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抽油机井杆柱力学仿真技术研究

作　者: 刘作鹏
导　师: 王海文
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 抽油机 抽油杆 泵阀 仿真 耦合
分类号: TE933.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 311次
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内容摘要


在国内外有杆抽油系统仿真研究成果的基础上,以抽油杆柱力学仿真为核心,建立了抽油机采油系统仿真数学模型,包括电机动力特性仿真、减速系统仿真、抽油机运动机构仿真、悬点仿真、抽油泵仿真等模型。其中抽油机运动机构仿真模型采用的是抽油机精确运动模型,包括了常规游梁抽油机、双驴头抽油机、摆杆式抽油机和皮带机四种抽油机精确运动模型,为抽油杆柱波动方程确定了精确的位移边界条件。分析悬点载荷周期变化,得出简单仿真泵功图。研究抽油杆波动理论时探讨了质量分布对不同弹性模型波动方程的影响,推导出一种快速求解波动方程的有限差分算法,建立了考虑质量分布无阻尼振动、常规无质量分布阻尼振动和质量分布阻尼振动三种抽油杆柱振动模型,分析了位移、载荷和振动时空变化三维仿真关系。论文建立了球形阀和蝶形阀两种泵阀仿真模型,结合泵内液体流动规律,分析抽油杆柱末端载荷变化。在研究了抽油杆柱各部件力学仿真的基础上,建立了整体抽油系统的耦合关系模型,编制了抽油杆柱力学仿真程序,应用青海油田和大港油田的实测油井数据对仿真模型进行了验证。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
第1章 前言  10-15
  1.1 研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
    1.2.1 有杆抽油的发展现状与趋势  11
    1.2.2 抽油杆柱仿真技术的发展现状与趋势  11-12
  1.3 研究的目标、技术路线及所完成的工作  12-15
    1.3.1 研究的目标  12-13
    1.3.2 技术路线  13-14
    1.3.3 本文所完成的工作  14-15
第2章 抽油机采油系统地面部分运行仿真分析  15-41
  2.1 电机及减速器的动力特性仿真  15-23
    2.1.1 电机的原理  15-16
    2.1.2 异步三相交流电机的动力特性曲线仿真  16-19
    2.1.3 使用变频器对异步三相交流电机影响研究  19-21
    2.1.4 减速系统仿真研究  21-23
  2.2 抽油机的精确运动模型  23-39
    2.2.1 游梁式抽油机  23-30
    2.2.2 双驴头抽油机  30-34
    2.2.3 摆杆式抽油机  34-37
    2.2.4 皮带机模型  37-39
  2.3 悬点速度加速仿真计算  39-41
第3章 抽油杆柱力学仿真研究  41-74
  3.1 地面示功图分析  41-50
    3.1.1 悬点受力分析  41-47
    3.1.2 由地面功图绘制仿真泵功图  47-50
  3.2 杆液摩擦阻尼系数的仿真  50-52
    3.2.1 S.G.吉布斯阻尼公式  50-52
    3.2.2 张琪阻尼力公式  52
  3.3 考虑质量分布的弹性抽油杆柱仿真方程  52-64
    3.3.1 波动方程的建立及探讨  53-54
    3.3.2 不同条件下的波动方程求解  54-63
    3.3.3 斜井段波动方程建立及求解探讨  63-64
  3.4 抽油杆柱的力学仿真分析  64-74
    3.4.1 抽油杆柱运动仿真  64-67
    3.4.2 抽油杆柱载荷仿真  67-69
    3.4.3 抽油杆柱振动仿真  69-71
    3.4.4 波动方程各项参数影响仿真试验  71-74
第4章 抽油泵运动规律研究  74-86
  4.1 抽油泵结构分析  74
  4.2 泵阀流动仿真分析  74-80
    4.2.1 球形阀开启关闭条件仿真研究  74-76
    4.2.2 球形阀流动仿真研究  76-78
    4.2.3 碟形泵阀开启关闭条件仿真研究  78-79
    4.2.4 碟形泵阀流动仿真  79-80
  4.3 泵进液排液仿真分析  80-83
    4.3.1 泵进液仿真  80-82
    4.3.2 泵排液仿真  82-83
  4.4 抽油泵计算机仿真分析  83-86
第5章 整体抽油系统的动力学仿真分析  86-95
  5.1 系统各部分耦合条件研究  86-90
    5.1.1 动力电机与抽油机  86
    5.1.2 抽油机与抽油杆柱  86-87
    5.1.3 抽油杆柱与井下抽油系统  87-90
  5.2 整体抽油系统的运动仿真分析  90-92
  5.3 整体抽油系统的动力学仿真分析  92-95
第6章 抽油杆柱力学仿真程序的编制与应用  95-110
  6.1 抽油杆柱力学仿真程序设计  95-96
  6.2 抽油杆柱力学仿真程序应用  96-110
    6.2.1 地面功图位移精确仿真  96-99
    6.2.2 抽油杆柱动态力学分析  99-103
    6.2.3 油井示功图仿真实例  103-110
第7章 结 论  110-112
参考文献  112-115
致谢  115-116
个人简历  116

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 油气开采机械设备 > 抽油机械设备 > 抽油机
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