螺杆泵杆柱结构动力学分析及数值仿真
本文以整体抽油杆柱为研究对象,考虑了抽油杆柱结构与油管内壁的间隙和接触状态、井眼曲率等因素的影响,建立了整体抽油杆柱非线性力学模型,它能够较为准确地描述抽油杆柱的受力变形状态.同时,针对抽油杆柱与油管内壁在不同井深和不同井眼圆周方向上的随机接触摩擦,应用"动力间隙元"和空间梁单元理论,结合冲量定理,来描述抽油杆柱这类碰撞接触问题.采用Newmark直接积分法,建立了抽油杆柱非线性瞬态动力学的有限单元法,为抽油杆柱的动力学分析提供了一种行之有效的数值计算方法.根据整体抽油杆柱动力学分析的结果,结合抽油杆柱材料和结构特性,可对抽油杆柱强度进行评价,设计合理的扶正器安放位置.经北2-6-41等井的应用表明,其设计结果更趋于合理和可靠,避免了抽油杆柱发生脱断、偏磨事故.基于动力学分析理论,结合地面控制装置,提出了恒液面控制方法.经大庆油田5口井试验表明,83﹪的控制点液面高度误差均在50m内,满足了工程需要,实现了螺杆泵恒液面控制目的.根据拓扑结构理论以及0penGL函数库图形处理的特性,研究了细长杆柱三维仿真实现的方法.结合杆柱自身几何结构特点,利用三角形和四边形有机的组装,构造了杆柱的外壳,并通过杆柱轴线上关键点的参数化控制,实现了杆柱变形仿真,运用双缓存及动画帧等技术,结合杆柱动力学计算结果对杆柱进行了动画模拟.应用Delphi及OpenGL编程语言编制了"螺杆泵杆柱结构动力学分析及仿真设计"软件,可对各种工况下抽油杆柱动力学模型进行分析,可计算出时域内杆柱运动、受力变形、碰撞接触状态.该软件为科学设计抽油杆柱结构、合理设计扶正器安放位置以及控制恒液面高度,提供了一种实用的技术手段,同时也为井下超细长杆柱运动变形仿真奠定了基础.
螺杆泵;杆柱;动力学;仿真;非线性
东北石油大学;大庆石油学院
硕士
工程力学
罗敏;刘巨保
2007
中文
TE933.2
80
2007-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）