螺桿泵系統桿柱設計及分析研究現狀

       抽油桿柱是地面驅動螺桿泵系統的重要組成部分，在螺桿泵抽油桿柱設計方面，國內外學者進行了大量研究。等對螺桿泵桿柱強度設計進行了計算；對螺桿泵的摩擦扭矩作了深入研究，得出了抽油桿柱摩擦力矩計算公式；通過試驗研究，魏紀德、師國臣、李增亮分別得出螺桿泵抽油桿柱負載扭矩的計算公式；螺桿泵采油系統井筒環空結構參數及抽油桿轉速與流體摩擦阻力的關系，得出抽油桿的直徑和轉速是決定流體摩阻的主要因素。 2004年，改進了抽油桿載荷的計算方法，利用微元段法逐段對抽油桿柱進行載荷分析，考慮在不同深度處井筒內流體粘度隨溫度變化，同時考慮井斜角變化對抽油桿載荷的影響。抽油桿柱動力學基本方程，建立了穩態拉力一扭矩模型用于抽油桿柱整體力學分析、對井口處的抽油桿柱作局部彎曲分析的數學模型以及對與螺桿泵轉子相連接的下部桿柱作動力分析的數學模型，并提出了穩定器布置方法；將梁單元和動力間隙單元相結合，采用New mark直接積分法，建立了抽油桿柱非線性瞬態動力學的有限單元法，使得抽油桿柱碰撞接觸問題得以求解，給出抽油桿柱強度和扶正器安放位置的數值分析方法；建立了螺桿泵采油系統抽油桿柱扭轉振動的動力學方程，給出了組合桿柱各階扭轉振動固有頻率的計算公式；應用Timoshenko梁一軸模型分析了單螺桿泵采油桿的動力學特性，得出了單螺桿泵抽油桿柱運動方程的解析解，有效地了解采油桿的動力特性；螺桿泵桿柱瞬態動力學模型及分析方法，并在油田實際的桿柱失效分析中得到應用。針對含砂量高、低液面的螺桿泵井抽油桿柱載荷進行分析，并提出提高抽油桿可靠性的新技術。