螺杆泵采油井抽油杆柱力学行为研究

螺杆泵井抽油杆振动研究目录摘要 (3)Abstrast (4)第1章前言 (5)第2章杆泵井抽油杆柱受力分析 (8)2.1螺杆泵的主要性能参数计算 (8)2.1.1单螺杆泵的理论排量 (8)2.2抽油杆柱受力分析 (8)2.2.1抽油杆受力分析模型及计算 (9)2.2.2 扭矩 (10)2.2.3弯矩 (11)2.2.4泵出口压力 (11)2.2.5 剪切力 (11)2.2.6 抽油杆应力的计算 (12)2.3螺杆泵井抽油杆柱强度计算方法 (12)2.3.1 抽油杆柱的抗扭强度 (12)2.3.2抽油杆柱的抗拉强度 (13)2.3.3组合应力作用下的杆柱强度计算 (13)2.3.4抽油杆柱允许扭转圈数的计算 (14)2.3.5螺杆泵采油井中抽油杆柱的受拉伸长计算 (14)第3章螺杆泵井抽油杆柱振动分析 (16)3.1抽油杆柱振动产生机理 (16)3.2抽油杆的纵向振动分析 (16)3.2.1纵向振动的运动方程的建立 (16)3.2.2纵向振动的运动方程的求解 (18)3．3抽油杆柱扭转振动分析 (20)3.3.1扭转振动的运动方程的建立 (20)3.3.2扭转振动的运动方程的求解 (21)3.4抽油杆柱横向振动分析 (22)3.4.1横向振动的运动方程的建立 (22)3.4.2横向振动的运动方程的求解 (24)3.5抽油杆柱共振的临界转速 (25)4章驱动杆柱动力学相关计算 (27)4.1振动引起的驱动杆疲劳断裂定量分析 (27)4.1.1 断口分析 (27)4.1.2 力学分析 (27)4.1.3 理论模型的建立 (29)4.1.4 加工工艺与使用工艺的优选 (31)第5章结论 (32)参考文献 (33)致谢 (35)摘要：地面驱动螺杆泵采油系统采用抽油杆向井下泵传递能量，抽油杆承受拉力、扭矩和弯矩，受力情况复杂。

尤其是采用大排量螺杆泵或下泵深度较深时，抽油杆强度问题是影响采油系统安全生产的主要问题，因此对螺杆泵采油系统抽油杆柱进行力学研究以及动态特性分析，完善其工作理论具有重要的理论与实际意义。

三维弯曲井眼内螺杆泵井抽油杆柱强度评价方法研
究的开题报告
题目：三维弯曲井眼内螺杆泵井抽油杆柱强度评价方法研究
研究背景：
随着石油工业的发展，油井的开发越来越深入，油井作业环境也越来越恶劣。

在这种环境下，井眼内的抽油泵和抽油杆柱受到很大的压力和摩擦，容易发生断裂和磨损。

螺杆泵是一种能适应大范围流量变化、抗气液两相互作用、耐腐蚀、耐磨损的无阀动力式泵，逐渐成为井下提升设备的主流。

然而，在井眼内使用的螺杆泵和抽油杆柱的强度问题一直困扰着工程师和科研人员。

因此，对井眼内螺杆泵和抽油杆柱的强度评价方法进行研究，将有助于提高油井的生产效率和安全性。

研究内容：
本次研究将从三维弯曲井眼内螺杆泵和抽油杆柱的磨损机理入手，结合井下环境和操作管理情况，探索适合实际工况的井眼内螺杆泵和抽油杆柱的强度评价方法，其中包括：
1. 数值模拟分析井眼内螺杆泵和抽油杆柱的受力情况，并确定影响井眼内螺杆泵和抽油杆柱强度的关键因素。

2. 在实验室条件下，开展井眼内螺杆泵和抽油杆柱的强度试验，测量井眼内螺杆泵和抽油杆柱的应力、应变和变形等参数，并分析试验结果。

3. 基于试验结果和数值模拟分析，建立井眼内螺杆泵和抽油杆柱的强度评价模型，包括强度计算模型和可靠度评估模型。

4. 验证模型的可行性和精度，并提出改进措施，最终形成一套适用于井眼内螺杆泵和抽油杆柱的强度评价方法。

研究意义：
本次研究的成果，将为井下提升设备的安全生产和高效运行提供科学依据，同时也具有一定的理论和实践意义。

在油井作业中，在选择和优化井下提升设备、设计井眼连通方案以及优化生产管理等方面，将会更为科学和精准，从而提高油田的开发效率和经济效益。

油田开发中螺杆泵采油技术的应用探究摘要：我国部分油田全面进入生产开采后期阶段后，原油开采难度继续增加。

而且我国部分油田虽然含油量相对较高，但因受到各种因素限制开采效率始终无法得到有效提升，这一点在国内部分稠油油田体现的尤为明显。

这也是制约我国石油行业快速发展的一个重要影响因素。

通过利用螺杆泵采油技术可以使该问题得到有效解决，螺杆泵技术在油田开采后期阶段以及稠油区块中的应用可以有效提升原油开发效率，也可以促进我国石油行业的快速发展。

关键词：油田开发；螺杆泵采油技术；应用0引言进行油田开发工作时，薄差、低渗透油层具有较大的开发难度。

现阶段油田含水量不断增加，产量不断减小，开采成本增加，对经济效益产生严重影响，所以需要借助科学方法保证油田稳产以及高产。

借助同步测试信息能够发现，在沉没度较低情况下，需要建立较多的抽油机井，此类油井检泵周期短、泵效低、产液量低以及运转负荷大等。

所以对合理沉没度确定与应用进行研究，对于提升螺杆泵井产量具有重要意义。

1螺杆泵采油工艺分析1.1螺杆泵工作原理以及主要工艺当前油田领域所采用的螺杆泵，多以地面驱动螺杆泵与潜油螺杆泵为主，但从实际的应用来看，地面驱动、抽油杆柱转动的单螺杆抽油泵应用相对较多，具体的应用中，在井口位置安装驱动装置，主要包含动力部分、减速器与驱动头几个部分。

以电动机作为动力装备，电动机的运行中提供了足够的动力支持，减速器在降低速度的同时带动了抽油杆的转动，利用抽油杆将石油从地下抽到地面，完成采油任务。

油田生产作业中的螺杆泵采油工艺应用中，需在现场形成螺杆泵采油系统，该系统内包含有地面与井下两个部分，地面为驱动部分，由电动机提供动力，并将此动力传递给抽油杆，抽油杆获得足够的动力后，驱动井下部分的螺杆高速旋转，将井液带到地面。

螺杆泵采油工艺的应用中，需注意以下方面：（1）依据对油田情况的掌握，做好螺杆泵型号的对比与选择，确保所采用的螺杆泵，能完全适应油井条件，保障其运行的稳定性，确保螺杆泵的采油效率。

抽油杆受力状况分析与优化策略研究摘要:建立抽油泵正常工作过程中的力学模型, 根据抽油杆的弹性伸长量, 计算了防冲距的合理取值, 从而改善了抽油泵防冲距设计中常因采用经验值而使泵效降低的问题。

结合抽油泵泵阀的开启条件, 推导了抽油泵柱塞的滞后位移, 进而得到抽油泵在一定杆管泵组合下的排量系数及防冲距对泵效的影响关系式, 为合理确定防冲距提供了依据。

关键词:抽油井；泵效影响因素；杆受力分析；配套技术；防冲距在有杆泵采油生产中, 影响抽油泵泵效的因素主要有杆管柱的伸缩、井液中的含气量、泵的充满度及漏失等。

由于余隙空间的存在, 使得泵在抽油过程中, 余隙空间被弹性能大的气体所占据, 致使上冲程时泵的固定凡尔开启滞后或根本打不开(气锁), 井液进泵数量减少甚至进不了泵, 极大地影响了抽油效率。

而且余隙越大, 余隙内残留气体越多, 则气体影响越大, 造成有效冲程越小, 泵效越低。

在高油气比油田的有杆泵采油中这种影响尤为明显。

目前人们主要从增加泵的沉没度、加大冲程、降低冲次等方面进行研究[, 以提高抽油泵效率。

本文通过对抽油杆的受力状况及其弹性变形量的分析, 研究合理的余隙容积, 以提高泵效。

1防冲距的理论分析在抽油泵抽汲循环的上、下冲程过程中, 液柱的重力从固定凡尔上转到游动凡尔上, 使抽油杆柱和油管交替加载和卸载。

因静液柱重力引起的抽油杆柱和油管柱在工作过程中发生弹性伸长, 使抽油杆下冲程时下移的距离大于实际冲程的长度, 故防冲距的目的主要是考虑到抽油杆在轴向拉力的作用下会伸长, 避免杆柱与泵筒底部发生碰撞而上提的一定距离, 杆柱的实际伸长量一般都小于所提距离, 所以活塞的实际冲程也小于理论冲程。

1.1 抽油杆受力分析根据抽油杆柱在工作过程中的受力状态, 建立力学模型。

由采油工艺可知杆柱所受合力为F′r =W′r +Wfd +Wrd=(1 -0.127ρf)Wr +Wr +ξWf)a/g式中W′r 为抽油杆柱在液体中的自重(kN);Wrd 为抽油杆柱动载荷(kN);Wfd 为液柱动载荷(kN);ρf 为井液密度(kg/m3);W r 为抽油杆柱自重(kN);Wf 为作用于柱塞环形面积上的液柱重量(kN);a 为抽油杆加速度(m/s2);ξ为泵杆管的截面差之比,ξ=(Ap -Ar)/(Ai -A r);Ai 为油管内径的流通面积(m2);Ap 为柱塞面积(m2);Ar 为抽油杆截面积(m2)。

采油机械中螺杆泵技术与应用研究摘要：螺杆泵以其独有的特点发挥着常规抽油机所不能及的技术优势，适用性广，经济效益佳。

设计科学、合理的螺杆泵采油系统，可以为油田快速发展提供强有力的保证，为老油田、低效益油田二次开发提供技术支持。

本文介绍了螺杆泵的结构、工作原理和特点。

对其在锦州采油厂使用过程中出现的问题进行分析，并提出相应的对策关键词：螺杆泵原理故障分析对策螺杆泵作为一种油田采输工艺技术，广泛应用于采油生产，而且被广泛应用于油田地面油气集输系统。

这一切均取决于其对于输送介质物性有着优越的适应性，尤其是对于气液混合物的输送，能很好的解决普通容积泵所面临的气蚀、气锁、砂卡问题，达到很高的效率。

1螺杆泵采油装置结构及其工作原理螺杆泵采油装置是由井下螺杆泵和地面驱动装置两部分组成。

二者由加强级抽油杆作为绕轴，把井口驱动装置的动力通过抽油杆的旋转运动传递到井下，从而驱动螺杆泵的转子工作。

螺杆泵结构：井下螺杆泵是由一个单头转子和一个双头定子组成，在两件之间形成一个个密闭的空腔，当转子在定子内转动时，这些空腔沿轴向由吸入端向排出端方向运动，密封腔在排出端消失，同时在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液体也随着运动由吸入端被推挤到排出端。

最终这些封闭腔随转子旋转，从泵入口向出口方向移动，并将液体由进口端推向出口端，排入到管线，举升到地面。

1.1地面驱动采油螺杆泵它是井下采油螺杆泵中最简单的结构形式，也是国内外井下采油螺杆泵采用的主要结构形式，其主要的特点是螺杆泵在井下，而提供动力的装置在地面之上，二者之间由抽油杆联系起来。

由于是利用抽油杆传递螺杆泵所需要的扭矩，因此在大排量情况下很难实现深井采油。

为地面驱动单螺杆泵提供动力的装置是驱动头。

驱动头所需的动力主要由电动机或者液压马达提供。

由电动机作动力的驱动头，有的采用变频调速，有的利用胶带和减速器共同调速，还有的直接利用减速器调速。

利用液压马达作动力调节螺杆泵的转速非常方便。

地面驱动螺杆泵井抽油杆柱力学研究的开题报告一、选题背景地面驱动螺杆泵已经成为目前油田生产中最为广泛使用的一种抽油方法，其特点是安装方便、操作简单、运行稳定等。

而抽油杆作为螺杆泵的传动部件，是泵的核心部件，对泵的性能和寿命起着至关重要的作用。

目前针对抽油杆进行的研究主要集中于其疲劳损伤分析、动力学特性分析和润滑效果分析等方面，但现有的研究成果仍有一定局限性，仍需要进一步深入研究。

二、研究目的及意义本研究旨在通过对抽油杆柱力学特性的研究，以期为地面驱动螺杆泵的设计和优化提供理论支持。

具体而言，本研究将重点围绕以下几个方面进行探讨：1. 分析不同工况下抽油杆的应力变化情况，并探究其对抽油杆疲劳寿命的影响；2. 分析地面驱动螺杆泵中抽油杆与井眼之间的接触应力分布情况；3. 研究不同润滑条件下抽油杆柱的滑动摩擦特性，并分析润滑方式对杆柱性能的影响。

通过以上研究，可以更全面地了解抽油杆的运行特性，并从中发现一些问题，为抽油杆的设计和使用提供优化方案，提高地面驱动螺杆泵的生产效率和稳定性。

三、研究方法本研究主要采用力学理论方法为研究手段，以数值计算和实验方法为辅助手段，通过建立抽油杆柱的力学模型，对其力学性质进行探究。

具体而言，本研究将采用有限元分析方法对抽油杆柱的应力变化情况进行仿真分析，并通过实验手段验证仿真结果的准确性；同时，还将利用摩擦学理论和机械润滑学理论，探究不同润滑条件下抽油杆柱的摩擦特性。

四、论文结构本文主要分为以下几个部分：第一部分为绪论，主要阐述选题的背景和研究的目的及意义；第二部分为文献综述，综述了国内外针对地面驱动螺杆泵的研究现状和已有的抽油杆研究成果；第三部分为理论分析，主要通过建立抽油杆柱的力学模型，进行应力分析和润滑分析等方面的研究；第四部分为实验分析，主要是对理论分析结果进行实验验证；第五部分为结论和展望，对本研究的结果进行总结，并对后续研究方向进行展望。

螺杆泵抽油杆柱受力分析作者：螺杆泵来源：/抽油杆柱受力分析与抽油机井的工作原理不同，螺杆泵抽油井在正常工作时即要受到轴向的载荷作用，同时又要受到周向扭转载荷的作用。

1.水力计算l)泵压头的确定在螺杆泵的受力分析当中，泵进出口压差是一个重要的参数，它直接影响了负载扭矩及轴向力计算的准确性。

根据螺杆泵的工作原理，确定泵压头的计算公式，其关键是对泵出口至井口流体流动的沿程压力损失的处理。

根据螺杆泵抽油井杆管环空内流体的流动特征，泵出口至井口流体流动的沿程损失包括两部分，流体沿泵以上的油管和抽油杆的环形空间向上作螺旋流动的沿程摩擦阻力损失和流体在杆管环空中流动时所产生的局部阻力损失，建立了相应的模型，得出泵井出口压差的计算公式。

2)采出液粘度的确定螺杆泵油井采出液中包括两种液相:油相和水相，水驱时，油井的采出液是原油和水的混合物，为牛顿流体，只要含水一定，混合物的粘度就为一定值，可用粘度加权法进行计算。

对于聚驱油井，采出液是聚合物溶液与原油的混合物，是非牛顿流体，并且聚合物采出液的粘度要高于水驱采出液的枯度。

通常在螺杆泵抽油井杆管的环空中，剪切速率通常较低，因此可以认为，采出液中水相和油相主要表现出粘性流体，且符合幂律模式，对于采出液的粘度可以采用加权法进行计算。

2.杆柱负载扭矩的计算与抽油机井的工作原理不同，螺杆泵抽油井在正常工作时即要受到轴向的载荷作用，同时又要受到周向扭转载荷的作用。

地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩是螺杆泵抽油生产中的一个重要参数，其数值的精确计算对螺杆泵工况的诊断、抽油杆柱的合理设计以及泵的选择具有重要的价值，地面驱动螺杆泵抽油井在正常工作时，原动机通过抽油杆柱带动螺杆泵旋转，抽油杆柱受到五种扭矩的作用，抽油杆柱与井液的摩擦扭矩、举升流体的有功扭矩、抽油杆柱与油管间的摩擦扭矩、由于泵定子与转子间存在过盈而产生的摩擦扭矩及抽油杆的惯性扭矩。

在杆柱负载扭矩的计算当中考虑了泵压头的准确计算及粘度的影响。

定向井抽油杆柱动力学行为研究Ξ付志远1,罗玉合1,何将宏2,向超2(1.西南油气田分公司蜀南气矿;2.玉门油田分公司机械厂摘要:定向井由于井眼轨迹复杂,造成杆断频繁、偏磨严重、免修周期短、系统效率低等问题突出。

基于定向井抽油杆柱微元体受力分析,综合考虑井眼轨迹、抽油杆柱结构,计入了杆液管粘性摩擦和定向井井斜造成的杆管库仑摩擦,建立了定向井抽油杆动力学行为预测数学模型,并采用有限差分法求解模型。

为定向井有杆抽油系统优化设计提供了理论基础。

关键词:定向井;抽油杆;动力学;差分中图分类号:T E933+.2文献标识码:A文章编号:1006—7981(201006—0114—02有杆泵抽油是当前国内外应用最广泛的人工举升采油技术。

有杆泵抽油系统包括原动机、抽油机、抽油杆、抽油泵以及油管[1]。

为了解系统的工作情况,需要掌握该悬点的受载情况。

由于定向井有杆抽油系统井下杆柱受力比直井复杂,需要比直井预测考虑的因素更多,因此必须针对定向井特点建立相应的抽油杆动力学行为预测数学模型。

1定向井抽油杆柱动力学分析1.1抽油杆柱微元体受力分析为了研究抽油杆柱受力状况,在井眼曲线坐标s处取一单元体∃s[2,3],设F rt为油管对单元体抽油杆柱的刚体摩擦力,F rl为作用于单元体上的粘滞阻尼力;F a为作用于单元体上的惯性力,则:P=E r A r(5u 5ssP+∃P=E r A r(5u5sS+∃SF a=∃s A rΘr(52u 5t2F r L=v e 5u 5s∃sF rt=∆fN∃s∆=(5u 5t5u 5t =±1∃W=Θr′A r g∃sN=(P dΗds-q r′sinΗ2+(P sinΗdΥds2q r′=(Θr-ΘLA r gΘr′=Θr-ΘL(1式中:E r——抽油杆材料弹性模量,Pa;A r——抽油杆横截面积,m2;Θr——抽油杆材料密度,kg m3;Θl——油井液体密度,kg m3;Μe——单位长度抽油杆柱的粘滞阻力系数,kg (m.s;Η——斜深s处井眼倾斜角;Ω——斜深s处井眼方位角;f——抽油杆柱与油管之间摩擦系数。