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幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁的受力分析

作　者: 裴晓含
导　师: 崔海清
学　校: 大庆石油学院
专　业: 油气井工程
关键词: 幂律流体法向应力差切向应力扭矩数值模拟偏心环空行星运动
分类号: TE355
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 145次
引　用: 2次
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内容摘要

在螺杆泵采油工况下,由于抽油杆自重以及偏心的影响,抽油杆不仅绕自身轴线自转,还绕着油管的轴线公转,采出液在抽油杆和油管所形成的偏心环空中的流动可视为非Newton流体在内管做行星运动的环空中的流动。因此,研究非Newton流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁所受流体的作用力对于螺杆泵采油井中分析和防治抽油杆的偏磨、杆断,优化设计泵的工作参数具有理论指导意义。本文采用幂律流体模式来描述螺杆泵采油井中采出液的流变性;建立了幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁所受流体作用力的数学模型,给出了流体作用在内管壁上的法向应力差、切向应力和扭矩的计算公式,并利用有限差分法对其进行了数值求解;分析了Newton流体和幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管自转和公转速度、环空偏心度以及压力梯度对内管壁上的法向应力差、切向应力和扭矩的影响,结果表明:对于Newton流体在内管做行星运动的环空中的流动,内管自转和公转速度以及环空偏心度对内管壁上的法向应力差、切向应力和扭矩的影响较大,而压力梯度对其无影响;对于幂律流体在内管做行星运动的环空中的流动,内管自转和公转速度以及环空偏心度对内管壁上的法向应力差、切向应力和扭矩的影响较大,压力梯度对内管壁上的法向应力差、切向应力影响较小,但对扭矩的影响较大;通过Newton流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁法向应力差、切向应力和扭矩的数值解与解析解的对比分析可知,本文给出的流体作用在内管壁上的法向应力差、切向应力和扭矩的计算公式和数值计算方法是可行的。通过内管壁法向应力差分布曲线可知,在螺杆泵采油工况下,抽油杆上的法向应力差呈反对称分布,说明了抽油杆上存在径向力,这是造成抽油杆与油管之间偏磨问题的重要原因;据此开展的螺杆泵采油井防偏磨技术,在大庆采油六厂螺杆泵采油井的实施中,获得了较好的效果;通过对内管壁上的切向应力与扭矩的分析,可为螺杆泵采油井中分析抽油杆的受力、优化设计泵的工作参数提供新的理论依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
创新点摘要  7-10
文献综述  10-16
引言  16-17
第一章幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁受力的数学模型  17-28
  1.1 假设条件  17
  1.2 非惯性直角坐标系下的基本方程  17-21
  1.3 非惯性双极坐标系下的运动方程  21-24
  1.4 内管壁受力的数学模型  24-28
第二章幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁受力的数值计算  28-44
  2.1 法向应力差的数值计算  28-42
  2.2 切向应力的数值计算  42
  2.3 扭矩的数值计算  42-44
第三章幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁的法向应力差分布  44-58
  3.1 计算条件  44
  3.2 NEWTON 流体在内管做行星运动的环空中流动时的内管壁法向应力差分布  44-51
  3.3 幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时的内管壁法向应力差分布  51-57
  3.4 小结  57-58
第四章幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁的切向应力分布  58-72
  4.1 计算条件  58
  4.2 NEWTON 流体在内管做行星运动的环空中流动时的内管壁切向应力分布  58-64
  4.3 幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时的内管壁切向应力分布  64-71
  4.4 小结  71-72
第五章幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时作用在内管壁上的扭矩  72-85
  5.1 计算条件  72
  5.2 NEWTON 流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁上的扭矩  72-78
  5.3 幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁上的扭矩  78-84
  5.4 小结  84-85
第六章螺杆泵采油井防偏磨技术  85-89
  6.1 防偏磨技术  85-87
  6.2 现场应用效果  87-89
结论  89-91
参考文献  91-97
附录  97-99
攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目  99-101
致谢  101-102
详细摘要  102-105

幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁的受力分析

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