基于ANSYS二次开发的抽油杆柱参数化有限元分析

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有杆抽油是世界采油工程中一直占主导地位的机械采油方式,但在其采油过程中通常会发生抽油杆的断裂与脱扣事故。这不仅影响了油井的正常生产,同时也增加了作业费用,使得采油成本加大。因此,精确预测抽油杆柱在井下的动态行为、建立杆柱的动力学数学模型以提高抽油杆的使用率是目前亟待解决的难题。 本文采用ANSYS分析软件,并借助VB编程语言开发出友好、方便、易用的人机交互界面。对影响有杆抽油系统的主要部件——抽油杆的动态特性进行了计算机模拟,主要研究内容如下: 首先,对抽油杆柱进行受力分析,主要是对抽油杆柱所承受的动载荷的分析。在对杆柱受力状态分析的基础上,建立有杆抽油系统的波动方程并给出了解法详尽地有限元推导过程。 其次,根据抽油机光杆运动方程,按不同时间区段模拟多级抽油杆柱的循环运动过程,绘制其计算机模拟的位移、力、速度和伸长量—时间曲线,并将模拟得到的光杆悬点载荷与实测值进行了对比,得到了较好的吻合。模拟所得到力—时间曲线为降级杆剩余寿命的计算提供了依据。同时,位移、速度及伸长量曲线为确定合理的光杆形状、优化抽油机系统奠定基础。 最后,应用ANSYS分析软件中的二次开发语言APDL编写整个分析过程的命令流文件,并用VB编程语言开发人机交互界面,提高了分析效率。 本文建立的抽油杆柱瞬态有限元模型能够基本上描述抽油杆柱的实际运动和受力变形状态。通过对此模型的计算分析,为提高抽油杆柱的使用率、设计抽油机—杆—泵系统、完善井下计算机诊断技术提供了一条新的途径,具有一定的实用价值。
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