石油学报

作者：王旱祥, 吕孝孝, 刘延鑫, 陈升山, 兰文剑

单位：中国石油大学(华东)机电工程学院 山东青岛 266580

关键词：碳纤维抽油杆,超冲程,柱塞冲程,谐振,数学模型

基金：王旱祥,男,1967年10月生,1990年获石油大学(华东)学士学位,2007年获北京工业大学博士学位,现为中国石油大学(华东)研究生院副院长、教授,主要从事油气井杆管柱力学和井筒完整性研究工作。Email:wanghx@upc.edu.cn

摘要： 碳纤维抽油杆由于其本身的优势在油田得到推广；但在使用时存在柱塞超冲程现象，导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。采用运动分解的方法将抽油杆运动分解为由悬点位移激励和泵载荷激励的两个子运动，并建立相应数学模型，采用有限差分法求解，与现场数据对比，验证了模型的准确性。同时，建立了柱塞超冲程的仿真模型，分析了柱塞超冲程的产生机理及冲数、悬点冲程、泵径、泵挂和碳杆占比对柱塞超冲程的影响。仿真和分析结果表明：①柱塞相对超冲程由悬点位移激励的同频超冲程和泵载激励的谐振超冲程组成；②加载完成时悬点的速度、杆柱的谐振性能参数越大，谐振截止相位越接近3π/2，柱塞谐振超冲程越大；阀二次动作会削弱柱塞谐振超冲程；同频超冲程随抽油杆柱的固有频率增加而下降，随冲数和悬点冲程增加而上升；③柱塞相对超冲程随冲数的增加波动上升，随悬点冲程的增加先下降、后上升，随泵径的增加先上升、后下降，随泵挂的增加单调上升；④在极值冲数或较高冲数、极值碳杆占比（杆柱固有频率最低时的碳杆占比），高泵挂时，柱塞超冲程现象明显。

来源：2019年第12期

《石油学报》期刊编辑部

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