定向井抽油杆柱纵横扭耦合振动仿真研究

作     者：王宏博 孙秀荣 李凤鑫 李伟成 辛顺 王长亮 李东芳 WANG Hong-bo;SUN Xiu-rong;LI Feng-xin;LI Wei-cheng;XIN Shun;WANG Chang-liang;LI Dong-fang

作者机构：海洋石油工程股份有限公司天津300451 河北环境工程学院河北秦皇岛066102 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 

出 版 物：《振动工程学报》 (Journal of Vibration Engineering)

年 卷 期：2024年第37卷第11期

页      面：1936-1949页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金资助项目(52304049) 河北省自然科学基金青年基金资助项目(E2021203095) 国家高端外国专家引进计划项目(G2022003010L) 河北省高等学校科学技术研究项目(ZC2023164) 河北环境工程学院科技支撑项目(2020ZRZD01) 河北省引进留学人员资助项目(C20220336) 燕山大学基础创新科研培育项目(青年)(2021LGQN009) 

主　　题：耦合振动 抽油杆柱 定向井 轨道激励 摩擦扭矩 

摘      要：抽油杆柱是由接箍与抽油杆通过螺纹连接组成的细长杆柱。对抽油杆柱动力学行为的研究是预防抽油杆柱失效破坏,降低油井运行成本的基础。针对抽油杆柱的纵横扭耦合振动,提出杆管摩擦力产生的绕轴扭矩是扭转振动的激励这一观点。考虑摩擦力对杆柱纵横扭耦合振动的影响,建立了具有初弯曲的定向井抽油杆柱在顶端位移激励、底端载荷激励、弯曲井眼轨道激励与油管约束条件下的纵横扭耦合振动仿真模型。采用四阶龙格-库塔法实现了对仿真模型的求解和对杆柱动力学行为的仿真模拟。仿真结果表明:杆柱的纵横扭耦合振动对杆柱纵向、横向振动仿真结果均有影响,相对来说对纵向振动的影响并不明显;油井造斜段的杆管接触力大,杆柱受压段的杆管碰撞严重,因此油井的造斜段与杆柱的受压段为杆管偏磨的危险点;正常预紧情况下,杆柱的扭转振动不足以导致抽油杆柱脱扣,但当接箍螺纹预紧力降至杆柱的最大扭矩以下后,扭转振动即可能导致抽油杆柱脱扣。