文摘
斜轴泵泵的三维力学模型和anti-partial穿结构的优化模型,建立了安全的位置。真实数据的基础上,148 - 2斜率测量,相对于普通的管杆组合,斜抽泵内衬油管,油泵激光石油管道进行了优化计算。为了提高计算能力和减少计算时间消耗,本文运用云计算技术的计算过程。的结果表明,该组合方法内衬油管和普通连续抽油杆有更少的轴向力和侧向力,最后,结合方法不同的管道。
1。介绍
抽油机有大的数量和范围广泛的特点,这是国内外石油生产的主要方式。中国的抽油机技术已经相对成熟,但近年来,泵油机矿业环境变得更加复杂。油井砂、天然气、稠油油藏,重要的山坡都是油井开采面临的关键问题。特别是对于大型边坡井,纤细的抽油杆柱弯曲井眼中的工作,导致严重的杆管偏磨,泵泵泵的效率低、检泵周期的缩短,减少油井系统效率和其他问题。各种特殊的泵油泵国内外已经开发适应严酷的开采环境,减少这些因素的不利影响,提高泵的效率,保证油井的正常生产。因此,拟进行优化和提升过程的研究项目的复杂结构井。根据常用的斜井泵的特点,在复杂结构井泵,倾斜的力模型泵泵和全三维抽油杆柱力学模型可以分析每个因素的影响在油井系统效率。根据复杂结构井结构的结构特点,建立anti-partial穿结构组合优化模型和安全位置,合理anti-partial穿的发展组合,优化泵泵机的参数具有重要意义,提高斜井泵的泵效率满足安全和生活条件下泵。
自1940年代以来,杆式泵提升系统行为预测和模拟测试提供的数据和计算机仿真技术。模拟结果与现场实测数据和应用于评价和优化设计和棒提取的故障诊断系统。使用的计算方法和特点在每一个时期,主要分为三种计算方法:近似公式计算方法(1,2API),计算方法(3,4,数值模拟和计算方法5]。
目前,力学模型建立的基本思想如下:研究了无穷小的外部力量和内部力量通过无穷小变形杆和列的对象。然后,无穷小的力学模型建立了根据牛顿第二运动定律和均衡原则。
早期研究了一段无穷小的抽油杆柱在井眼,并假定无穷小段是一个弧形的空间斜平面。杆的井眼曲率和列无穷小是常数,和杆和柱截面上的剪切力将被忽略,和空间分布的油管轴和轴轨迹轴是一致的,和杆柱在连续接触石油管道。显然,几个条件作为初始假设会导致大量计算结果的偏差,以及后续的相关研究在这些方面做了很多改进。
以普通斜的例,冯等人建立了杆的力平衡方程和列通过考虑方位角的变化。摩擦阻力和轴向载荷的简化力学模型在上下冲程派生和摩擦阻力的重要参数,轴向载荷和轴向变形进行了分析和计算。根据实例计算结果,摩擦阻力和轴向载荷的计算结果可以为钻井设备选择提供了可靠依据,优化杆和柱参数和身体结构(6]。
刘等人分析和计算了抽油杆的运动状态和列,和各种摩擦部队的油井7]。此外,抽油杆柱的约束和斜率和方位角的变化被认为是全面,和三维应力模型,建立了抽油杆柱。
一般的眼轴的轴向载荷计算模型和列在任何建立了田等人基于地下杆之间的摩擦力和管三维井眼轨道。额外的力量产生的弯曲,造成的摩擦阻力是流体在管道和振动载荷(8]。该模型可用于分析和检查生产经营波兰人在任何井眼轨道。
张等人的运动状态分析水平井抽油杆柱,考虑柱塞和悬挂点之间的矛盾运动,并发现力的最大值和最小值的位置和时间(9]。
库恩等人分析了杆管偏磨的当前问题理论的影响和分析流体在抽油杆的力量和列(10]。计算模型的流体在抽油杆和管道的环形空间提出了他们的研究。
总之,因为几个假设的初始力力学模型将导致计算抽油杆和列的斜井泵泵、校正的研究人员做了很多工作。校正的要点包括:方位、柱刚度、摩擦阻力,以及流体流动的影响。
目前,有许多类型的杆式泵提升在西方桩区域,与复杂的条件,和问题,如杆管断开,油管磨,和较低的机器生产效率仍然存在。理论支持的机器生产的优化是急需改善的石油生产系统泵机。
针对这一点,本研究的键如下:(1)复杂结构井的三维力学模型建立和解决。(2)anti-partial穿结构组合和安全位置优化模型建立完成anti-partial穿结构优化(内衬油管+连续抽油杆、油管+激光连续杆,连续杆+普通油管抽油杆)。
2。模型和方程
2.1。斜轴泵泵的三维力学模型
一般来说,定向井轨迹有部分与大曲率变化的轨迹。因为字符串是制约三维弯孔、轴的钢管柱刚度和曲率影响管柱的力学行为在操作。因此,钢管柱刚度的影响和钢管柱的井道曲率力需要充分考虑在弯曲部分。本文将建立一个三维机械模型考虑了抽油杆柱刚度的斜轴泵泵来描述力情况下的管柱弯曲的轴部分。
自然坐标系钢管柱的轴线上,与无穷小的身体任何ds的弧长列拍摄的物体受力分析如图1。A点和B点作为起始点和结束点,和他们的曲线坐标和 。无穷小的受力分析的基础上进行了全面考虑负载的影响,每个部门的集中力和力矩。
2.1.1。几何方程
根据微分几何的基本原理, 在哪里
重力方向的单位向量 ,所以 , 在哪里的角度偏差,rad。
井斜方位角度,rad。
是斜率变化率,rad / m。
是轴承的速度,rad / m
是曲率的洞,rad / m。
2.1.2。平衡方程
根据斜井泵的条件特点,管柱在井眼的载荷包括钢管柱的重量,的支持力量钢管柱和墙,摩擦阻力,内部和外部的流体压力,液体的粘滞摩擦,温度荷载。因此,根据应力状态,分析了钢管柱的无穷小部分如下:
(一)内力和内部扭矩两端。
如图1,集中力在曲线坐标(点)
集中的时刻在曲线坐标(点):
集中的力量 在无穷小段 (B点):
集中扭矩 在无穷小段 (B点):
(b)钢管柱的重量。
重量是负载的一部分钢管柱的整体力量。直好,负载的重量钢管柱本身,而在弯曲井眼,它需要分解到各个方向。与此同时,由于地层流体,列将受到流体浮力。因此,漂浮的重量用于分析计算。列单位长度重量浮动是 在哪里是漂浮力系数;是管的单位重量字符串在空中,kN / m。
自重荷载向量的弯曲的钢管柱的眼睛可以表达为:
anti-force (c)的支持。
在自重的作用下,钢管柱将受到支持和反力墙:
(d)之间的摩擦墙。 在哪里是正压在主法线方向,kN;积极的压力低于正常的方向,kN;摩擦系数在圆周指令;轴方向的摩擦系数。
(e)内部和外部流体部队。
在注水操作期间,有高压注入液体TUPIPE,外部承受液体压力和注射压力。因此,一组轴向“虚构的势力”在管列生成操作。内部压力的作用下,相当于小音段的两端轴向压缩力可以表示为: 在哪里是油腔的横截面积, ; 油管的压力,MPa。
同样,在外部压力下,两端受到一对等效轴向拉伸的力量: 在哪里是油腔的横截面积, ; 油管的压力,MPa。
(f)流体的粘滞性和摩擦阻力。
管壁的粘滞摩擦阻力受流体可以表示为: 在哪里流体结构力,N / m;是流体动力粘度,Ns / m2;是列旋转角速度,rad / s;井眼直径,米;是钢管柱的外半径,米;是流体的速度,m / s。
力平衡条件 :
把所有压力的表达式(2-24)。忽视跟踪产品和项目的切线方向 ,主要正常的方向低于正常的方向是:
然后根据力矩平衡条件 :
2.1.3。物理方程
在井眼轨道,钢管柱的横向变形受到井道,和变形仍在弹性变形范围内,所以油管变形的物理关系是: 在哪里 - - - - - -杨氏弹性模量,kN / m3;的惯性矩管列,m4。
据接近表面的定义 ,减少了(30):
建立模型属于非线性微分方程组,因此可以通过拟牛顿迭代法来解决系统的非线性方程。选择有限差分公式的区别: 在哪里 分别是计算每一段的段长度。
常微分方程离散化,使用上面的方程,我们可以得到 , 。摩擦阻力 ,摩擦力矩 ,和轴向载荷在每一个计算点的列可以通过计算上述参数的非线性方程组。
2.1.4。抽油杆的长度Anti-Centralizer决定
如图2,由于小曲率半径的井道,抽油杆将接触墙,然后加速磨损时抽油杆抽油杆穿过两个点:A和B在井道。一般来说,有必要添加两个anti-grinding块提取杆以防止磨损减少抽油杆的使用寿命。通过这种方式,当井眼曲率半径很小,anti-grinding块将接触首先墙有效保护抽油杆。
在图2D是磨块的直径,d抽油杆的直径,R的曲率半径是A和B两个点的跟踪,然后呢l是两个磨块之间的间距。
交流的地方有限公司,AO约等于 , ,交流的长度可以通过勾股定理:
间隔l两者之间的磨块可以约等于两次交流:
3所示。结果与讨论
3.1。好条件的分析桩148 - x2油井
根据桩148 - x2油井测井资料在桌子上1、井眼轨道安装在3 d和结果曲线如图3。
根据机器的数据调查矿业生产条件的西方桩石油生产工厂,主要机器开采油井参数和斜井泵的泵在表2。
3.2。计算结果的常见的管道泵泵的组合桩148 - x2
根据桩148 - x2的日志数据表1和相关数据表的主要参数2桩的轴向力148 - x2计算油井如图4。
根据图4最大轴向力在井口,和值是62.7 kN。
桩148 - x的伸长如图5。
众所周知的人物5,最大伸长的井深1988米,这个值是0.9826。
的列曲率桩148 - x2如图6。
根据图6,最大曲率的井深355.1米,这个值是0.02735−1。根据曲率数据,磨块可以合理安排在大曲率的位置。
桩的侧向力148 - x2油井如图7。
众所周知的人物7,最大侧向力是在油井的深度269米,137.7 N的值。
整体的安全系数以及桩柱148 - x2如图8。
根据图8的最小安全系数,抽油杆在井口。最低安全价值为4.851,大于生产过程要求,和抽油杆的强度在整个截面符合标准。
的安装间距抗磨块在整个截面桩148 - x2油井如图9。
根据图9,anti-grinding块的安装间距可以合理安排来提高抽油杆的磨损,提高抽油杆的使用寿命。
3.3。优化Culation衬里的斜桩148 - x2的泵
根据图7在170米,400米和810米- 930米井、斜井泵泵杆的侧向力太大,从而增加了安全风险。因此,170米,400米和810米- 930米的部分是选择与排石油管道来代替普通的石油管道管柱组合优化。该方法可以减少侧向力通过减少摩擦力。
根据桩148 - x2的日志数据表1和相关数据表的主要参数2桩的轴向力148 - x2计算油井如图10。
根据图10最大轴向力在井口,值是43.23 kN。
扩展桩148 - x2如图11。
根据图11,最大伸长值的井深1931米,和值是0.7034。
的列曲率桩148 - x2如图12。
根据图12,最大曲率的井深326.4米,和值是0.0027351。根据曲率数据,磨块可以合理安排在大曲率的位置。
桩的侧向力148 - x2油井如图13。
根据图13的最大侧向力是井深240.7米,和值是95.97 N。
整体的安全系数以及桩柱148 - x2如图14。
根据图14的最小安全系数,抽油杆在井口,和值是7.037。生产过程的安全系数大于需求,和抽油杆的强度在整个截面符合标准。
的安装间距抗磨块在整个截面桩148 - x2油井如图15。
根据图15,anti-grinding块的安装间距可以合理安排改善抽油杆的磨损,提高抽油杆的使用寿命。
3.4。优化计算结果激光管斜抽油泵桩148 - x2油井
根据桩148 - x2的日志数据表1和相关数据表的主要参数2桩的轴向力148 - x2计算油井如图16。
根据图16最大轴向力在井口,和值是50.4 kN。
桩148 - x的扩展图17。
根据图17,最大扩展值的井深1931米,和值是0.7981。
的列曲率桩148 - x2如图18。
从图18,最大曲率井深355.1米,和值是0.0027351。根据曲率数据,磨块可以合理安排在大曲率的位置。
桩的侧向力148 - x2油井如图19。
根据图19,最大侧向力的井深240.7米,和值是110.6 N。
整体的安全系数以及桩柱148 - x2如图20.。
根据图20.的最小安全系数,抽油杆在井口,和最低安全价值为6.035,安全系数大于生产过程要求,和抽油杆的强度在整个截面符合标准。
的安装间距抗磨块在整个截面桩148 - x2油井如图21。
根据图21,anti-grinding块的安装间距可以合理安排改善抽油杆的磨损,提高抽油杆的使用寿命。
3.5。首选的结果分析斜井泵泵
根据图22,斜轴泵泵最小摩擦阻力的组合下衬管和持续吸杆。相比普通斜轴泵泵杆和管组合模式,排油管的组合模式和连续抽油杆可以减少30%以上的摩擦力,从而达到改善泵的影响效果。
总之,机械性能参数的比较三个不同TUtubes提出了表3和4。
4所示。结论
内衬油管的结合和普通连续抽油杆有较小的轴向力和横向力与其他两个组合。对于不同的管道,应采用不同的杆和管组合。
以桩148 - x2井为例,在0 - 170节,使用普通泵送管道和连续抽油杆的组合。部分170年- 400年,使用抽水管和连续抽油杆。部分400年- 440年,使用普通泵送管道和连续抽油杆的组合。部分440年- 500年,使用激光注入管和连续抽油杆的组合。部分500年- 780年,使用普通泵送管道和连续抽油杆的组合。部分780年- 900年,使用抽水管和连续抽油杆。部分900年- 2000年,使用普通泵送管道和连续抽油杆的组合。
上述组合方法减少了抽油杆柱之间的摩擦力和斜轴泵的泵送管道通过减少侧向力,从而提高泵的效率。
数据可用性
和/或使用的数据集分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。