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粘弹性流体动力学在抽油机井防偏磨中的应用

作　者: 国丽萍
导　师: 韩洪升
学　校: 大庆石油学院
专　业: 油气井工程
关键词: 粘弹性流体本构方程法向应力抽油杆偏磨实验研究扶正器
分类号: TE357
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

大庆油田实施聚合物驱油以后，出现了抽油杆受力状况恶化、抽油杆柱偏磨严重、杆管断脱，检泵周期缩短等问题，造成上述现象的主要原因是产出液具有粘弹性，本文围绕聚合物溶液在抽油机井筒中流动的问题进行研究。本文首先开展粘弹性流体水动力学理论研究，找到适合描述聚驱井产出液的粘弹性流变特性规律的Oldroyd-Maxwell本构方程，建立了粘弹性流体在井筒内的流动方程，求解出了流场的速度分布，分析了抽油杆所受的法向力是由流场的非对称性和流体的弹性引起的，找到了法向力的计算方法，从理论上说明聚驱后抽油机井筒中存在法向应力，产出液中具有的弹性和抽油杆柱的偏心是产生偏磨的根本原因。然后进行聚合物溶液流动试验研究，通过试验的方法定量地测出了聚合物溶液对抽油杆柱的法向应力值和抽油杆柱产生的偏心度，确定不同浓度的聚合物溶液条件下，法向力大小与流速及抽油杆偏心度的关系，探讨了井筒内聚合物溶液流过抽油杆接箍、扶正器、泵阀及泵筒时阻力大小的变化规律。得出抽油杆管严重偏磨及检泵周期缩短的根本原因并不完全是聚合物驱后上顶力增加造成的。结合理论和实验研究得出聚驱抽油杆在井筒内聚合物溶液中运动时存在法向力，它是产生其偏磨的根本原因。为制定减缓和防治杆管偏磨措施提供理论指导。

全文目录

第一章绪论  13-16
  1.1 本文研究工作的意义  13-14
    1.1.1 本文工作的背景  13
    1.1.2 聚合物驱油抽油机井的有关问题  13-14
  1.2 粘弹性流体动力学的研究状况  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-16
第二章粘弹性流体及其本构方程  16-24
  2.1 粘弹性流体简介  16
  2.2 Rivlin-Ericksen变形张量  16-19
    2.2.1 n阶Rivlin-Ericksen变形张量  18
    2.2.2 一阶Rivlin-Ericksen张量  18
    2.2.3 柱坐标中的一阶Rivlin-Ericksen变形张量  18-19
    2.2.4 偏心环空流场中的一阶Rivlin-Ericksen变形张量  19
  2.3 线性粘弹性模型  19-20
  2.4 非线性粘弹性模型  20-22
  2.5 上随体Maxwell流体的本构方程  22-23
  2.6 流体在偏心环空轴向流动的本构方程  23-24
第三章粘弹性流体在抽油机井筒中的运动方程及其求解  24-33
  3.1 粘弹性流体在抽油机井筒中的运动方程  24-25
    3.1.1 连续方程  24
    3.1.2 动量方程  24-25
  3.2 粘弹性流体偏心环空运动流场的求解  25-27
    3.2.1 坐标变换  25-26
    3.2.2 方程的离散化及求解  26-27
  3.3 计算结果及分析  27-32
    3.3.1 流动阻力、法向应力及法向力  27-30
    3.3.2 法向力的计算公式及计算结果  30
    3.3.3 粘性和弹性对法向力的影响  30
    3.3.4 偏心度对法向力的影响  30-31
    3.3.5 抽油杆运动速度对法向力的影响  31-32
  理论研究小结  32-33
第四章抽油机井内粘弹性流体流动试验研究  33-52
  4.1 聚合物溶液流变特性研究  33-34
  4.2 法向应力试验研究  34-40
    4.2.1 不同浓度聚合物溶液对抽油杆的法向应力  37-38
    4.2.2 不同偏心度抽油杆所受的法向应力  38-40
  4.3 抽油杆偏心试验研究  40-42
    4.3.1 不同浓度聚合物溶液造成抽油杆偏心的试验  40
    4.3.2 抽油杆在不同位置处的偏心试验  40-42
  4.4 聚合物溶液对抽油杆的沿程阻力试验研究  42-44
  4.5 聚合物溶液对抽油杆的局部阻力试验研究  44-45
    4.5.1 抽油杆接箍的局部阻力试验  44
    4.5.2 抽油杆扶正器的局部阻力试验  44-45
  4.6 聚合物溶液对抽油泵凡尔的局部阻力试验研究  45-51
    4.6.1 抽油泵上凡尔的局部阻力试验  46
    4.6.2 抽油泵下凡尔的局部阻力试验  46-47
    4.6.3 抽油泵凡尔的总局部阻力试验  47-48
    4.6.4 不同浓度聚合物溶液对抽油泵凡尔阻力对比试验  48-51
  实验研究小结  51-52
结论  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-56
附表  56-65

粘弹性流体动力学在抽油机井防偏磨中的应用

内容摘要

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