螺杆泵采油杆柱受径向力激励的横向振动

杆柱横向振动是螺杆泵采油系统杆管失效的主要原因,研究杆柱匀速自转时液体径向力对杆柱横向振动规律的影响,通过仿真拟合方法得到液体径向力的数学模型并探讨径向力和公转离心力对杆柱作用规律;建立杆柱横向振动的仿真模型,其中液体径向力和由于杆柱偏心旋转离心力为横向激励,研究液体径向力对杆柱横向振动规律的影响;利用数值方法对振动微分方程求解。结果表明:液体径向力的方向变化和偏心率有关且存在使径向力方向转换的临界偏心率,考虑径向力时杆管间碰撞力增大,碰撞次数增多,杆管首次发生碰撞时间缩短,杆柱波动性更大,碰撞力最值出现在杆柱底端和中部附近;杆柱工作时间越长其整体振动越明显,形状越不规则。

螺杆泵采油杆柱扭转振动固有频率的计算方法

考虑地面驱动与传动系统转动惯量对铅垂直井螺杆泵采油杆柱扭转振动的影响,建立了顶端具有等能转动惯量Je的自由转动圆盘、下端自由的多级组合杆柱扭转振动的力学模型,给出了单级、二级与三级组合杆柱自由扭转振动固有频率的计算公式。分析结果表明,等效圆盘的转动惯量与采油杆柱转动惯量的比值Je/J0对杆柱扭转振动的固有频率有一定影响,当Je/J0=5和Je/J0=25时,基频相差7.38%。当Je/J0≥5时,固有频率随Je/J0的增加而增加,并趋近于将螺杆泵采油杆柱顶端简化成固定端时的固有频率。当Je/J0≥10时,将螺杆泵采油杆柱顶端简化成固定端所产生的基频计算误差为5%左右。对于目前实际应用的螺杆泵采油系统,采油杆柱第1阶与第2阶扭转振动的固有频率一般处于螺杆泵常用的工作转速范围内,因此应合理选择螺杆泵的工作转速或合理设计下泵深度与杆柱组合,以避免系统在基频或二次谐波共振区工作。

螺杆泵滚动防偏磨装置

针对螺杆泵井杆柱偏磨引起失效的问题。引用有限元基本理论,以空间梁单元与弹簧元为受力模型,开展了螺杆泵杆柱受力的力学仿真研究,模拟了抽油杆与油管之间接触力的大小,同时设计了滚动防偏磨装置,应用软件对滚动防偏磨装置的效果进行了评价,现场应用3口井,平均延长检泵周期382天,实现了降低两率的目的。