畢業(yè)設(shè)計(jì)有桿抽油井工程診斷方法及程序-文庫(kù)吧
2025-07-12 22:46 本頁(yè)面
【正文】 6—游梁；17—支架軸；18—驢頭；19—懸繩器；20—底座。常規(guī)型游梁式抽油機(jī)如圖21所示。它是目前使用最廣的一種抽油機(jī)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：支架位于游梁的中部，驢頭和曲柄連桿分別位于游梁的兩端，曲柄軸中心基本位于游梁尾軸承的正下方，上下沖程運(yùn)行時(shí)間相等。 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析掌握抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的位移、速度和加速度的變化規(guī)律是研究抽油裝置動(dòng)力學(xué)和進(jìn)行抽油動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。游梁式抽油機(jī)是以游梁支點(diǎn)和曲柄軸中心的連線作為固定桿，以曲柄、連桿和游梁后臂為三個(gè)運(yùn)動(dòng)桿所構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)（圖22）。為了便于分析可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因?yàn)楹?jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型只能用于粗略估算和簡(jiǎn)單分析，所以本文主要研究抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的精確模型分析[2]。圖22 常規(guī)型抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 簡(jiǎn)化分析視r(shí)/l→0及r/b→0時(shí)，可將游梁與連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和D點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影（C點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，其懸點(diǎn)位移SA、速度VA和加速度aA分別為 （21） （22） （23）式中 ——曲柄轉(zhuǎn)角；——曲柄角速度；t——時(shí)間。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)假設(shè)曲柄半徑r與連桿長(zhǎng)度l的比值范圍為0r/l1/4,抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。令=r/l，懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為[6] (24) (25) (26)由式（26）對(duì)求導(dǎo)并令其等于0，可求得在和（上、下死點(diǎn)）處懸點(diǎn)的最大加速度。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模型是常用的模型，可用于一般的計(jì)算和分析。而簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型只能用于粗略估算和簡(jiǎn)單分析。 精確分析:圖23 常規(guī)抽油機(jī)幾何結(jié)構(gòu)圖中：A—游梁前臂長(zhǎng)度；C—游梁后臂長(zhǎng)度；P—連線長(zhǎng)度；R—曲柄半徑；I—游梁軸中心到曲柄軸中心的水平距離；X—C與J的夾角。 H—游梁軸中心到底座底部的高度。ρ—K與J的夾角；G—曲柄軸中心到底座底部的高度。ψ—C與K的夾角；K—游梁軸中心到曲柄軸中心的距離；—驢頭在下死點(diǎn)位置的ψ角。J—曲柄連桿軸徑到游梁軸中心的距離。 —驢頭在上死點(diǎn)位置的ψ角。α—曲柄半徑R與連桿P之間的夾角；β—游梁后臂C與連桿P之間的夾角。θ—R與零度線的夾角即曲柄轉(zhuǎn)角；φ—零度線與K的夾角。 運(yùn)動(dòng)分析：根據(jù)常規(guī)型抽油機(jī)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，由常規(guī)行抽油機(jī)構(gòu)成的四邊形的角度關(guān)系得： 根據(jù)前述常規(guī)型抽油機(jī)的幾何參數(shù)間的關(guān)系式,可得:懸點(diǎn)位移方程： （27）位移比： （28）懸點(diǎn)速度方程： （29）懸點(diǎn)加速度方程： （210）式（29）、（210）中的和表示對(duì)θ的一階和二階導(dǎo)數(shù)，由復(fù)合函數(shù)直接求導(dǎo)得：以上公式的中間變量B、Z、U、y及其導(dǎo)數(shù)分別為：根據(jù)以上抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的精確模型,根據(jù)VB語(yǔ)言程序。模擬上述的模型來(lái)求解抽油機(jī)的動(dòng)力學(xué)各參數(shù),并繪制運(yùn)動(dòng)規(guī)律的曲線圖. 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算實(shí)例應(yīng)用上述方法編寫(xiě)的VB程序,代入CYJ11348B（常規(guī)型）抽油機(jī)各參數(shù)值，即A=3m。C=。P=。R=。I=。H—G=。且沖次為9，則:程序顯示界面為: 圖24 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)程序界面可得懸點(diǎn)的位移、速度、加速度曲線為：圖25 懸點(diǎn)速度曲線圖26懸點(diǎn)加速度曲線圖27 懸點(diǎn)位移曲線第三章 抽油機(jī)診斷模型的建立及求解 桿柱動(dòng)力學(xué)分析抽油機(jī)井的計(jì)算機(jī)診斷是通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器在地面測(cè)得不同時(shí)間光桿載荷和位移的變化關(guān)系（地面示功圖），然后利用數(shù)學(xué)方法借助于計(jì)算機(jī)來(lái)求得各級(jí)抽油桿柱截面和泵上的載荷及位移（泵功圖)，從而繪出井下示功圖，并根據(jù)它們來(lái)判斷和分析全套抽油設(shè)備的工作狀況。 抽油桿微元體受力分析為了研究抽油桿柱受力狀況，作如下簡(jiǎn)化假設(shè)條件[1]：（1）假設(shè)抽油機(jī)各桿件為剛性體，不考慮其部件彈性變形；（2）電機(jī)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為常數(shù)；（3）假設(shè)抽油桿柱為線彈性體；（4）不考慮油管、液柱和抽油桿柱的耦合振動(dòng)；（5）抽油桿柱截面呈圓形，且同一級(jí)抽油桿柱，其截面積不變；（6）油管與抽油桿同心。直井有桿泵抽油系統(tǒng)抽油桿在工作時(shí)，任意井深位置處截取單元桿段和微元段進(jìn)行單元體受力分析(如圖31a、b所示)，抽油桿柱的軸向負(fù)荷由以下幾項(xiàng)所組成：圖31 抽油桿柱微元受力示意圖（1） 抽油桿柱自重，作用方向垂直向下；（2） 油井液體對(duì)抽油桿柱的液體靜壓力，作用方向垂直于抽油桿柱軸線向上；（3） 油管內(nèi)液柱在抽油泵有效面積（即柱塞面積減去相連抽油桿面積）上所產(chǎn)生的液體負(fù)荷，其方向垂直于柱塞表面向下；（4） 油管外液柱對(duì)柱塞下表面的液體壓力，其方向垂直于柱塞表面向上；（5） 抽油桿柱與液柱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性負(fù)荷。慣性負(fù)荷正比于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度，方向相反；（6） 抽油桿柱與液體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)負(fù)荷；（7） 各運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦力，包括：抽油桿柱與井液的摩擦力。作用于該單元體上的載荷包括： ( 31)式中 fx,fx+△x——抽油桿相應(yīng)截面上的內(nèi)力，N；fa——單元體的慣性力（與加速度方向相反）,N；fd——作用于單元體單位長(zhǎng)度上的粘滯阻力（與速度方向相反），N；fw——單元體重力，N；Er——抽油桿材料彈性模量,Pa； Ar——抽油桿橫截面積,m2；ρr——抽油桿材料密度,kg/m3； ve——單位長(zhǎng)度抽油桿柱的粘滯阻力系數(shù)，kg/m﹒s。根據(jù)抽油桿柱的微元體受力分析，其軸向力平衡條件： （32）將式（31）代入式（32）得到即 （33）在直井中重力是靜力，不影響方程（33）的結(jié)構(gòu)，因而在波動(dòng)方程求解時(shí)可不予考慮，只須在求解靜載荷和靜位移時(shí)考慮重力項(xiàng)即可。由式（33）可得描述抽油桿柱動(dòng)力學(xué)特性的波動(dòng)方程： （34）式中 α——聲波傳遞速度，m/s；
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