游梁式抽油机悬点载荷的动态响应分析(zuixin).doc

游梁式抽油机悬点载荷的动态响应分析孙振华,田学民中国石油大学(华东),信息与控制学院,257061第一作者简介:孙振华,男,高级工程师,出生于1971年10月10日,1993年7月毕业于石油大学(华东)自动化系,2002年7月获得上海交通大学机械工程硕士学位,现为中国石油大学2006级在读博士(全日制)。通讯地址:山东省东营市北二路271号自动化馆北楼201室,邮编:257061;邮箱:sunnyforqu2000@;电话:摘要本文针对以波动方程为基础的抽油机井悬点示功图仿真分析方法中计算量大、对参数的敏感性强等系统动态分析不利因素,建立了简化的基于系统动态响应分析的动态模型。该模型结合实际抽油机悬点示功图中抽油杆的振动规律是一个近似二阶振荡这一特点,通过精确的抽油机井下系统的动力学分析,将抽油杆的运动分为四个阶段,在主要的第二、第四阶段建立系统的动态响应模型。对某抽油机系统的仿真结果表明,本文建立的模型能够较好地反映现场的实际情况。关键词 游梁式抽油机悬点载荷动态响应分析DynamicResponseAnalysistothePolished-RodLoadofBeam-PumpingUnitAbstract:plicatedcalculationandparameterssensibility,-. KeyWords:Beam-PumpingUnit,Polished-RodLoad,DynamicResponseAnalysis引言有杆泵采油是目前石油开采工艺中的主力方法之一[1],目前其生产状况的动态监控主要采用示功图分析方法,但是大多数示功图分析方法都是静态的,如专家系统[2]、矩特征法[3]、神经网络分析法[4]等,忽略了系统的动态响应特性。以波动方程为基础的抽油机井悬点示功图仿真分析方法[5][6]为系统的精细描述提供了强有力的工具,但是它的计算量大,对系统的基础数据准确度要求较高,因此目前主要用于抽油机系统的优化设计,对于系统实时动态分析方面的应用仍然受到限制。实际上,抽油机运动有很强的规律性,抽油杆可以看作是一个近似二阶系统。因此本文对于来自井下的激励响应可以通过二阶系统响应函数加以描述,建立了游梁式抽油机悬点载荷的动态响应分析模型。模型中把影响抽油杆动态响应的因素分为两个主要参数,即系统阻尼系数和系统圆频率,和同系统摩擦以及泵载荷的大小直接相关,因此通过分析和的值即可得到系统摩擦以及泵载荷的变化规律,大大简化了系统分析方法,为系统的实时动态分析提供了一个有用的思路。抽油机井下系统动力学分析分析系统井下运动规律,文献[7]将油管未锚定情况下的抽油机运动在一个周期内分为四个连续工作状态:(1)上行程开始时抽油杆和未锚定油管持续拉伸变形阶段;(2)并行基本结束后的上行程阶段;(3)下行程开始时抽油杆和未锚定油管变形持续恢复阶段;(4)变形基本恢复后的下行程阶段。在油管锚定的情况,抽油杆柱的运动也大致可分为四个阶段:第一阶段:悬点开始上行,泵柱塞由于惯性继续下行到最低点;第二阶段:悬点上行过程中,泵柱塞也开始上行,到悬点达到上行程死点;第三阶段:悬点开始下行,泵柱塞继续上行到最高点;第四阶段:悬点下行过程中,泵柱塞也开始下行,到悬点达到下行程死点。在第一、四阶段,当出现抽油杆下行阻力过大而引起抽油杆杆柱扭曲变形时,可以再将各阶段单独细分,这里仅讨论理想情况。抽油杆运行的每个阶段内,系统相对稳定,悬点负荷的变化是位移、速度、加速度和载荷激励的函数。第一阶段和第三阶段,为基本变形建立阶段,是由于柱塞的惯性作用或抽油杆的弹性收缩而引起,一般时间较短。第二阶段和第四阶段,为系统对激励的动态响应阶段,是系统的主要表现阶段。图1系统运动一个周期内的四个阶段在油管锚定情况下,不考虑油管变形带来的影响,分析不同阶段抽油杆悬点受力。1第一阶段抽油杆上端由于受悬点的约束被游梁强制上行,而抽油杆下端部即泵柱塞由于惯性以及抽油杆的拉伸作用继续保持下行,此时泵的游动阀处于打开位置,固定阀处于关闭位置,抽油杆和柱塞相当于在一个充满液体的容器里移动,抽油杆仅受拉力、重力、浮力和摩擦力的作用。这一阶段,悬点加载质量中包含抽油杆惯性质量,到泵柱塞移动前它达到最大值,模型是一个垂直上提