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有杆泵举升系统工况分析及设计软件开发

作　者: 王小玮
导　师: 张公社
学　校: 长江大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 有杆抽油应力破坏系统效率杆柱组合设计抽汲参数优化设计
分类号: TE933.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前,有杆泵举升系统能耗严重,效率普遍偏低,而且有杆抽油在机械采油中又占有很大比例。全面系统地分析影响有杆抽油系统效率的因素及能量在传递过程中消耗的原因,开展提高抽油系统效率研究,已成为我国降低石油开采成本,实现高效经济采油的重点研究课题之一。随着石油工业的发展,有杆泵采油已在油田开采中起着越来越重要的作用,由于井身结构的改变使得井液的流入动态、井筒中杆管的受力状况、泵的工作环境都比以前要复杂的多。因此深入研究有杆泵举升系统优化设计具有十分重要的现实意义。在采油过程中,抽油杆柱承受不对称循环载荷的作用,工作介质为井液(原油和矿层水),而许多抽油井井液含有腐蚀介质。因此,抽油杆的主要失效形式为应力疲劳断裂和腐蚀疲劳断裂。抽油杆的断脱事故严重影响原油产量,增加了修井费用,提高了原油成本。抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用,再加之油井的偏磨,使其成为机械采油中可靠性最低的设备,很容易发生断脱。导致抽油杆柱断脱的原因是多方面的,影响因素也错综复杂,主要表现为在超应力下工作导致疲劳破坏。本文通过对抽油机悬点运动规律的计算,分析了抽油杆柱随悬点上、下往复运动过程中的受力状况,建立了抽油杆柱最大载荷和最小载荷的计算模型；通过对桩西抽油机井断杆的可靠性分析和断脱原因分析,得出了桩西抽油杆断脱的主要原因为抽油杆长期处于超许用应力下工作,导致疲劳破坏；通过分析油井的流入动态,确定了油井的产量与井底流压的关系；给出了以系统效率最高为目标函数的下泵深度计算方法和抽汲参数的选取原则；在优化抽汲参数时,在以保证油井产量不变,设备能正常工作且能耗最低的原则下,选择出泵径、冲程、冲次的最优组合；依据等强度原则,研究出了多级抽油杆柱组合设计的方法以及每级杆柱比例的计算公式；在抽稠泵设计方面,通过对抽油杆的力学分析,得出了抽稠泵的悬点最大载荷和最小载荷的计算公式,并根据最大应力相等原则,得出二级杆和三级杆在不同泵径组合下的比例；根据举升系统设计理论,运用Visual Basic语言编制了有杆泵举升系统优化设计软件,该软件包括油井和抽油机的基础数据输入模块、抽油杆柱配置优化设计模块,其中杆柱优化配置模块提供了最大应力相等和折算应力相等两种设计方法,软件开发既能满足现场实际要求,又有良好的操作性,并利用软件优化设计了二口油井的举升系统。优化设计后的数据表明,优化设计方法和配套技术降低了光杆的最大载荷和最小载荷,使抽油杆能长期安全有效的工作,具备一定的理论意义及实践价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-14
  1.3 研究的技术路线及完成的工作  14-15
  1.4 论文创新点  15-16
第2章抽油杆工作状况分析  16-42
  2.1 光杆载荷计算  16-21
  2.2 抽油杆疲劳强度条件  21-27
  2.3 抽油杆应力计算与强度分析  27-32
  2.4 抽油机井断杆原因分析  32-42
第3章有杆泵举升系统参数优化设计  42-73
  3.1 举升系统设计原则  42
  3.2 油井流入动态计算  42-47
  3.3 下泵深度设计  47-51
  3.4 优选抽汲参数  51-53
  3.5 抽油杆柱设计  53-73
第4章有杆泵举升设计软件及应用  73-84
  4.1 主界面  73
  4.2 基础数据模块  73-75
  4.3 杆柱设计模块  75-78
  4.4 退出模块  78-79
  4.5 抽油杆柱设计软件应用  79-84
第5章结论  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-90
个人简介  90-91

有杆泵举升系统工况分析及设计软件开发

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