基于正交实验的井下直线发电机设计与分析

针对现有井下电能供应方式发电功率低的缺点,结合直线发电的优点,提出了一种新型圆筒型井下直线感应发电方案,该发电机利用抽油杆和油管之间相对运动的方式,产生感应电流。首先,根据现有电机学原理,完成对圆筒型永磁直线发电机的结构设计,然后,利用Ansoft Maxwell对圆筒型永磁直线发电机的空载磁通量密度、空载感应电动势、阻性负载以及实际密封不严情况下的发电性能进行分析,验证了发电机设计的正确性;最后,利用正交实验的优化方法,以畸变率和发电量为优化目标,对关键结构参数进行了优化。结果表明,该发电机谐波畸变率低、发电功率大,不论在空载时还是负载时都有很好的稳定性,能够有效解决现有井下发电机发电效率低、性能不稳定的问题。

压缩式胶筒结构优化及裸眼密封性能分析

压缩式封隔器广泛用于油田分层开采工艺,其胶筒的坐封通过高压流体作用在活塞上压缩胶筒或管柱来实现。现场作业发现:压缩式胶筒离载荷端较远,且大多采用单向加载,导致坐封不完全,接触应力与密封性能系数较低。针对上述问题,基于Mooney-Rivlin超弹模型、胶管变形及接触非线性理论,建立压缩式胶筒组有限元计算模型,从内衬套和防肩突结构开展单因素分析,并对其裸眼密封性能进行研究,结果表明:三角形内衬套能有效提高胶筒中部接触应力;金属圆环防突结构能提高胶筒密封性能系数;与常规压缩式封隔器相比,优化后的压缩式封隔器密封性能显著提高;裸眼井壁的不规则程度在一定范围内时,对封隔器的密封性能影响不大。

含CO_2油气管道内腐蚀模拟及剩余寿命预测

目的通过对含CO_2油气管道的内腐蚀状况进行仿真和实验研究,得出管道的内腐蚀规律和剩余使用寿命。方法以渤西海域某一管道的实际工况为基础,采用OLGA软件并选择De Waard95模型对CO_2腐蚀速率的影响因素进行仿真分析。采用失重实验研究了温度和CO_2分压对X52级管道钢腐蚀速率的影响,在仿真数据的基础上对腐蚀管道的剩余寿命进行预测。结果仿真结果表明,管道沿线的温度、压力、持液率、流型及pH值对CO_2腐蚀程度的影响都很大。实验发现,CO_2腐蚀速率随温度的升高呈先增后降的趋势,且在温度为333 K时达到最大值,为0.22 mm/a。随着CO_2分压的升高,腐蚀速率呈上升趋势,最大值为0.24 mm/a。结论随着管道高程和里程的不同,不同因素对CO_2腐蚀有不同程度的影响,管道入口段的腐蚀速率最大,仿真和实验结果对管道的内腐蚀防护和剩余寿命预测有一定的参考价值。

水平井抽油泵的研制及应用

介绍了三种结构的稠油水平井抽油泵：带液力平衡补偿液缸的水平井抽油泵、带导向功能固定阀的水平井抽油泵、带环形阀的大斜度抽油泵；在阐述抽油泵的工作原理和结构特点的基础上，研究了水平井抽油泵环隙漏失理论计算方法。通过现场试验分析，表明所研制的水平井抽油泵工作平稳、可靠、抽汲效果好，泵效达４１％～４３％以上。

机抽系统优化设计软件研制与应用

长期以来 ,由于不少油田机抽采油系统主要靠经验设计 ,导致机抽井普遍存在机抽参数设计和硬件配置不合理、供排不协调、系统效率低和经济效益不高等问题。在此详细介绍了能较好解决这些问题的“机抽系统优化设计软件”的主要研究思路、功能、特点、运行环境。现场应用证明 :“机抽系统优化设计软件”可较大幅度的提高机抽井的系统效率和产液量 ,显著提高机抽井的经济效益和机抽井的管理水平。

钻井液循环系统存在的问题及解决方案

针对现用钻井液地面循环系统存在系统复杂、操作难度大、一些设备寿命短、故障多 ,以及使用时往往达不到固控要求等问题 ,设计出相对简化的钻井液地面循环系统流程 ,提出改进或研制砂泵、钻井泵、水封式旋流分离装置等方案 ,以期简化钻井液循环系统流程 ,提高钻井液循环系统的寿命和固控效果。为了克服现用钻井液井下循环系统较严重影响机械钻速的不足 ,提出在钻头上方加装新型井下固相分离器的解决方案 。

基于PLC的不压井修井机液压控制系统

为了提高不压井作业的自动化程度,降低工人的劳动强度,针对现在广泛应用的独立式不压井修井机,设计了一种基于PLC的不压井修井机控制的液压控制系统。阐述了独立式不压井修井机的基本工作原理,提出了具体的液压控制系统方案和PLC控制框架。采用两级起升液缸和差动回路交替控制,实现了快速起升及缓慢下放油管作业。动力卡瓦回路采用了四缸同步回路和互锁控制,使得油管能自动对中。PLC控制实现了动态寻找起、下作业的"平衡点"以及各种修井作业的自动控制。该系统提高了不压井修井机的工作效率,避免了起下管柱作业的过程中生产事故的发生,增强了作业的自动化和安全性。

提高机抽井系统效率的重要措施

针对目前不少油田存在的机抽系统配置不尽合理、系统效率低、能量损耗大、经济效益差的问题 ,在机抽井系统效率分析的基础上 ,提出通过应用和研制提高机抽井系统效率的综合设计计算软件 ,优选或研制机抽配套设备 ,以及加强机抽井的日常管理的措施 ,全面提高机抽井系统效率。结果表明 ,通过这几方面的研究工作可显著提高机抽井的系统效率。

抽油机自动平衡模块设计与分析

为解决抽油机平衡调整安全性差、调节精度低、节能效果不好以及抽油机不能随井况变化自动调整的问题,设计了一种自动平衡抽油机。数据采集模块采集示功图后经无线传输模块传至上位机,数据处理单元仿真出所有平衡设置情况下曲柄轴净扭矩曲线形状,得到曲柄轴均方根扭矩最小时的平衡设置方案。平衡调节命令经RTU接收后控制执行结构对抽油机平衡进行实时、精确调节。研究表明,与常规游梁式抽油机相比,自动平衡抽油机的动力性能得以改善,具有良好的节能降耗效果。自动平衡抽油机的研究为模块化智能抽油机奠定了基础。

不同支撑角度下含凹陷管道的应变分析

针对管道支撑角度对凹陷管道等效应变的影响,以非线性接触为基础,应用ABAQUS有限元软件,建立三维球形凹陷缺陷管道模型。通过求解该模型,探讨了在无管道内压的情况下不同管道支撑角度以及凹陷位置与含凹陷管道等效应变之间的变化规律。研究结果表明:在欧洲管道研究组织(EPRG)所允许的极限凹陷深度以及无内压的情况下,支撑角度的变化会影响管道的等效应变,随着非对称支撑角度的增大管道的等效应变逐渐减小;不同的凹陷位置会对管道等效应变造成不同程度的影响,在对称支撑时管道等效应变呈先增大后减小的趋势,而在非对称支撑时管道等效应变呈减小的趋势;在凹陷位置θ1时,支撑角度θ3对管道等效应变的影响大于支撑角度θ2对管道等效应变的影响。

SCT型单螺杆泵采用Mooney-Rivlin模型的有限元分析

德国Seepex公司研发的SCT(Smart Conveying Technology)型单螺杆泵是一种采用定子可分割技术的灵巧型输送设备,对其结构组成和工作原理进行系统地总结后发现,采用定子分割技术的SCT型单螺杆泵具有输送效率高、极小空间内可快速安装拆卸定子等优点。但该设备常在低压环境下输送污泥,未见其在油气混输中的应用,且可分割的定子属于超弹性非线性材料,因而对定子采用Mooney-Rivlin模型并通过有限元分析其在高压下的密封效果。结果表明,在一定的内压下,定子与转子接触压力随着腔室间压差值的增加几乎呈线性增加,且接触压力曲线的斜率小于压差曲线的斜率,具有较高的密封压差,因此,可在传统SCT型单螺杆泵基础上进行结构改进使其更适用于油气混输。

不压井修井作业起下管柱装置发展及典型结构

总结了国内外不压井修井机技术的发展历程。分析了典型液压不压井修井作业起下管柱装置的结构和工作原理、液压驱动系统的组成及主要性能特点。针对该装置控制系统存在的问题,提出了基于PLC的控制系统设计思路。

井下油水分离漩流器数值仿真分析

应用计算流体力学软件FLUENT对井下油水分离器中的漩流器(核心部件)进行了三维数值模拟,在建立模型时运用RSM湍流模型和基于欧拉法的MIXTUER两相流模型。数值模拟得到了漩流器的速度场、压力场和油水相分布等数据,对井下油水分离器的设计具有指导意义,并为进一步研究漩流器分离性能提供了参考依据。

一种新型泥浆泵动力端的设计及运动仿真

针对目前三缸泥浆泵曲轴多采用2支撑结构,曲轴支撑之间跨度大,刚度小,导致曲轴直径过大、动力端质量大、曲轴轴承受载情况恶劣等问题,从改善曲轴受力、降低动力端总体质量的角度,对泥浆泵动力端结构进行了改进。在曲轴连杆连接处采用特殊的轴承连接,将曲轴的2支撑结构改为4支撑结构,从而在曲轴长度不变的情况下,使其受力情况得到改善,曲轴直径和曲拐处直径大大减小,动力端的总质量也大大降低。利用Pro/E软件进行动力学仿真,验证了设计结构,证实了该结构设计能够满足设计要求。

水平井抽油泵泵阀实验研究

具有多项模拟试验功能的水平井（定向井）抽油泵试验装置系统可进行直井、水平井（定向井）抽油泵室内模拟试验，进行抽油泵泵阀结构形式、尺寸的对比试验，进行冲程损失的模拟试验和抽油泵防砂装置结构对比试验等。水平井（定向井）抽油泵泵阀的模拟试验表明，在井斜角不太大和介质粘度较低时，机械启闭阀＋锥阀效果较好。但在高粘度介质大井斜角条件下，特别是在水平井条件下，机械启闭阀＋拉杆带动阀效果更佳。

高压头比下射流泵的设计方法研究

从射流泵的基本方程入手,推导出了射流泵的性能包络线方程,并采用雅克比迭代的方法,利用Matlab绘制出了射流泵的性能包络曲线;联立性能包络线方程,推导并简化了射流泵在高压头比工况下最优参数的计算方法。利用有限元软件ANSYS模拟对比了常规设计方法和新方法设计出的射流泵的性能,发现在高压头比的工况下,常规方法设计出的射流泵面积比过小且喉管过短,不利于工作流体与被吸流体在喉管处充分混合,导致能量损失较大;而新设计方法设计出的射流泵各参数都比较合理,其性能相比于常规方法设计出的射流泵有很大的改善。

基于CFD与ADAMS的三角转子气动机设计与仿真

针对采用高压天然气井井下节流降压工艺时存在浪费天然气压力能的现象,提出了利用三角转子气动机将高压天然气压力能转化为机械能驱动发电机发电的思路。首先,借鉴传统三角转子发动机结构特点,对三角转子气动机进行了总体结构设计并提出全新的降压方案;然后,利用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)数值模拟方法对气动机内部流场进行了数值模拟;最后,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件对三角转子气动机机械系统进行了运动学与动力学仿真,运用赫兹接触理论校核了径向密封片与气缸的接触强度,利用ABAQUS分析软件校核了缸体耐压强度。仿真结果表明,第1级气动机设计合理,第2级气动机的设计存在缺陷,将第2级气动机入口温度从343 K提高到353 K后,解决了气缸中因压力、温度下降产生水合物的问题。仿真结果为后续三角转子气动机的深入研究提供了新思路。

天然气井井下定压节流阀数值模拟及结构优化

针对目前节流阀存在无法根据需要自动改变节流嘴尺寸等问题,利用ANSYS对一种新型天然气井井下定压节流阀进数值模拟,该节流阀可以根据节流阀入口压力的变化调节节流阀的开度,以保证节流阀出口压力基本保持在设计压力值范围不变,分析了节流阀在正常工作压力范围内、不同开度时,节流阀节流过程中的压力、速度和温度变化,仿真结果和理论计算结果相符;通过节流阀在气固两相流时的冲蚀磨损情况分析,表明在节流阀阀芯锥面冲蚀磨损最为严重,最大冲蚀率为4.413×10-7kg/(m2·s)。最后,基于前面分析结果对节流阀的阀芯和阀座进行结构优化,优化结果表明当节流阀阀座倾角β=10°时,阀芯冲蚀率最小;并对阀芯锥面进行氮化处理增强其耐磨性。

高压闸阀阀板与阀座摩擦因数的试验研究

在打开完全关闭状态的闸阀时,由于闸板与阀座密封面充分接触,使闸板与阀座密封面滑动摩擦力达到最大值,导致阀板驱动机构所受力也达到最大值。为确保设计的阀板驱动机构能在阀门全关状态下顺利打开阀门,必须较准确地计算出阀门与阀座之间的摩擦力,而阀门与阀座的摩擦因数难以确定。通过试验的方法测出了油气田现用闸阀的阀门与阀座的摩擦因数,为设计提供了重要基础数据。

采油(气)井口装置现状及发展趋势

采油(气)井口装置是油气生产的重要设备,其性能的优劣关系到油气井能否安全、高效地生产。本文在介绍国外井口装置的总体发展现状及井口装置各部件结构的改进情况的基础上,指出了当前我国井口装置存在的不足。同时也对我国井口装置今后的发展提出了建议。