新型碳纤维连续抽油杆杆柱系统优化设计与故障诊断理论及应用

摘要

本文首先分析、研究了新型碳纤维抽油杆杆柱系统的组成、研究现状及特点，而后结合斜井井眼轨迹在空间上的变化特点，分析斜井井下抽油杆柱的动态受力和变形，建立了描述斜井井下碳纤维抽油杆杆柱系统动力学行为的非线性二阶偏微分方程，并据此分别提出新型碳纤维抽油杆杆柱系统优化设计与故障诊断数学模型。 在优化设计方面，首先选择适合的抽油机、抽油杆和抽油泵类型，确定其基本工作参数。在此基础上，以泵超行程百分比为优化设计目标，根据系统优化设计数学模型，结合采油系统的定解条件，采用有限差分法，对数学模型中的核心问题——波动方程进行求解，从而得到各级杆柱的长度、截面尺寸，并预测出系统的地面和泵示功图。 在故障诊断方面，首先根据所建立的数学模型，结合实际工况对应的定解条件，将采集到的地面功图转为井下泵功图。运用模式识别技术，提取泵功图的灰度统计特征参数，利用距离类分类器或费歇分类器，根据所建立的样本库，判别故障类型。 最后本文在理论研究的基础上，用Ⅶ语言开发了新型碳纤维抽油杆杆柱系统优化设计软件。通过软件计算表明：本文建立的新型碳纤维抽油杆杆柱系统优化设计与故障诊断数学模型是正确的，其研究成果能够成功应用在油田开发中。

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碳纤维连续抽油杆的发展现状及趋势

1.2.2杆柱系统优化设计及故障诊断技术的发展趋势

1.2.3碳纤维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

第二章新型碳纤维连续抽油杆采油系统概述

2.1新型碳纤维连续抽油杆的特点

2.1.1常规钢质抽油杆的缺点

2.1.2连续抽油杆的特点

2.1.3新型碳纤维连续抽油杆介绍

2.2新型碳纤维连续杆采油系统的构成

2.3碳杆现场应用暴露出的主要问题及其对策

第三章新型碳纤维连续抽油杆杆柱系统动力学模型的建立

3.1井眼轨迹的数值模拟

3.1.1井眼轨迹描述参数

3.1.2轨迹基本参数连续计算的数学模型

3.1.3基于MATLAB的轨迹基本参数连续计算

3.1.4井眼轨迹数值模拟结论

3.2新型碳纤维连续抽油杆杆柱组合动力学模型的建立

3.2.1微分方程的建立

3.2.2边界条件

3.2.3初始条件

第四章新型碳纤维连续抽油杆杆柱系统优化设计

4.1有杆采油系统优化设计技术的发展

4.1.1优化设计的内容、步骤及其原则

4.1.2优化设计计算方法

4.2杆柱系统动力学模型的有限差分解法

4.2.1波动方程的差分形式

4.2.2边界条件的差分形式

4.2.3泵阀开关时间的模拟

4.2.4杆单元步长△s与时间步长△t的优选

4.2.5波动方程差分求解过程

4.3碳杆采油系统中加重杆配置分析

4.3.1加重杆配置的意义

4.3.2加重杆配置计算模型的建立

4.3.3基于穷举法的加重杆配置计算

4.3.4加重杆配置的敏感参数分析

4.3.5加重杆配置问题的规划求解

4.3.6加重杆配置对主要工况参数的影响分析

4.4阻尼对碳杆采油系统工况的主要影响

4.5杆柱组合的优化设计

4.5.1碳杆采油系统泵柱塞超行程分析

4.5.2采油系统抽汲参数的优选

4.5.3基于泵超行程优化碳杆杆柱系统

第五章新型碳纤维连续抽油杆杆柱系统的故障诊断

5.1有杆采油系统故障诊断技术的发展

5.2基于模式识别的泵示功图故障诊断法

5.2.1原始数据的预处理

5.2.2泵功图的特征提取

5.2.3分类器的设计

5.2.4泵功图诊断法的诊断内容

5.2.5影响泵功图诊断法精度的主要参数

5.3杆柱系统动力学模型的有限差分解法

5.3.1波动方程的差分形式

5.3.2边界条件的差分形式

5.3.3波动方程差分求解过程

5.3.4波动方程差分求解收敛条件

5.4地面示功图数据采集硬件系统

5.4.1系统硬件模块

5.4.2系统硬件模块安装布局

5.5抽油井故障诊断技术应用实例

5.5.1泵功图量油技术的研究背景

5.5.2泵功图量油技术的理论依据

5.5.3凡尔开闭点位置的计算方法与数学模型

5.5.4油井实例计算及分析

5.5.5研究结论

第六章碳纤维连续杆杆柱系统优化设计软件应用

6.1软件概述

6.2软件设计方案

6.2.1面向对象的程序设计(OOP)

6.2.2软件结构设计

6.3软件使用手册

6.4软件实例计算

第七章结论

致谢

参考文献

附录