【畢業(yè)設(shè)計(jì)】抽油機(jī)井抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)答辯課件

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)論文答辯班級(jí)：機(jī)自0901班抽油機(jī)井抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)學(xué)號(hào)：03320090137答辯人：陳云宗指導(dǎo)老師：梁爾國(guó) 工程師第1頁(yè)，共28頁(yè)。第1章 Chapter 1 機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯1.1 研究課題的背景、目的及其意義 隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)越來(lái)越好，在“實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興”口號(hào)的倡引下，中國(guó)的采油業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展，但在石油開(kāi)采中隨著油田進(jìn)入高含水期, 井液的含水、井液密度增加，粘度、含蠟量提高,泵掛加深,管桿接觸面的潤(rùn)滑系數(shù)大幅度地降低等使抽油桿上行載荷明顯增加,下行阻力加大。這些變化促使抽油機(jī)驢

2、頭載荷增加的同時(shí), 也改變了抽油桿的受力和變形,解決抽油桿磨損已成為油田的當(dāng)務(wù)之急。 國(guó)內(nèi)外由于抽油桿磨損導(dǎo)致的損失是十分巨大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均一口井由于抽油桿磨損導(dǎo)致的修理費(fèi)高達(dá)一百萬(wàn)美元，從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外專家就對(duì)抽油桿磨損機(jī)理，磨損規(guī)律和磨損預(yù)測(cè)做了大量的相關(guān)研究工作。但由于抽油桿和油管之間的磨損是一個(gè)涉及多個(gè)學(xué)科，極其復(fù)雜的綜合性問(wèn)題，存在許多不確定性和隨機(jī)性。最近幾年國(guó)內(nèi)外關(guān)于抽油桿的磨損問(wèn)題研究也比較緩慢。 結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究成果，本論文將深入分析抽油桿磨損的機(jī)理、磨損規(guī)律；在掌握材料力學(xué)基礎(chǔ)上，了解抽油桿磨損原因和磨損幾何形狀描述方法，分析建立抽油桿沿井深的受力計(jì)算方法；運(yùn)

3、用摩擦學(xué)原理建立抽油桿的磨損方程，根據(jù)抽油機(jī)揚(yáng)程建立完整的抽油桿磨損預(yù)測(cè)模型；編制抽油桿磨損預(yù)測(cè)軟件。抽油桿磨損預(yù)測(cè)軟件將會(huì)對(duì)采油業(yè)以及相關(guān)的采油產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生積極而重大的影響。 第2頁(yè)，共28頁(yè)。第1章 Chapter 1 機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯1.2 抽油桿磨損的研究成果 1.2.1 抽油桿偏磨研究 中石化勝利油田采油工藝研究院發(fā)表了“抽油桿和油管偏磨腐蝕的研究進(jìn)展”。文章綜述了最近幾年來(lái)，有桿抽油系統(tǒng)中桿管偏磨和腐蝕的機(jī)理、影響措施以及防治措施方面的研究進(jìn)展情況，根據(jù)國(guó)內(nèi)各油田采取的防止桿管偏磨及腐蝕取得的效果，指出采用桿管防偏磨器、在油井中

4、加入緩蝕劑、使用耐磨腐蝕涂層材料等措施可取得良好的效果。 孫愛(ài)軍，李士瑞等發(fā)表了“抽油桿管磨損問(wèn)題的探討及預(yù)防措施”的文章指出：抽油井管桿偏磨是油田開(kāi)發(fā)普遍存在的問(wèn)題，對(duì)于進(jìn)入中后期開(kāi)采階段的油田，由于采用了注水等增產(chǎn)措施，偏磨井?dāng)?shù)量逐年增加，借助抽油桿受力狀況分析，提出了綜合防治措施及方法；通過(guò)對(duì)桿管的有效扶正，防偏磨抽油泵新工藝應(yīng)用，并取得了治理偏磨良好的效果。1.2.2 抽油桿磨損預(yù)測(cè)研究 況雨春，嚴(yán)金林等發(fā)表的“基于有限元方法的抽油桿磨損量預(yù)測(cè)”指出：計(jì)算可以獲得油桿任何部位的接觸力、位移和應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線以及任意時(shí)刻接觸力、應(yīng)力沿深度的分布曲線，可以通過(guò)磨損量計(jì)算模型的磨損量沿桿

5、分布的情況，計(jì)算情況與實(shí)際的偏磨位置有較好的吻合度。第3頁(yè)，共28頁(yè)。 第1章 Chapter 1機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 影響抽油桿偏磨1.3 本論文研究?jī)?nèi)容 本論文在考慮抽油桿的剛度和曲直的基礎(chǔ)上，研究抽油桿磨損機(jī)理和影響抽油桿偏磨的因素，推導(dǎo)深井抽油桿拉力扭矩方程，建立抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)模型，并編制預(yù)測(cè)軟件。該預(yù)測(cè)軟件可以預(yù)測(cè)不同井深、不同工作環(huán)境、不同沖次狀態(tài)、不同工作時(shí)間和不同鉆井液類型下所對(duì)應(yīng)的抽油桿的磨損程度。提前預(yù)測(cè)抽油桿的磨損程度，將會(huì)對(duì)采油作業(yè)提供依據(jù)。實(shí)例表明，抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)軟件可以減少很多人為的估計(jì)誤差，使預(yù)測(cè)值更為

6、準(zhǔn)確。第4頁(yè)，共28頁(yè)。第2章 Chapter 2機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯2.1 抽油桿管偏磨原因（1）自然井斜引起偏磨（2）地層蠕動(dòng)造成井斜引起偏磨（3）狗腿變向引起偏磨（4）套管變形引起偏磨2.2 抽油機(jī)井管偏磨規(guī)律（1）從含水狀況的分布上看，完全集中在高含水區(qū)。（2）從沉沒(méi)度的分布情況來(lái)看，主要集中在低沉沒(méi)度井上。 （3）從偏磨位置的分布情況來(lái)看，主要集中在泵上500米以內(nèi)。第5頁(yè)，共28頁(yè)。第2章 Chapter 2機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 井深剖面示意圖 1-垂直井段；2-第一次造斜井

7、段。第6頁(yè)，共28頁(yè)。第2章 Chapter 2機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯2.3 抽油桿的受力分析 抽油桿承受的靜載荷有：液體浮力Ff和抽油桿自重G；動(dòng)載荷有：驢頭懸點(diǎn)的載荷F(t)、接箍與井液的摩擦阻力Fj(f)、桿體與井液摩擦阻力Fg(f)、液柱質(zhì)量Gy(f)、抽油泵中柱塞與泵筒之間的摩擦阻力Fp(t)、油管與抽油桿產(chǎn)生接觸的徑向接觸力R(t)、軸向摩擦力Rj(t)以及周向摩擦力Rz(f)。第7頁(yè)，共28頁(yè)。第3章 Chapter 3機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 3.1 抽油桿磨損厚度的幾何計(jì)算法

8、 圖3-1 抽油桿磨損斷面的參數(shù)及幾何關(guān)系第8頁(yè)，共28頁(yè)。第3章 Chapter 3機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯3.2 抽油桿拉力扭矩微分方程 其中， Ft為油管的軸向拉力,N； Ro為抽油桿外半徑, m；v為下鉆速度，m/s； 為旋轉(zhuǎn)角速度（對(duì)于本坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)取正值）rad/s；為鉆井液的結(jié)構(gòu)力,Pa； 為鉆井液的動(dòng)力粘度,Pas； Dw為井徑, m。 q為單位長(zhǎng)度抽油桿重量，N/m。第9頁(yè)，共28頁(yè)。3.3 抽油桿磨損方程第3章 Chapter 3機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯第10頁(yè)，共28頁(yè)

9、。4.1 抽油桿磨損體積計(jì)算第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯參數(shù)錄入（抽油桿磨損效率、側(cè)壓力、磨損系數(shù)、揚(yáng)程、時(shí)間、沖次抽油桿的布氏硬度等信息）利用公式：計(jì)算磨損體積V輸出磨損體積V 抽油桿磨損體積計(jì)算流程圖第11頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.2 抽油桿磨損體積計(jì)算參數(shù)選擇狀態(tài)加重鉆井液介質(zhì)抽油桿材料P110抽油桿磨損效率（F）由試驗(yàn)狀態(tài)和抽油桿材料選擇： 0.15側(cè)壓力（N/m）見(jiàn)表4.1摩擦系數(shù)（f）由加重鉆井液介質(zhì)經(jīng)驗(yàn)公式選擇： 0

10、.000764揚(yáng)程（m）3.5時(shí)間（t）分別選擇1年和2年進(jìn)行對(duì)比計(jì)算沖次（次/min）分別選擇4次/min和8次/min進(jìn)行 對(duì)比計(jì)算抽油桿的布氏硬度（Hb）3269100000第12頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.3 抽油桿磨損體積計(jì)算界面第13頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.4 抽油桿磨損體積計(jì)算VB程序Function volume(k As Single, n As Single, f As Single, v

11、 As Single, t As Single, s As Single, h As Single) As Singlevolume = k * n * 2 * f * v * s * t / hEnd FunctionPrivate Sub Command1_Click()Label7.Caption = volume(Val(Text1.Text), Val(Text2.Text), Val(Text3.Text), Val(Text4.Text), Val(Text5.Text), Val(Text6.Text), Val(Text7.Text)End SubPrivate Sub Co

12、mmand2_Click()Text1.Text = Text2.Text = Text3.Text = Text4.Text = Text5.Text = Text6.Text = Text7.Text = Label7.Caption = End SubPrivate Sub Command3_Click()EndEnd Sub第14頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.5 抽油桿磨損體積計(jì)算坐標(biāo)圖 沖次4次/min，磨損時(shí)間1年第15頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37

13、號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.5 抽油桿磨損體積計(jì)算坐標(biāo)圖 沖次4次/min，磨損時(shí)間2年第16頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4 機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯4.6 抽油桿磨損體積計(jì)算小結(jié)論 通過(guò)對(duì)抽油桿磨損體積的計(jì)算，特別是利用不同時(shí)間，不同沖次條件下進(jìn)行的體積計(jì)算，可發(fā)現(xiàn)： ：相同的磨損時(shí)間內(nèi)，沖次越大，則抽油桿磨損 體積越大； ：相同的沖次條件下，磨損時(shí)間越長(zhǎng)，則抽油桿磨損體積越大； ：抽油桿的磨損體積不是隨著井深的增加而增加的，而是出現(xiàn)增大、減小、再增大的變化趨勢(shì)。 :抽油桿的磨損體積在300m、1400m、2000

14、m等三處較大，其中在300m處是磨損的最大值； ：抽油桿磨損體積在700m、2300m處較小，其中在700m處出現(xiàn)最小值即磨損量最小。 ：抽油桿的磨損體積的最大值為9.202612*10-4m3，最小值為0.26331795*10-4m3；第17頁(yè)，共28頁(yè)。4.7 抽油桿磨損厚度計(jì)算第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯參數(shù)錄入（抽油桿磨損體積、抽油桿外圓半徑、油管內(nèi)圓半徑） 利用VB中的二分法計(jì)算抽油桿磨損厚度h。 s1 = (R + h / 2) * (h / 2) * (R + h / 2 - r) * (r - h / 2

15、) s2 = (R * R - (R - r + h) * (R - r + h) - r * r) / (2 * R * (R + h - r) s3 = R * R * Arccos(s2) s4 = R * Sin(Arccos(s2) / (R * s2 - d + r - h) f = s1 - 0.25 * (A + s3 - r * r * Arc tan(s4) * (A + s3 - r * r * Arctan (s4)）如果滿足:Loop Until Abs(f) = 0.0001 輸出抽油桿磨損厚度h 抽油桿磨損厚度計(jì)算流程圖第18頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter

16、4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.8 抽油桿磨損厚度計(jì)算參數(shù)選擇單位磨損體積（m3）見(jiàn)表4.1抽油桿外圓半徑（m）由抽油桿公稱直徑選擇半徑：0.0095油管內(nèi)圓半徑（m）由油管標(biāo)準(zhǔn)選擇不加厚內(nèi)徑 的油管半徑為：0.03795第19頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.9 抽油桿磨損厚度計(jì)算界面第20頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.10 抽油桿磨損厚度計(jì)算VB程序Dim r1 As

17、 Single, r As Single, h As Single, c As SinglePublic Function f(x As Single) As Single 自定義函數(shù)過(guò)程Dim S As Single, P As Single, ww As SingleDim alf1 As Single, beit1 As Single, tbeit1 As Single, caLf1 As Single, talf1 As Single, salf1 As SingleS = (r1 - (r - x)P = (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2)caLf1 = (r1

18、 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x)salf1 = (Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2)talf1 = (Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x)alf1 = (Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x

19、) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x)tbeit1 = (r1 * Sin(Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) / (r1 * (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 -

20、(r - x) - (r1 - (r - x)第21頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 續(xù) 抽油桿磨損厚度計(jì)算VB程序beit1 = (Atn(r1 * Sin(Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) / (r1 * (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 /

21、(r1 - (r - x) - (r1 - (r - x)f = (Atn(r1 * Sin(Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) / (r1 * (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) - (r1 - (r - x) * r 2 + 2 * Sqr(r1 + r + (r1 - (r - x) / 2)

22、* (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2) - r1) * (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2) - r) * (r1 + r + (r1 - (r - x) / 2) - (r1 - (r - x) - (Atn(Sqr(1 - (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) 2) / (r1 2 + (r1 - (r - x) 2 - r 2) / 2 / r1 / (r1 - (r - x) * r1 2 - c返回傳來(lái)參數(shù)x對(duì)應(yīng)的函數(shù)值End FunctionPrivate Sub C

23、ommand1_Click()Dim m As Single, a As Single, b As Single, fm As SingleDim fa As Single, fb As Singler1 = Val(Text1.Text) / 2 r = Val(Text2.Text) / 2 c = Val(Text5.Text)第22頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 續(xù) 抽油桿磨損厚度計(jì)算VB程序Do 先接收用戶輸入方程根所在的區(qū)間 a = Val(Text3.Text) b = Val(Text4.Tex

24、t)fa = f(a) 求兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y坐標(biāo)值，即其函數(shù)值 fb = f(b)Loop Until fa * fb 0 判斷此區(qū)間內(nèi)是否有根Label3.Caption = a & 到 & b & 區(qū)間內(nèi)Do 二分法求根，直到達(dá)到精度為止 m = (a + b) / 2 取區(qū)間的中間點(diǎn) fm = f(m) 求中間點(diǎn)的函數(shù)值 If fm = 0 Then 找到方程根 Exit Do 找到后立即退出 Else 沒(méi)找到則繼續(xù)二分 If fm * fa 0 Then b = m: fb = fm Else a = m: fa = fm End If End IfLoop Until Abs(fm) = 0.0001Label3.Caption = Label3.Caption & 方程的根是： & m 輸出方程的根End Sub 第23頁(yè)，共28頁(yè)。第4章 Chapter 4機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)自0901班 37號(hào) 陳云宗抽油桿磨損程度預(yù)測(cè)畢業(yè)論文答辯 4.11 抽油桿磨損厚度算坐標(biāo)圖 沖次4次/min，