三维井眼抽油杆力学研究

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1、中国石油大学（华东）博士学位论文三维井眼抽油杆力学研究姓名：杨海滨申请学位级别：博士专业：油气田开发工程指导教师：张琪20050901摘要抽油杆力学研究一直受到国内外学者的广泛关注。目前抽油杆系统受力分析计算绝大部分通过理论建模加室内实验或经验修正的方法进行分析研究，由于室内实验或经验难以真实、准确地描述几百米甚至几千米长的抽油杆弹性，从而很难得到较为准确的结果以直接指导生产实践。在我国，抽油杆柱问题十分突出，较准确地认识抽油杆受力状态，研究主要因素的影响规律，对减少抽油杆柱的故障率、降低油气开采成本极有重要的理论

2、和实用价值。论文基于三维空间井眼轨迹，采用微元矢量分析方法，建立了三维井眼抽油杆柱系统动力学理论模型及其求解技术：研制了抽油杆柱井下力学检测装置，经现场9口井的应用，证明了装置性能的可靠性，也进一步完善并验证了抽油杆柱动力学模型：提出了等效阻力系数的概念，建立了等效阻力系数预测模型，以研究抽油杆柱所受滑动摩擦和不确定流体阻力的影响，并利用现场实测资料，分析与拟合出精度较高的等效阻力系数：在经验轨迹参数对抽油杆柱动力学特性影响模型和仿真分析的基础上，修『E了抽油杆柱设计方法，使抽油杆柱设计更具合理性。通过研究和现场应

3、用验证，为三维井眼抽油杆柱动力学研究奠定了基础。论文的主要创新点是：(1)抽油杆柱实际载荷及变形井TN量方法，可以测量井下任何部位的抽油杆负荷、温度、位移、流体压力等参数；(2)建立了以实测数据为边界条件的抽油杆柱三维力学综合模型，求解精度有了很大的提高；(3)基于两个不同位置实测结果建立了等效阻力系数预测模型和预测方法，获得了与实际井眼轨迹条件较吻合的等效阻力系数；(4)对抽油杆柱API设计方法进行了修正，以实测数据为基础，改变了过去轴向载荷或应力的计算方法，使设计更贴近实际。主题词：抽油杆力学三维井眼井TN量设

4、计方法StudyonDynamicsofthePumpingRodin3DWellsByYangHaibin(DevelopmentEngineeringinOil&GasField、Supervisor：ZhangQi(Professor)University：ChinaUniversityofPetroleumAbstractUniversalattentionhasbeenfocusedonthestudyofpumpingroddynamicsrecently．Usually,thedynamicsanal

5、ysisisobtainedbytheoreticmodelingandexperimentalamending．Becausetheelasticityofthepumpingrod，whichmaybehundredstothousandsmeters’long，ishardtobeaccuratelysimulatedbyeitherexperienceorindoorexperiments，itbecomesmoredifficulttogetthepreciseresultsfordirectproduc

6、tionguidance．ProblemsoftherodunderholehasbecomesignificantnowinChina，whichmakesitnecessarytostudytheforcestateoftherodtoreducethefrequencyoftherodaccidentandtheproductioncost．Basedonthe3Dtrackofthewellbore，asystemictheoreticmodelaswellasitssolutionmethodofrodd

7、ynamicsina3Dwellissetup，withdifferentialelementvectoranalysisbeingused．Themeasuringinstrumentofpumpingrodunderholeisdevelopedandprovedtobecredibleforfieldapplicationafterbeingusedin9wellspractically．Anewponceptcalledequivalentresistancecoefficientisalsobrought

8、forwardinthispaper,andthepredictionmodelforthecoefficientisdevelopedtostudytheslidingfrictionoftherodsand协eeffectsoftlleresistanceofthefluids．Coefficientwithbetteraccuracycanbesimu