《石油开发杆管系统的三维力学分析及应用》

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科学技术领域该成果属于机械工程和油气田井开发工程的交叉领域。 主要将机械工程、石油管杆柱力学等学科的基础理论,应用于井下工况复杂、环境参数恶劣的石油开采过程中管杆系统的优化设计、动态性能分析、运行状态的综合诊断,以提高整机系统的效率。

主要内容:重点研究:

(1)井下杆柱三维力学性能分析的模型与数值求解方法;

(2)多层分注等特殊管柱在三维井眼中通过性和安全性等问题的分析模型与判定准则;

(3)井下机泵系统综合效率的定量计算模型与工艺参数的优选;

(4)基于神经网络的井下机泵系统的故障诊断模型及软件开发。

3.成果特点及创新性:

(1)建立了三维抽油管杆载荷的力学模型和多级抽油杆的评估分析系统,形成了抽油杆管系统的优化设计方法,提高了石油开采管杆整体使用寿命,平均每口井延长50天以上。

(2)开发了三维石油管柱下入和井下管柱动态检测系统,提出了定向井分注管柱通过性分析方法,解决了管柱在特殊工况下的强度和安全性问题。

(3)建立了机泵的优化模型和机泵特征参数的修正模型,提出了机泵系统综合效率的定量分析方法,优化了机泵系统的工艺参数,提高了抽油机井整机效率15%以上,降低了油田开发中的用电量。

(4)基于井下机泵系统电流卡片特征参数的提取和知识库的建立,形成了井下机泵系统的神经网络故障诊断方法,开发了相应的应用系统,降低了机泵系统的维修工作量。

该成果融石油开发杆管系统和机泵系统的力学行为分析、安全性评价、综合效率提高以及增寿节能中的核心技术于一体,拥有多项自主知识产权。 该成果获已授权发明专利5项,获已授权实用新型专利7项,软件著作权3项。在国内外公开发表论文19篇,EI/CPCI收录5篇。

4.应用推广情况:该项目已在中国石化江汉油田江汉采油厂等多个单位的4375口井进行了应用,平均每年减少维修工作量617井次,节电2.0亿度,已获利润、产值和税收为7.25亿元,创造了良好的经济效益。

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