基于杆管接触状态仿真的定向井扶正器布点优化设计方法

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抽油杆柱是抽油机井的重要组成部分,在定向井有杆举升运动时,受井眼轨道的约束以及复杂的环境载荷影响,抽油杆柱在井眼中弯曲变形,造成杆管偏磨;受偏磨影响,杆体承受多轴交变载荷作用易发生疲劳断裂,接箍易受到静强度破坏,导致躺井,影响原油产量。因此,在深入研究抽油杆柱在油管内受力的基础上,建立扶正器布点的优化设计方法,对于降低管偏磨率、提高油田整体开发效益,具有十分重要的意义。本文主要开展了以下几方面的工作:  基于正交试验法,利用 Fluent 软件模拟抽油泵柱塞与泵筒之间的液体摩擦载荷和接箍、扶正器的沿程水力损失,建立了柱塞-泵筒间隙液体摩擦力和接箍、扶正器沿程水力阻力的多元非线性回归模型。基于井筒多相管流理论及抽油泵柱塞的运动规律,建立了抽油泵液体载荷的仿真模型;建立了定向井抽油杆柱静力学仿真的力学模型;  建立了定向井杆管接触的“空间梁单元+弹簧元”的有限元分析模型;通过扶正器摩擦磨损试验,确定了扶正器与油管之间接触压力的界限值;基于杆管接触状态的有限元仿真计算,以控制抽油杆杆体、接箍、扶正器的接触压力为目标,建立了定向井扶正器布点优化设计方法。  基于能量磨损理论建立了抽油杆柱的磨损预测模型;基于抽油杆杆体、接箍和扶正器与油管磨损的几何模型,建立了杆体、接箍和扶正器摩擦磨损的数学模型;考虑杆体的变形和磨损,建立了杆体多轴应力的计算模型;在控制杆管接触压力及单根杆扶正器最多个数的基础上,考虑杆柱磨损寿命,建立了定向井扶正器布点优化方法。  应用 VB 编程开发了《基于杆管接触状态仿真的定向井扶正器布点优化设计系统》软件,可进行杆管偏磨区域与接触压力仿真、扶正器防偏磨效果评价、抽油杆柱寿命预测和定向井扶正器布点优化设计。
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