碳纤维抽油杆专用抽油机优化设计及仿真

摘要

随着我国碳纤维抽油杆的广泛应用，有必要进行与其相配套的专用抽油机的研发。本文提出了一种碳纤维抽油杆专用抽油机的设计方案，通过对常规抽油机进行优化设计，获得抽油机的主体优化参数，使之满足碳纤维抽油杆的使用需要。 分析常规抽油机的悬点运动规律，对其进行运动学、动力学分析；分析研究碳纤维抽油杆采油系统抽油杆柱组合的纵向振动特性，并建立其纵向振动的一维仿真模型。 通过分析碳纤维抽油杆柱系统的地面边界条件，获得杆柱地面边界条件对泵冲程的影响规律；通过对杆柱地面边界条件进行优化，得出获得最大泵冲程的最优化地面边界条件。 在常规抽油机的基础上，优化设计碳纤维抽油杆专用抽油机。建立优化模型，确定优化变量以及设计变量的约束函数，用遗传算法对常规抽油机进行优化设计。结合实例，对比分析了优化前后抽油机的参数、性能及泵行程。 常规抽油机与碳纤维抽油杆配合使用存在匹配问题，应该优先使用上、下冲程许用载荷曲线之间的图形为左低右高的抽油机。优化后的专用抽油机，适合与碳纤维抽油杆相匹配使用。 最后，本文在理论研究的基础上，用MATLAB和VB语言开发了“碳纤维抽油杆专用抽油机优化设计仿真软件”。该软件可以较为准确地获得优化后的专用抽油机的几何参数，并且可以对碳纤维抽油杆采油系统进行人工预测，对于提高碳纤维抽油杆采油系统的效率有着重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究的目的、意义和影响

1.2国内外现状及发展趋势

1.2.1碳纤维抽油杆的发展现状及趋势

1.2.2抽油机优化的现状及抽油机的发展趋势

1.2.3碳纤维抽油杆采油系统配套技术的发展趋势

1.3本文主要工作

1.4本文的来源及受助情况

第二章碳纤维抽油杆专用抽油机采油系统仿真分析

2.1碳纤维抽油杆专用抽油机采油系统的组成

2.2常规抽油机运动学分析

2.2.1悬点位移分析

2.2.2悬点速度分析

2.2.3悬点加速度分析

2.2.4悬点位移、速度和加速度计算举例

2.2.5抽油机扭矩因数

2.3常规抽油机动力学分析

2.3.1抽油机悬点载荷分析

2.3.2抽油机悬点静载荷分析

2.3.3抽油机悬点动载荷分析

2.4碳纤维抽油杆柱组合动力学分析

2.4.1碳纤维抽油杆柱组合动力学模型的建立

2.4.2收敛条件、初始条件和边界条件

2.4.3波动方程差分求解过程

2.5本章小结

第三章碳纤维抽油杆专用抽油机优化设计方案

3.1碳纤维抽油杆柱地面边界条件对泵冲程的影响

3.1.1碳纤维抽油杆超冲程分析

3.1.2改变碳纤维抽油杆柱地面边界条件对泵冲程的影响

3.2地面边界条件优化设计

3.2.1基于最大泵冲程的地面边界条件模型建立

3.2.2约束条件的确定

3.2.3速度—位移曲线的拟合

3.2.4最大泵冲程对应抽油机悬点最大速度发生位置

3.3常规抽油机悬点运动的优化目标

3.4本章小结

第四章碳纤维抽油杆专用抽油机结构参数优化设计

4.1碳纤维抽油杆专用抽油机优化设计问题简介

4.2遗传算法概述

4.2.1遗传算法的发展概况

4.2.2遗传算法的原理

4.2.3遗传算法与传统算法比较

4.3遗传算法工具箱(GAOT)应用

4.3.1遗传算法工具箱(GAOT)简介

4.3.2遗传算法工具箱(GAOT)的参数设置

4.4碳纤维抽油杆专用抽油机主要结构参数的优化设计

4.4.1建立碳纤维抽油杆专用抽油机优化设计模型

4.4.2确定约束条件

4.4.3遗传算法工具箱(GAOT)优化计算

4.5优化结果

4.6新参数抽油机性能评价

4.6.1几何参数对比分析

4.6.2运动参数对比分析

4.6.3动力性能参数对比分析

4.6.4泵冲程对比分析

4.7本章小结

第五章碳纤维抽油杆与抽油机的匹配性分析

5.1碳纤维抽油杆与常规抽油机匹配性问题简介

5.2抽油机的许用载荷分析

5.2碳纤维抽油杆采油系统地面功图

5.3影响碳纤维抽油杆与抽油机匹配的主要因素

5.3.1计算参数

5.3.2计算结果

5.3.3计算结果分析比较

5.3.4匹配性能好的抽油机型号

5.4碳纤维抽油杆与专用抽油机匹配性分析

5.5本章小结

第六章碳纤维抽油杆专用抽油机优化设计仿真软件开发

6.1软件概述

6.2软件设计方案

6.3软件简介

6.4本章小结

第七章结论

致谢

参考文献

附录