粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真

摘要

聚合物抽油机井抽油杆柱在粘弹性流体井筒内偏心运动时,抽油杆柱受到交变粘弹性流体法向力的作用。该文指出了交变粘弹性流体法向力是抽油杆柱横向振动的激励。考虑抽油杆柱所受粘弹性流体法向力与抽油杆柱横向振动位移的耦合关系,建立了受粘弹性流体法向力作用的抽油杆柱在油管内横向振动仿真的力学和数学模型。采用有限差分法和Newmark法实现了对抽油杆柱在油管内横向振动的仿真计算。分析了抽油杆柱在初始偏心和粘弹性流体法向力激励下的横向振动规律。仿真结果表明:抽油杆柱的任何初始偏心都会导致在全井范围内发生杆管碰撞现象;抽油杆柱下冲程杆管碰撞更为剧烈,且泵端附近碰撞力最大;由于粘弹性流体法向力的存在,杆柱与油管壁的接触碰撞更加频繁,加剧了杆管偏磨。所建立的粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真模型对于聚驱井杆管偏磨分析、扶正器的优化配置具有指导作用。