基于三维受力和电参数的螺杆泵井采油系统工况分析研究

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文基于三维受力和电参数的螺杆泵井采油系统工况分析研究姓名：廖茂林申请学位级别：硕士专业：油气田开发工程指导教师：樊灵201205摘要文章首先从螺杆泵井抽油杆柱的二维受力状态入手，分别从杆柱轴向载荷、扭转载荷和弯曲载荷三个方面归纳并建立了各种载荷的计算公式及其在杆柱中的分布情况；并以此为基础重点讨论抽油杆柱在三维受力状态下的情况，应用有限元方法建立了完整的杆柱三维力学模型。在模型建立过程中，首先，采用能确保杆柱长度不变的杆柱轴线插值方法，构建杆柱结构的三维模型：其次，对抽油杆柱结构进行离散化，为离散单元选择合适的位移函

2、数，并通过运用弹性力学公式和最小位能原理建立起离散单元的有限元模型；然后，将离散单元的平衡方程集成为整体结构平衡方程：最后，采用动力间隙元法对抽油杆柱和油管内壁的非线性接触问题进行分析，并据此完善整体结构平衡方程；这样就形成了一套完整的关于螺杆泵井抽油杆柱的三维力学问题有限元法的分析思路。文章紧接着对电参数进行分析，主要应用直接测量得到的三相异步电动机定子的三相线电压和三相线电流六个己知参数，通过电机学中感应电机的定子磁链的估算方法求得定子磁链分量，并进一步计算得到电机电磁转矩、转差率和机械角速度，从而推算得到电动机的输出功率和输出扭矩两个重要参

3、数，再结合减速箱效率和系统效率，最终推算出光杆转速和光杆扭矩两个指标。文章最后将三维杆柱受力计算得到的力学参数和通过电参数分析得到的力学参数进行对比和修正，最终以光杆轴向力曲线和光杆扭矩曲线的形式来反应出螺杆泵井采油系统的工作状况，并结合光杆受力法诊断技术对各种工况下的轴向力曲线和扭矩曲线进行分类，最终实现螺杆泵井采油系统的工况诊断。理论分析完成后，将分析思路用基于VisualStudio平台的Cjfj}程序语言和Matlab数学软件程序化，形成螺杆泵井采油系统工况分析系统软件。通过现场试验验证，该软件系统能够准确高效的实现对螺杆泵井采油系统工况

4、的分析诊断。关键词：三维受力，有限元，电参数，工况分析AbstractThepaperstartedfromanalyzingthetwo-dimensionalforcestateofthesuckerrodofprogressingcavitypumpwell，respectivelyanalyzedthreeaspects，includingaxialforceloads，torqueloadsandbendingloadsofthesuckerrod,andestablishedasetofformulastocalculateavari

5、etyofloadsandtheirdistributionsinthesuckerrodsystem；meanwhile，basedontheseformulas，thepaperfocusedontheconditionsofsuckerrodinthree-dimensionalforcestate，adoptingthefiniteelementmethodtoestablishacompletethree—dimensionalmechanicalmodelofsuckerrod．Intheprocessofestablishingth

6、emodel，firstofall，theuseofthespecialaxisofsuckerrodinterpolationmethodCanensurethesamelengthofrod-shapedstructureinordertOconstructthethree-dimensionalmodelofthestructureofthesuckerrod；Secondly,discretizedthestructureofsuckerrodstring，andselectedtheappropriatedisplacementfunc

7、tionfordiscreteelement，thenadoptedtheelasticityformulaandtheprincipleoftheminimumpotentialenergytoestablishafiniteelementmodelofdiscreteelement；then，integratedthebalanceequationsofthediscreteelementintothebalanceequationoftheoverallstructure；Finally,adoptedthepowergapelementm

8、ethodtoanalyzethenonlinearcontactproblembetweensuckerrodandtubingwal