抽油杆偏磨机理及力学特性分析

油气开采过程中,抽油杆是保证石油输送的载体,井眼轨迹及自身屈曲影响会导致抽油管偏磨,威胁管杆的寿命,增加开采成本。针对油管内壁与抽油杆柱接触发生的磨损,对抽油杆偏磨机理进行分析,建立了抽油杆与油管二维力学分析模型,实现了对抽油杆井下受力状况分析,以某井抽油过程作为实例开展分析。结论表明:当抽油杆柱受到集中载荷大于临界屈曲载荷时,杆柱发生屈曲与油管内壁接触产生偏磨现象,屈曲呈现正弦形状;抽油杆发生偏磨现象与狗腿度关系较大,狗腿度越大磨损深度越大。

抽油井管杆波动偏磨机理及预防措施

有杆抽油井管杆偏磨是一个常见的问题 ,传统认为是由于井斜造成的。其实 ,大多数发生管杆偏磨的油井不存在井斜问题。文章在引入了波动偏磨概念的基础上 ,分析产生波动偏磨的机理 ,并论述了发生波动偏磨的几何和力学条件 。

我国连续抽油杆的研究现状

介绍了钢丝绳、碳纤维和钢质连续抽油杆各自的性能、特点和应用 ,指出了存在的问题和需要改善的方面 。

基于弹性体振动理论的抽油杆柱三维振动分析

抽油杆工作时存在横向振动、纵向振动和扭转振动,3个方向的振动相互耦合便得到抽油杆柱的实际振动。利用弹性体振动理论,将抽油杆柱看成质量连续分布的弹性体,分别建立抽油杆柱3个方向振动的动力学模型,在合适选取的初始条件和边界条件下,研究了振动模型解析解和数值解的求解方法。为了解抽油杆柱在运动中的实际振动规律和动力学性能,研究抽油杆柱偏磨机理和防偏磨措施打下了理论基础。

地面驱动式单螺杆泵抽油杆的动力学特性

应用Timoshenko梁轴模型分析了单螺杆泵抽油杆的动力学特性 ,根据Timoshenko梁轴模型的运动方程得出了单螺杆泵抽油杆柱运动方程的解。该分析方法可求出抽油杆作涡动时的变形 ,有效地了解抽油杆的动力特性。这种方法用于从理论上分析地面驱动式单螺杆泵抽油杆动力特性 ,还须进行实际验证。

抽油杆柱防偏磨器的研究

为解决抽油机井杆管偏磨问题,研制了一种抽油杆柱防偏磨器,介绍了其结构和工作原理,建立了防偏磨器下部抽油杆柱运动的数学模型,提出了适合于不同抽油机井的抽油杆柱防偏磨器的设计方法。现场应用证明,此装置可有效地降低抽油杆柱动载荷,消除由于杆柱弯曲而产生的杆柱偏磨和脱螺纹现象,显著提高杆柱的断脱周期,降低抽油机的悬点载荷,不增加有杆抽油系统的冲程损失,提高油田的整体经济效益。

抽油杆螺纹段表面的裂纹形貌

为了防止抽油杆的整体失效,采用断裂力学的方法研究了螺纹段表面裂纹的扩展规律,用人工模拟不规则曲线表面初始缺陷,从试验和理论两方面研究抽油杆螺纹段表面裂纹形貌.结果表明,无论如何初始化裂纹形状,在裂纹向前扩展中,裂纹立即椭圆化,其形状是等离心率的同心椭圆.因此,不管在抽油杆螺纹段不规则曲线表面初始缺陷多么复杂,开始就可以将其处理成部分椭圆形状,从而可简化抽油杆螺纹段表面裂纹剩余寿命的计算.

钢丝绳抽油杆技术的应用与发展

分析了我国钢丝绳抽油杆抽油技术的研究和应用现状及存在的问题,提出了钢丝绳抽油杆抽油系统成套技术的概念及其组成。建议成套开发钢丝绳抽油杆抽油技术,合理选择井深和产量,改进配套设备,完善设计理论和制造工艺,使其在生产中更好地发挥优势。

碳纤维复合材料抽油杆瞬态动力学分析

针对碳纤维复合材料连续抽油杆的结构和工作状态,用ANSYS建立了其瞬态动力学模型。采用Shell 181单元对模型进行描述,通过Full法对模型进行瞬态动力学分析。数值模型固有频率与理论值相对误差小于5%,验证了模型的准确性。数值分析结果表明,冲次大小对悬点最大载荷的变化影响较大,而对泵行程的影响不是很明显;冲程长度和抽油杆厚度对抽油杆悬点的最大速度和加速度有影响,当冲程长度大于4.5m时,要考虑抽油杆厚度变化对悬点运动的影响。

油管内偏心抽油杆下冲程阻尼系数研究

基于ANSYS软件的流固耦合分析方法,选取局部抽油杆、油管和采出液为研究对象,将采出液处理为牛顿流体,计算了不同偏心抽油杆在采出液作层流和湍流流动时的阻尼系数。计算结果表明,在抽油杆与油管同心、采出液作层流时,求得的阻尼系数与理论解的相对误差为0.60%,证明所建模型和求解方法的合理性;随着抽油杆偏心度的增加,油管内采出液压降和抽油杆阻尼系数均呈下降趋势,作用在抽油杆上的阻力也沿圆周方向不均匀分布,在环空宽间隙的速度梯度和阻力比窄间隙的大;当采出液作层流流动时,阻尼系数由同心时的0.127 4下降到偏心度50%时的0.119 5,而作湍流流动时,阻尼系数由同心时的0.316 9下降到偏心度50%时的0.261 3,为抽油杆下冲程阻力分析计算提供了理论依据。

钢丝绳抽油杆振动阻尼计算及分析

文章针对钢丝绳抽油杆的结构特点 ,首次进行了钢丝绳抽油杆结构阻尼的定性分析 ,推导了等效结构阻尼和流体粘滞阻尼的计算公式 ,比较了钢丝绳抽油杆和常规钢杆的阻尼计算结果。计算结果表明 ,由于钢丝绳杆的损耗因子和弹性模量均小于常规钢杆 ,所以 ,其结构阻尼较小 ,即使在损耗因子相同的情况下 ,其结构阻尼系数也只有常规钢杆的 0 .714倍 ;钢丝绳杆在流体中的阻尼至少比常规钢杆小 10 %～ 30 %。

20CrMo超高强度抽油杆的疲劳可靠性分析

为了提高抽油杆的产品质量，必须保证给定疲劳寿命的可靠性。为此，需要进行疲劳寿命试验，并分析其可靠性。石油大学（北京）与东北输油管理局铁岭机械厂合作，对２０ＣｒＭｏ超高强度抽油杆进行了疲劳寿命试验及可靠性分析。现文介绍了疲劳试验的方法、试件及条件；给出了疲劳寿命的概率分布；得出了２０ＣｒＭｏ抽油杆的Ｐ—Ｓ—Ｎ曲线；提出了保证２０ＣｒＭｏ超高强度抽油杆疲劳可靠性的工艺措施。

超高强度抽油杆P-S-N曲线试验研究

概述了超高强度抽油杆的特点,将其与其他抽油杆进行了对比分析;给出了超高强度抽油杆P-S-N曲线的定义、试验研究方法;通过试验,得出了3个应力水平下,超高强度抽油杆试样的循环次数;用概率统计法对试验数据进行了处理,得到了P-S-N曲线。有了超高强度抽油杆的P-S-N曲线,就可以据此对各种超高强度抽油杆进行检验,从而避免或减少抽油杆断裂事故的发生。

抽油杆柱纵向振动固有频率的分析与计算

抽油杆柱纵向振动的固有频率是影响有杆抽油系统行为的一个重要因素,其值只取决于抽油杆柱的结构、材料和边界条件,与它是否正在振动无关。美国中西部研究所在计算抽油杆柱纵向振动固有频率时,是从分析计算抽油杆柱对顶端激励的响应出发,根据发生共振的条件来确定固有频率。这种计算方法概念不清,且对多级抽油杆柱来讲显得过于复杂。从振动理论的观点出发,对抽油杆柱的纵向振动固有频率进行了分析计算,为抽油杆柱纵向振动固有频率的计算提供了一种有效的方法。

基于长效地应力机制下套管围压的分析计算方法

针对长期服役套管被大量挤毁的工程实际,在分析固井状态套管-井壁边界条件的基础上,提出了固井状态套管围压可以进行理论计算的观点。在应用经典力学弹性理论的半逆解法和叠加法分析固井状态井眼周围地层应力分布的基础上,结合数值计算方法,提出了固井状态套管围压的分析方法及计算公式,给出了套管围压呈周期变化、变化周期是900的结论。该理论分析方法可以直接应用于套管围压的计算,对石油工程领域分析套管的抗挤强度十分重要。

感应淬火提高35C_rM_o钢抽油杆疲劳强度的研究

探讨了对３５ＣｒＭｏ钢制Ｄ级抽油杆和热轧态坯料进行表层感应淬火处理，以提高抽油杆疲劳强度的可能性。实验表明：以热轧态坯料经感应淬火生产超高强度抽油杆的工艺路线是很有希望的，比Ｄ级抽油杆疲劳极限提高３６％。文中还对正火高温回火态Ｄ级抽油杆再经感应淬火后疲劳极限提高幅度相对较小的原因作了分析。

螺杆泵井近泵抽油杆柔度对偏磨的影响

用有限元法建立了螺杆泵杆柱运动的瞬态动力学模型。该模型模拟了螺杆泵生产时杆柱的实际运动状况,考虑了抽油杆柱的振动对横向运动的影响。研究了近泵处柔性杆的长度和弹性模量对杆柱横向位移的影响。结果表明,增加近泵处抽油杆的弹性模量有助于减少杆柱的振动,即减少了偏磨。该模型不仅适用于直井,也适用于斜井。

抽油杆剩余寿命与初始表面裂纹形状关系研究

在简要介绍了能量差率法求解抽油杆表面半椭圆裂纹应力强度因子的基础上,对抽油杆剩余寿命与初始表面裂纹的关系做了进一步的研究。结果表明,抽油杆表面裂纹的初始裂纹面积与抽油杆的剩余寿命是对应的关系,利用试验手段确定抽油杆表面裂纹的初始裂纹面积,就可以确定其寿命。此结论对于工程实际中应用无损探伤技术预测抽油杆剩余寿命有重要价值,可大幅度缩减抽油杆剩余寿命预测的时间及工序。

油田用新式螺杆泵抽油杆大变形综合分析

本文对油田用新式螺杆泵的柔性抽油杆的扭转与伸缩进行了非线性分析，给出了应力、位移、扭转角的精确公式；进行了屈曲和塑性分析，并对现有抽油杆进行了数字计算，所得结果可供设计与安装参考。

优化制造工艺提高抽油杆疲劳强度问题的研究

选择了目前我国抽油杆生产厂在热处理及冷加工方面比较重要的三种工艺,对生产厂采用不同制造工艺的试件,进行了疲劳寿命试验。文中具体介绍了三种工艺的试件的型式、尺寸以及疲劳寿命试验过程;给出了试验数据处理方法及试验结果的分析对比。根据疲劳寿命的对比,给出了最优的制造工艺的建议,用以指导生产厂进行技术改造、提高产品质量、提高经济效益;用以指导油田合理选择使用抽油杆,提高经济效益及社会效益。通过对以两种热处理加工工艺为例的效益分析,采用中频感应加热热处理工艺不仅可保证疲劳强度,而且可节约一次性投资和电耗,其经济效益显著。