超高强度抽油杆柱优化设计

发布时间：2017-10-18 12:37

  本文关键词：超高强度抽油杆柱优化设计

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【摘要】：超高强度抽油杆具有较高的抗拉强度和疲劳强度,适用于重、超重载荷、无腐蚀或微腐蚀油井中。近年来其在各大油田中的应用越来越广泛,但超高强度抽油杆柱的力学性能较普通抽油杆发生了变化,有必要对抽油杆柱组合设计作进一步的研究。本文首先以超高强度抽油杆的疲劳性能与拉伸试验为基础,对API许用应力的计算方法进行了改进,确定了超高强度抽油杆许用应力计算模型,为抽油杆柱组合设计奠定了基础。对定向井三维井眼中的抽油杆柱受力情况进行了分析,采用微元法建立了由下至上逐节点的杆柱受力计算模型,计算表明,模型具有较高精度。同时确定以泵效为优化目标,通过改变抽汲参数组合得到对应的杆柱组合方式及泵效,比较泵效来得到最优杆柱组合。此外,考虑了扶正器对杆柱受力的影响,以加扶正器后的杆柱受力分析为基础,结合抽油杆柱三维变形分析,建立了不同井段的扶正器合理配置间距计算模型。采用Visual Basic6.0编制了适用于定向井的超高强度抽油杆柱优化设计软件。应用软件计算了加扶正器后的杆柱受力,以此为基础,对抽油杆柱组合与扶正器间距进行了优化设计。结果表明,加装扶正器之前与之后,泵效由49.459%提高到66.033%,提高36.459%;应力范围比均值由0.499提高到0.515,提高3.21%;扶正器加装个数较设计前少9个,优化效果较好。通过应用发现,该软件能为抽油杆柱的优化设计提供方便。
【关键词】：超高强度抽油杆 杆柱组合 优化设计
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 超高强度抽油杆发展现状9
• 1.2.2 许用应力研究现状9-12
• 1.2.3 杆柱力学分析研究现状12-13
• 1.2.4 杆柱设计研究现状13
• 1.2.5 扶正器间距设计研究现状13-14
• 1.3.研究内容与技术路线14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15-16
• 第二章 超高强度抽油杆柱许用应力计算16-34
• 2.1 抽油杆疲劳性能测定试验16-25
• 2.1.1 试验目的16
• 2.1.2 试验方法16-17
• 2.1.3 试验结果17-20
• 2.1.4 P-S-N曲线方程20-24
• 2.1.5 疲劳极限预测24-25
• 2.2 抽油杆拉伸试验25-27
• 2.2.1 试验目的25
• 2.2.2 试验方法25-26
• 2.2.3 试验结果26-27
• 2.3 抽油杆许用应力27
• 2.4 许用应力计算方法27-31
• 2.4.1 API法许用最大应力计算27-30
• 2.4.2 奥金格法折算许用应力计算30-31
• 2.4.3 许用应力计算方法对比31
• 2.5 超高强度抽油杆许用应力计算31-33
• 2.5.1 许用应力计算模型31-33
• 2.5.2 抽油杆疲劳应力图33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 三维井眼抽油杆柱受力分析与计算34-46
• 3.1 三维井眼中抽油杆柱空间几何关系34-37
• 3.2 三维井眼抽油杆柱受力分析37-45
• 3.2.1 基本假设37
• 3.2.2 悬点载荷分析37
• 3.2.3 上冲程抽油杆柱受力分析37-41
• 3.2.4 下冲程抽油杆柱受力分析41-44
• 3.2.5 抽油杆柱受力模型数值求解方法44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 抽油杆柱组合优化设计46-57
• 4.1 抽油杆柱组合设计内容46
• 4.2 抽油杆柱强度设计46-49
• 4.2.1 抽油杆强度设计准则46
• 4.2.2 抽油杆柱强度设计方法46-49
• 4.3 超高强度抽油杆设计方法49
• 4.4 加重杆设计方法49-50
• 4.4.1 杆柱失稳判断49-50
• 4.4.2 加重杆设计50
• 4.5 加重杆上端抽油杆柱组合设计50-52
• 4.5.1 多级柱杆柱组合设计步骤51
• 4.5.2 设计流程图51-52
• 4.6 抽油杆柱组合优化设计52-56
• 4.6.1 优化目标的确定52-54
• 4.6.2 抽油杆柱工况参数计算54-55
• 4.6.3 抽汲参数选择55
• 4.6.4 杆柱组合优化设计思路55
• 4.6.5 优化设计步骤55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第五章 扶正器合理配置间距设计57-68
• 5.1 扶正器类型与作用57
• 5.2 考虑扶正器后的杆柱受力分析57-62
• 5.2.1 上冲程受力分析与计算57-59
• 5.2.2 下冲程受力分析与计算59-62
• 5.3 中和点计算62-63
• 5.3.1 单级抽油杆中和点的计算62-63
• 5.3.2 多级抽油杆中和点计算63
• 5.4 三维井眼抽油杆柱变形分析与计算63-65
• 5.4.1 抽油杆柱变形分析63-64
• 5.4.2 抽油杆柱变形计算64-65
• 5.5 扶正器合理间距优化设计65-67
• 5.5.1 扶正器合理配置间距计算65-66
• 5.5.2 扶正器间距计算思路66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 抽油杆柱优化设计软件开发与应用68-83
• 6.1 软件开发语言及运行环境68-69
• 6.1.1 开发语言68
• 6.1.2 运行环境68-69
• 6.2 软件主要功能与使用说明69-72
• 6.2.1 主要功能69-71
• 6.2.2 使用说明71-72
• 6.3 受力计算模型可靠性验证72-73
• 6.4 实例应用与分析73-83
• 6.4.1 基础数据73
• 6.4.2 抽油杆柱组合优化设计73-78
• 6.4.3 杆柱强度设计结果校核78
• 6.4.4 优化前后对比分析78-79
• 6.4.5 抽油杆柱扶正器间距设计79-83
• 第七章 结论83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-87
• 附录87-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89-90

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