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有杆泵抽油系统的优化设计

作者：李申 Publish: 2005-5-13 Hits:-

【中文题名】

有杆泵抽油系统的优化设计

【英文题名】

The Optimum Design for the Sucker-rod Pumping System

【学科专业】

机械制造及其自动化

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2005-5-13

【中关键词】

有杆抽油系统,抽油杆柱组合,波动方程,扶正器,优化设计,

【英关键词】

sucker-rod pumping system,sucker rod assemblage,wave equation,centralizer,optimal design,

【分类导航】

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>

【论文摘要】

有杆抽油方法是应用最早也最为广泛的一种人工举升采油法。有杆抽油系统的组成不应只是抽油机、抽油泵、抽油杆等硬件,还应包括大量的相关设计软件。因此,有必要开展油田有杆泵采油系统优化设计分析方法的研究,以满足油田生产的需要。有杆抽油系统的设计经历了几乎与石油工业同样长的历史。随着科学技术的进步,有杆抽油系统的设计方法与整个石油工业一起进入了新的发展时期,开始进入了较准确地、优化设计的阶段。本文结合工程实际,对有杆抽油系统进行建模计算和分析,主要包括以下几个方面的内容: (1)建立了斜井抽油杆柱载荷计算数学模型,按照修正的美国石油学会抽油杆柱设计理论,研究了斜井抽油杆柱的设计方法的具体实现。在测井资料处理中,采用三次样条插值法、最小曲率半径处理测井曲线。 (2)对API RP 11L《推荐作法》进行设计编程。以产量为目标根据无量纲参数曲线、抽油杆柱组合数据表来合理选择抽油泵、油管、抽油杆柱组合,并对工作状态进行预测。在设计中将6组无量纲参数曲线离散,按照曲线的不同特点进行插值来实现编程。通过推导混合杆柱的等效弹性模量、等效体密度、等效刚度和固有频率等设计参数的计算公式,设计混合杆...

【论文题纲】

摘要	3-4
Abstract	4-9
1 绪论	9-16
1.1 有杆抽油系统的综述	9-14
1.1.1 有关抽油机方面的发展	10
1.1.2 有关抽油泵方面的发展	10-11
1.1.3 有关抽油杆方面的发展	11-12
1.1.4 有关抽油杆设计方面的发展	12-14
1.2 本文的研究意义与主要任务	14-15
1.3 本文研究的技术路线和技术思路	15-16
2 斜井的抽油杆柱组合设计	16-26
2.1 设计方法	16-17
2.1.1 等强度设计法	16-17
2.1.2 API法及其修正	17
2.1.3 安全系数逐渐增加法	17
2.2 建立抽油杆柱力学模型	17-21
2.2.1 抽油杆柱的重力	18
2.2.2 抽油杆柱的惯性力	18
2.2.3 抽油杆柱与油管之间的挤压力	18-19
2.2.4 抽油杆柱与油管间的摩擦力	19
2.2.5 油管与液体间的摩擦力	19
2.2.6 抽油杆柱与液体间的摩擦力	19
2.2.7 抽油杆柱的静压力	19-20
2.2.8 泵柱塞与泵筒间的摩擦力	20
2.2.9 液体流过流动阀的阻力	20
2.2.10 抽油杆柱任意点载荷计算	20-21
2.2.11 最大载荷与最小载荷	21
2.3 三维弯曲测井资料处理	21-23
2.3.1 利用三次样条插值法将点测数据转化为连续曲线	21
2.3.2 利用最小曲率半径法求解测点的位置坐标	21-23
2.4 计算机编程	23-24
2.4.1 程序设计流程图	23
2.4.2 编程思路	23-24
2.5 实例计算	24-25
2.6 小结	25-26
3 APIRP 11L抽油杆柱的设计方法	26-43
3.1 APIRP 11L《推荐作法》的主要内容、适用范围	26
3.1.1 主要内容	26
3.1.2 适用范围	26
3.2 APIRP 11L《推荐作法》设计的基本方法	26-34
3.2.1 按井况确定抽汲参数	27-28
3.2.2 初选的抽油杆柱	28-29
3.2.3 计算无量纲参数	29-30
3.2.4 求柱塞冲程S_p和日产液量PD	30-31
3.2.5 计算无量纲杆柱重量因子W_r'/SK_r	31
3.2.6 利用曲线图求得无量纲系数	31-32
3.2.7 计算设计预测值	32-33
3.2.8 抽油杆柱强度校核	33-34
3.3 利用APIRP 11L《推荐作法》设计混合抽油杆柱	34-36
3.3.1 设计加重杆	34-35
3.3.2 计算混合抽油杆柱的基本参数	35-36
3.3.3 混合杆柱的设计步骤	36
3.4 计算机编程	36-40
3.4.1 程序设计流程图	36-38
3.4.2 曲线图算法设计说明	38-40
3.5 实例计算	40-42
3.6 小结	42-43
4 有杆抽油系统运动特性的预测	43-53
4.1 数学模型	43-44
4.2 隐式差分格式	44-45
4.2.1 均质杆段的隐式差分格式	44
4.2.2 组合杆柱接点处的变步长的有限差分格式	44-45
4.3 初始条件	45-46
4.4 边界条件	46-47
4.4.1 上边界条件	46
4.4.2 下边界条件	46-47
4.5 预测算法	47-49
4.6 实例计算	49-52
4.7 小结	52-53
5 斜井抽油杆扶正器配置间距设计	53-65
5.1 建立抽油杆柱力学模型	53-57
5.1.1 抽油杆柱最下端的受力	53-55
5.1.2 一跨抽油杆段上端的轴向力	55-57
5.2 横向力的计算	57-60
5.2.1 总的角度变化β	57
5.2.2 井眼段的单位副法线矢量(?)	57-58
5.2.3 井眼段的单位主法线矢量(?)	58
5.2.4 狗腿面上的总横向载荷F_(ndp)	58-59
5.2.5 与狗腿面正交的面上的总横向载荷F_(np)	59
5.2.6 三维井眼中抽油杆的一跨上的总横向载荷	59-60
5.3 两扶正器间抽油杆最大变形的计算	60
5.4 设计准则	60
5.5 计算机编程	60-62
5.5.1 编程思路	60-61
5.5.2 程序设计流程图	61
5.5.3 求解非线形方程的算法	61-62
5.6 实例计算	62-64
5.7 小结	64-65
6 有杆泵系统的优化设计	65-72
6.1 优化设计目标函数	65-67
6.1.1 能耗效率指标	65
6.1.2 经济指标	65-66
6.1.3 综合效率	66-67
6.2 有杆抽油系统优化设计应满足的约束条件	67
6.3 有杆抽油系统设计计算方法	67-69
6.3.1 黄金分割搜索法	67-68
6.3.2 不用导数的布伦特法	68-69
6.3.3 程序设计流程图	69
6.4 实例计算	69-71
6.5 小结	71-72
7 软件设计和实现	72-77
7.1 模块及功能划分	72-73
7.2 各模块功能简介	73-76
7.2.1 初始配置	73-74
7.2.2 抽油杆柱设计	74
7.2.3 API推荐作法设计	74-75
7.2.4 扶正器间距设计	75
7.2.5 优化设计	75-76
7.3 小结	76-77
结论	77-78
参考文献	78-79
攻读硕士学位期间发表学术论文情况	79-80
附录A 测井数据表	80-81
致谢	81-82
大连理工大学学位论文版权使用授权书	82

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.61706



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