基于有限元模型的有杆抽油系统杆柱动力学规律研究

《基于有限元模型的有杆抽油系统杆柱动力学规律研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学号：12104301常州大学硕士学位论文基于有限元模型的有杆抽油系统杆柱动力学规律研究研究生钟明何岩峰指导教师学科、专业名称油气田开发工程研究方向采油工程理论与技术2015年04月Theresearchbasedonfiniteelementof3DdynamicsruleofsuckerrodstringsADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByZhongMingOil-GasFieldDevelopmentEngineeringDissertationSupervisor:Prof.HeYan-

2、fengApril，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和

3、磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要在有杆抽油系统中，抽油杆柱上连抽油机下连抽油泵，是机、杆、泵系统的中间部分。而有杆泵人工举升系统的稳定很大程度上依赖于杆柱的运行状态，因此，有必要针对杆柱动力学规律进行研究。通过研究杆柱的动力学模型及其求解方法，可以准确地获知杆柱在任意截面位置处的

4、受力、变形以及运行状态，这对于后续的研究无论是有杆抽油系统生产参数设计、工况诊断，还是行为预测都具有重要意义。本论文采用有限元的方法对有杆抽油系统建立了三维有限元动力学方程并研究了求解方法，根据环形流道多相流理论修正了杆、液摩阻系数矩阵计算模型和下边界条件，建立了针对聚驱井抽油泵柱塞下行阻力的计算模型。主要内容包括：1.使用空间梁单元模型组建抽油杆柱的整体矩阵。构造了位移插值函数，建立了插值函数矩阵。根据空间梁单元的特点，组装了杆柱动力学三维有限元分析模型。最后，给出了动力学方程数值求解的方法。2.研究了杆、液摩擦系数的计算模型，从气液两相在圆管中的

5、流动计算入手，通过均质模型进行相态折算，通过当量直径和当量粗糙度将圆管流动折算为环空流动，针对环形空间内多相流体的混合流动，新建了粘滞摩阻系数的计算模型。3.建立了针对聚驱井抽油泵柱塞下行阻力的计算模型。通过研究抽油泵柱塞的结构，对抽油泵柱塞进行了受力分析和实验研究，确定了有限单元模型求解的边界条件。确定了有杆抽油系统抽油泵柱塞下冲程阻力变化规律，同时考虑了聚驱井生产条件、生产参数以及柱塞结构参数对柱塞下行阻力的影响，并根据实验结果确定了模型中的各项摩阻系数，提高了抽油泵柱塞下行阻力计算的准确性，并为聚驱油井抽油泵结构优化提供了理论依据。4.为了检验

6、模型的准确性，对油田现场采集的生产井数据进行理论计算，将新模型计算结果与传统模型计算结果以及矿场实验数据相对比，其计算结果与现场实际情况相吻合，且新模型精度高于传统模型。最后，对计算结果进行了敏感性分析。关键词:有杆抽油系统；三维；动力学模型；有限元方法；摩阻系数ABSTRACTInthesuckerrodpumpingsystem,suckerrodstringisthemiddlepartwhichconnectsthegroundequipmentandthepump.Byitsstructureandworkingprinciple,suck

7、errodstringisalsoakeypartofthesuckerrodpumpingsystem.Inordertomakethesuckerrodpumpsystemstableandefficientoperation,obtainthebesteconomicbenefit,havetoresearchdynamiccharacteristicsofrodstring,theoptimizationofrodstringcombination,makethepumpingsystemtoachievethebestworkingstat

8、e.Therefore,inordertoaccuratelycalculatethestressofthe