柔性抽油杆采油系统运动载荷分析.pdf

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2、UlIll学术柔性抽油杆采油系统运动载荷分析长春理工大学机电工程学院一张欢＼谢劲松摘要：对柔性抽油杆采油系统的主要工作结构——柱塞在不同阶段的位移、速度进行分析，给出计算公式、图像；对连接井上和井下的井口支架与井口之间的柔性抽油杆进行载荷分析，给出不同阶段载荷的计算方法。上行过程自油管底端开始。在最低位置，提供给柱塞的力又增大，增加的长度为电动机还未启动，胶筒与油管之间存在空隙。(8)此时，柱塞的受到抽油杆拉力、油液浮力、配在该变化中，柱塞移动的长度比卷筒上缠重重力、柱塞自重的作用，保持静止，关系如下：绕抽油杆的长度少了，直至形变结束，柱塞才(1)

3、和卷筒缠绕保持同一速度。柔性抽油杆缠绕第为抽油杆提供给柱塞的拉力；为柱塞(包一层的时候，所消耗的时间为：括配重部分)受到的浮力；为柱塞自重；为配(9)重的重量：h为胶筒的深度：为油液的密度：为为卷筒第一层的容绳量：为卷筒上第一层抽油杆截面的面积：柱塞受到的浮力可由以下抽油杆中心直径；卷筒缠绕第一层时，抽油杆公式计算：速度；卷筒的转速：柔性抽油杆在卷筒上缠绕(2)完第一层时候，井下的柱塞位置的变化为：为柱塞的体积为配重的体积油液的密鹿(1O)(3)抽油杆往卷筒上缠第二层，消耗的时间为：为原油的密度；为纯水的密度；为井下油(11)液的含水率：电动机运行，柱塞上行

4、，胶筒己为卷筒上第二层的容绳量；为卷筒上第二在压力作用下与油管贴合的，此时柱塞下无真层抽油杆中心直径；卷筒缠绕第二层时抽油杆空区，柱塞受到抽油杆拉力、油液浮力、胶筒线速度；此时井下柱塞的总位移为：与油管间的摩擦力、油液与油管之间的摩擦力、(12)配重重力、自重的作用。关系如下：为卷筒上第二层抽油杆缠绕完毕时柱塞的(4)位移：为卷筒上第二层的容绳量；消耗的总时为才开始上行时，抽油杆提供给柱塞的的间为：拉力；为胶筒与油管间的摩擦力；油液与油管(13)之间相对运动产生的摩擦力，计算公式如下：如此类推，可得卷筒在缠绕每层抽油杆时(5)柱塞的位移和速度变化。在柱塞上方

5、油液冲开C为液体粘度有关的系数；为油管与油液接井口单向阀后，油液不断的由井管流出，使得触面的直径；为柱塞的上行速度；从初始位置柱塞的油液深度不断减小，载荷也随之减小。到上行中，抽油杆提供给柱塞的拉力有了变化，抽油杆的长度也有一定的变化，这种情况下柱这引起了柔性抽油杆的的增长，增加的长度为塞的位移要比抽油杆缠如卷筒的长度大一些。(6)柱塞上行过程中位移的变化如图2所示，速度为抽油杆释放出来的长度；为抽油杆的杨的变化如图3所示。氏模量；在该变化中，柱塞移动的长度比卷筒1．2，载荷分析上缠绕抽油杆的长度少了，直至形变结束，柱井口支架上垂下的井口密封机构以上的垂塞才

6、和卷筒缠绕保持同一速度。直的柔性抽油杆是连接井上和井下关键部位，当柱塞下部油液无法跟随柱塞而在下部形对该部位进行受力分析对不论是井上机构还是成真空时，柱塞受抽油杆拉力、上部油液压力、井下机构都具有重要的参考作用。下部真空区造成的压力、胶筒与油管间的摩擦上行过程的初始位置，柱塞部分还没有运力、柱塞自重(不包括配重)、配重重力的作用。动和运动趋势，胶筒与油管之间还存在缝隙，关系如下：油液是连通的。此时，地面垂直的柔性抽油杆(7)的受力来源有油液浮力、配重重力、柱塞自重、为柱塞下才出现真空区时，抽油杆提供给井下抽油杆的重力，有如下关系：柱塞的拉力；为井下油管的截面

7、积，也就是胶(14)1柔性抽油杆采油系统示意图筒膨胀时的最大截面积；为大气压力；抽油杆(见图2、图3)为柱塞在上行过程的初1OMachineChina中国机械产、dUlIlI学术图2上行柱塞位移随时间变化图图5下行柱塞速度随时间变化图2．2．载荷分析柱塞位于下行过程的起始点时，地面垂直的柔性抽油杆的受力来源有配重重力、柱塞自重(不包括配重)、井下抽油杆的重力，有如下关系：(21)为柱塞在上行过程的初始位置时，地面垂直抽油杆的力；为处于井下的柔性抽油杆的长度：为柔性抽油杆的线密度；当柱塞下行即将接触到柱塞下部的油液的时候，地面垂直的柔图3匕钉柱塞速度随时问变化

8、图性抽油杆的受力来源有配重、柱塞自重(不包始位置时，地面垂直抽油杆的力；为处于井下基本一致。柱塞没入油液后，柱塞上下部分在括配重)、井下抽油杆重力、油井密封装置和的柔性抽油杆的长度；为柔性抽油杆的线密度；联通槽的作用下保持连通，不与油管摩擦。柱抽油杆之间的摩擦力，有如下关系：进入上行过程的运动状态，柱塞上的胶筒在压塞进入油液后，随着深度的增加，柱塞所受的(22)力的作用下发生变形与外壁接触产生摩擦力，压力增大。压力到闽值时，发出信号，电动机为此时地面垂直抽油杆的力；为油井密封并且柱塞下没有出现真空。此时地面垂直的柔停止，制动装置加紧。机构与抽油杆之间的摩擦力

9、；当柱塞完全浸没性抽油杆的受力有油液浮力、胶筒与油管