[发明专利]一种基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法

权利要求书

1.一种基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，其特征在于，包括：

步骤一：导入油井的三维井眼数据和抽油杆数据、抽汲参数以及油藏参数；

步骤二：建立抽油杆的有限元模型以及平衡方程；

步骤三：分析抽油杆疲劳寿命；

步骤四：以傅里叶级数构造悬点速度；

步骤五：确定设计变量，约束条件和目标函数，建立实时悬点速度优化设计的数学模型；

步骤六：采用遗传算法对步骤五中数学模型进行优化设计，得到悬点速度的最优解，并将规律曲线形成数控变频程序，用于油井生产。

2.根据权利要求1所述基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，其特征在于，步骤二：建立抽油杆的有限元模型以及平衡方程，包括：

将抽油杆划分为有限个空间梁单元，空间梁单元节点杆端的力矩阵为相应的节点位移矩阵为

所述的步骤二中每个空间梁单元都有抗拉、抗压、抗弯、抗扭的刚度，根据最小势能原理可以推导出每个空间梁单元的平衡方程:

所述的步骤二中求出所有单元的单元刚度矩阵之后，把单元局部坐标变换到整体坐标之下，然后按照对号入座原则进行叠加，从而建立整体结构的刚度矩阵；按照相同的思路，求出各个单元的节点载荷或位移，转化到整体坐标下，再进行叠加形成整个结构的节点载荷，则可以建立抽油杆的整体平衡方程:

{F}＝[K]{δ}

式中：F_x、F_y、F_z——节点载荷；M_x、M_y、M_z——相应方向扭矩；u_x,v_y,w_z——节点在x、y、z方向上的位移；θ_x,θ_y,θ_z——节点绕x、y、z轴的转角,；{F}——整体坐标下抽油杆总节点载荷；[K]——整体坐标下抽油杆总刚度矩阵；{δ}——整体坐标下抽油杆总节点位移列阵。

3.根据权利要求1所述基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，其特征在于，所述步骤三分析抽油杆疲劳寿命，包括：

利用材料σ-N曲线建立杆柱截面疲劳寿命的计算模型，抽油杆有限寿命区间内任意循环次数N的表达式为：

N＝N₀σ_r/(σ_a)_ε

式中：N₀——循环基数，N₀＝10⁷次；σ_r——应力比为r的疲劳极限，MPa；(σ_a)_ε——等效应力幅值，Mpa。

4.根据权利要求3所述基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，其特征在于，抽油杆的疲劳寿命为有限寿命疲劳阶段的寿命。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于定向井的抽油机悬点速度寻优方法，其特征在于，所述步骤四中以傅里叶级数构造悬点速度的方程如下：

其中：

式中：n——傅里叶级数；T——周期，s；l——0.5个周期长度，s。