轨迹,通过抽油杆三维几何描述,建立三维平衡方程,基于能量理论分析三维弯曲井眼中下部抽油杆柱的正弦屈曲、螺旋屈曲及其临界载荷。基于等强度准则,以抽油杆质量最轻为优化目标,编制MATLAB优化程序,计算结果表明:古德曼系数的选取对抽油杆柱抗拉强度影响很大;古德曼系数越大,下深越大,但下深的增大是以“牺牲”安全系数为代价的。最后结合实际情况提出抽油杆柱优化设计步骤,并成功应用于哈拉哈塘油田。

著录项

  • 作者

    黄世财;

  • 作者单位

    西安石油大学;

  • 授予单位 西安石油大学;
  • 学科 石油与天然气工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 刘易非,李元斌;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TE933.2;
  • 关键词

    油田开采; 超深井; 抽油杆柱; 优化设计;

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