抽油杆柱扶正器安装间距的理论分析与可视化设计

摘要

油管和抽油杆柱之间发生偏磨是有杆抽油系统中普遍存在的现象。因此，科学合理地设计抽油杆柱扶正器的安装位置是减少抽油杆柱和油管摩擦、延长生产周期、提高系统效率和使用寿命的最有效的方法。 本文在研究垂直井抽油杆柱扶正器合理间距设计时，采用二维模型，综合考虑了井液与抽油杆柱之间的摩擦力、井液对抽油杆柱的浮力和油管内液柱作用在柱塞上、下面的液体压力差三种因素，建立了井下抽油杆柱的力学模型，推导了抽油杆柱扶正器安装间距的计算公式，讨论了每一种因素对抽油杆柱扶正器安装间距的影响。实例结果表明：抽油杆柱扶正器的安装间距随着轴向压力的减小而增大。井液与抽油杆柱之间摩擦力相对于抽油杆柱在油管内所受的轴向力来说是微小的，在实际应用中可以忽略。而井液对抽油杆柱的浮力和油管内作用在柱塞上、下面的液体压力差对轴向力和扶正器间距影响较大，实际应用中必须加以考虑。 本文还运用拟三维模型建立了水平井全井段抽油杆柱扶正器安装间距的设计方法，利用V=B6.0和MATLAB R2006a软件实现了水平井抽油杆柱扶正器的可视化设计。通过理论分析与实例结果表明：在受压井段，抽油杆柱扶正器间距随着轴向压力的不断增加而减小。而在受拉井段，抽油杆柱扶正器间距的变化规律与轴向拉力、井斜和初弯矩的数值有关。在弯曲井段，由于同时受轴向力、井斜和初弯矩的作用，抽油杆柱变形较大，此时抽油杆柱与油管磨损最严重，应在弯曲井段多设置扶正器。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1本文研究的目的和意义

1.2目前各类油井中抽油杆柱扶正器间距设计的研究成果

1.2.1直井中抽油杆柱扶正器安装间距的计算方法

1.2.2斜井中抽油杆柱扶正器安装间距的计算方法

1.2.3抽抽杆柱扶正器间距设计新思路——可视化设计

1.3论文研究工作的内容

1.4论文的创新之处

第二章垂直井抽油杆柱扶正器安装间距的理论分析

2.1下行程时抽油杆柱的受力分析

2.1.1基本假设

2.1.2下行程时抽油杆柱所受主要载荷及计算

2.2扶正器安装位置及安装间距的确定

2.2.1相邻两扶正器间抽油杆柱的失稳方程

2.2.2下行程时距泵上端x米处的轴向力S和抽油杆柱中和点的确定

2.2.3扶正器的间距计算

2.3实例计算与结果分析

2.3.1用VB6.0设计载荷计算界面

2.3.2抽油杆柱轴向压力与扶正器间距关系

2.3.3用MATLAB R2006a绘图进行数据分析

2.3.4结论

2.4本章小结

第三章水平井抽油杆柱扶正器安装间距的理论分析

3.1水平井抽油杆柱载荷计算

3.1.1抽油杆柱轴向力的计算

3.1.2抽油杆柱在y轴方向分力的计算

3.1.3抽油杆柱在x轴方向分力的计算

3.2抽油杆柱最大挠度的计算

3.3合理配置扶正器间距的设计准则

3.4实例计算与结果分析

3.4.1编程思路

3.4.2程序框图

3.4.3计算结果

3.4.4用MATLAB R2006a绘图进行数据分析

3.4.5结论

3.5本章小结

第四章水平井抽油杆柱扶正器的可视化设计

4.1用VB6.0进行水平井抽油杆柱扶正间距计算界面的可视化设计

4.2可视化井眼参数的描述

4.2.1基本参数

4.2.2坐标参数

4.2.3挠曲参数

4.3水平井井眼轨迹和抽油杆柱轴线的计算机模拟

4.3.1三次样条插值法的基本原理

4.3.2三次井斜角样条函数和三次方位角样条函数的推导

4.3.3井段上任意井深处的井斜角和方位角的计算

4.3.4井眼方位角的录入

4.4水平井井眼轨迹和安装抽油杆柱扶正器处的坐标计算

4.4.1坐标转换公式

4.4.2水平井井眼轨迹的坐标计算

4.4.3安装抽油杆柱扶正器处的坐标计算

4.5用MATLAB模拟水平井井眼轨迹和抽油杆柱扶正器可视化设计的实现

4.5.1用MATLAB R2006a模拟水平井井眼轨迹

4.5.2水平井抽油杆柱扶正器可视化设计的实现

4.6本章小结

第五章总结与建议

致谢

参考文献

附录