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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。