抽油杆动态特性仿真与偏磨问题研究

抽油杆动态特性分析与数值模拟是一篇针对东北大学硕士研究生江旭东的研究论文，该论文着重探讨了在大庆油田的采油工艺中，抽油杆与油管之间的偏磨问题及其对抽油杆疲劳断裂失效的影响。偏磨现象的主要成因包括抽油杆柱的轴向失稳、油液法向力的加剧以及摩擦力的作用，这些因素共同导致杆断率上升、作业井次增加，影响了聚合物驱油井的生产效率，增加了作业成本。解决这一问题的关键在于精确预测抽油杆在井下的动态行为，为此，作者运用有限元软件进行计算机模拟。 论文的核心内容涵盖了以下几个方面： 1. 波动方程与有限元推导：基于一维带有阻尼和重力的波动方程，作者详细地进行了有限元理论的推导，为后续的数值模拟提供了坚实的数学基础。 2. 固有频率计算：利用软件中的模态分析方法，作者成功求解了抽油杆柱的固有频率，这是理解其振动特性的重要参数。 3. 光杆运动模拟：通过模拟多级钢抽油杆柱在抽油机作用下的循环运动过程，论文展示了计算机模拟的位移、速度、力及示功图曲线，并与实际测量数据进行了对比，验证了模型的有效性，这对于优化抽油机系统设计具有实际意义。 4. 偏磨影响下的模拟分析：作者进一步模拟了钢抽油杆柱在存在偏磨条件下的工作情况，通过绘制相关曲线并进行对比分析，得出了有关抽油机、泵和杆参数选择的定量和定性理论依据。 论文结果显示，通过计算机模拟得出的结果与实际测试相吻合，这为设计更高效的抽油机、杆和泵系统，以及提升井下计算机诊断技术提供了创新的解决方案，具有显著的实用价值。关键词包括抽油杆柱动态特性、偏磨、计算机模拟和有限元方法，这些都是论文研究的重点和核心内容。