学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

定向井有杆抽油系统优化设计与数值模拟研究

作　者: 李振智
导　师: 李颖川；杜志敏
学　校: 西南石油学院
专　业: 油气田开发工程
关键词: 定向井人工举升有杆抽油优化设计数值模拟
分类号: TE933
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 1016次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

有杆抽油是世界采油工程中一直占主导地位的机械采油方式。在我国各油田的生产井中大约80%是采用有杆抽油技术,总产油量的75%是依靠有杆泵采油采出,有杆抽油设备的能耗己占油田能耗的三分之一以上。近年来,随着油田勘探开发的不断深入,以及钻井技术水平的不断提高,为了满足开发需要,定向井开采方式逐渐被采用,且发展很快。定向井有杆泵采油已在油田开采中起着越来越重要的作用,但定向井有杆泵采油的设计和管理未能同步发展,常规垂直井有杆泵抽汲系统优化设计理论应用于定向井存在较大误差,因此,定向井有杆泵抽油系统优化设计的研究显得十分迫切,具有十分重要的现实意义。有杆抽油系统是由地层、井筒、地面设备三部分组成,要保持有杆抽油系统高效节能工作,三个子系统必须相互协调工作。但是,定向井与垂直井相比,由于定向井井眼轨迹在三维空间上的变化,使得抽油杆柱工作环境变得恶劣,抽油杆柱的受力、弯曲变形更加复杂,导致杆管、油套管之间的偏磨、抽油杆脱扣,悬点载荷、最大扭矩增加,系统稳定性降低。同时,油田开发过程中,地层压力、生产气油比、含水率等生产参数变化,将导致系统不再协调工作,对低效井进行重新设计,改变抽油参数和机杆泵组合,提高系统稳定性,使系统高效节能地工作。为了设计合理的定向井有杆抽油系统,本文在分析抽油杆柱在定向井三维空间受力与变形的基础上,建立了描述定向井抽油杆动态行为的非线性二阶偏微分方程,充分考虑机杆泵动态特性对系统的影响,结合供产协调原理,以数值模拟技术为基础,对系统进行优化设计和提高系统稳定性措施研究。围绕系统的优化设计和模拟,本文主要开展了以下几方面的研究工作。根据游梁式抽油机的几何结构特点,采用矢量分析方法,对游梁式抽油机机构进行运动学建模和计算,得出了抽油机悬点位移、速度、加速度、扭据因数等运动学参数。根据抽油机动力学分析,结合最优化理论,建立平衡调节目标函数。基于抽油杆柱在定向井三维空间的受力状念,深入开展了抽油杆柱载荷分析,建立了抽油杆柱的二维和三维空间的节点载荷计算数学模型,为抽油组合杆柱设计、杆管偏磨和抽油杆断脱分析等提供了理论依据。在抽油系统优化设计方面,选择抽油设备以油井产量和下泵深度作为确定抽油机、抽油杆和抽油泵的基本依据,充分考虑机杆泵工况特性对系统的影响,以数值模拟为基础,结合地层供产协调原理,建立以经济指数作为系统优化设计目标函数,确定合理的工作制度,保证系统在满足产量要求的前提下,具有较高的工作效率。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
1. 引言  9-15
  1.1 研究目的、意义  9-10
  1.2 国内外现状与发展趋势  10-13
  1.3 本文的主要工作  13-15
2. 定向井井眼轴线数值模拟与抽油系统动力学分析  15-34
  2.1 定向井井眼数值模拟  15-20
    2.1.1 定向井井眼轨迹参数计算  15-18
    2.1.2 定向井井眼坐标的计算  18-20
  2.2 抽油机动力学特性分析  20-26
    2.2.1 游梁式抽油机运动特性分析  20-23
    2.2.2 游梁抽油机扭矩平衡计算  23-25
    2.2.3 游梁抽油机扭矩平衡调节  25-26
  2.3 定向井抽油杆柱力学行为分析  26-34
    2.3.1 定向井抽油杆柱静力学分析  26-31
    2.3.2 定向井抽油杆柱动力学分析  31-34
3. 定向井抽油杆柱节点载荷计算  34-47
  3.1 铅垂平面杆柱节点载荷计算  34-44
    3.1.1 基本假设及载荷分析  34-35
    3.1.2 斜井抽油杆柱载荷计算二维模型  35-44
  3.2 三维空间抽油杆柱载荷计算  44-47
4. 定向井有杆抽油系统优化设计  47-73
  4.1 油井供液能力和产量预测  47-54
    4.1.1 油井采液指数和最大产量预测  47-48
    4.1.2 油井综合 IPR  48-49
    4.1.3 应用生产数据拟合油井流入动态  49-54
  4.2 下泵深度设计  54-57
    4.2.1 确定沉没压力和沉没度  54-57
    4.2.2 确定下泵深度  57
  4.3 初选抽汲参数  57-59
    4.3.1 参数选择原则  57-58
    4.3.2 抽汲参数初选  58-59
  4.4 定向井抽油杆柱设计  59-62
    4.4.1 设计准则  59
    4.4.2 APJ法及其改进  59-60
    4.4.3 抽油杆柱设计  60-62
  4.5 扶正器合理配置间距设计  62-67
    4.5.1 两扶正器间抽油杆柱段的弯曲变形  62-65
    4.5.2 扶正器合理配置间距设计  65-66
    4.5.3 抽油杆柱段在三维井眼内弯曲变形  66-67
  4.6 定向井抽油系统抽汲参数优选  67-73
    4.6.1 系统优化目标函数  67-68
    4.6.2 系统优化设计  68-73
5. 定向井抽油系统工况数值模拟  73-99
  5.1 定向井抽油系统动态模拟数学模型  73-75
    5.1.1 定向井杆柱纵向振动方程  73
    5.1.2 定解条件  73-75
  5.2 定向井抽油系统动态模拟三维数学模型  75-81
    5.2.1 抽油杆柱、油管柱与液柱轴向振动的数学模型  75-78
    5.2.2 定解条件  78-81
  5.3 模拟模型求解  81-96
    5.3.1 模拟模型的显式差分解  81-83
    5.3.2 模拟模型的隐式差分解  83-86
    5.3.3 模拟模型的下边界条件分析  86-89
    5.3.4 模拟模型的求解过程  89-92
    5.3.5 粘滞阻尼系数的确定  92-96
  5.4 三维模拟模型的数值解法  96-99
    5.4.1 不考虑液体压缩性的模拟模型差分解  96-97
    5.4.2 考虑液体可压缩的模拟模型差分解  97-98
    5.4.3 三维模拟模型边界条件确定  98
    5.4.4 杆管示功图求取  98-99
6. 提高定向井有杆抽油系统稳定性综合配套技术  99-117
  6.1 定向井深抽减载装置  99-103
    6.1.1 结构及工作原理  99-100
    6.1.2 减载力计算  100-101
    6.1.3 应用效果  101-103
  6.2 深抽井配套油管锚  103-105
    6.2.1 油管冲程损失  103-104
    6.2.2 油管锚定技术原理  104
    6.2.3 应用效果  104-105
  6.3 新型减震杆  105-108
    6.3.1 工作原理  105-106
    6.3.2 应用效果分析  106-108
  6.4 定向井杆管偏磨机理  108-111
    6.4.1 胡庆油田定向井偏磨现状  108-109
    6.4.2 定向井偏磨机理及计算方法  109-111
  6.5 定向井防偏磨配套工具的研制与开发  111-115
    6.5.1 轴向力测试仪  111-112
    6.5.2 可旋转悬绳器的开发与应用  112-113
    6.5.3 旋转采油井口的研究与应用  113-114
    6.5.4 旋转油管扶正器的开发与应用  114-115
    6.5.5 抽油杆万向防脱器  115
  6.6 定向井防偏磨综合措施  115-117
7. 定向井有杆抽油系统优化设计与数值模拟现场应用  117-130
  7.1 数学模型及软件检验  117-119
    7.1.1 载荷计算检验  117-118
    7.1.2 生产井测试与模拟计算对比分析  118-119
  7.2 典型低效井优化设计  119-127
    7.2.1 多方案组合设计  119-121
    7.2.2 抽油系统动态特性数值模拟  121-127
  7.3 井下杆-管间摩阻计算与扶正器设计  127-130
8. 结论与建议  130-133
  8.1 结论  130-131
  8.2 建议  131-133
致谢  133-134
参考文献  134-138
附录  138-140

定向井有杆抽油系统优化设计与数值模拟研究

内容摘要

全文目录

相似论文