H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法

为了有效使用H级抽油杆,对其许用应力计算方法和疲劳寿命预测方法进行了研究。在对H级抽油杆进行室内拉伸试验的基础上,计算了其抗拉强度与屈服强度的比值,根据该比值将H级抽油杆API最大许用应力计算系数由0.562 5修改为0.716 3;拟合建立了H级抽油杆的应力-疲劳曲线,折算了H级抽油杆在应力比为0.1条件下的极限疲劳应力;通过H级抽油杆在不同介质中和不同冲次下的疲劳测试,获得了含水率和冲次与抽油杆寿命的关系。研究的H级抽油杆许用应力计算及疲劳寿命预测方法,在长庆油田杏南作业区10口井进行了应用,结果表明,利用该方法对H级抽油杆进行优化设计可以改善其受力条件,充分发挥H级抽油杆的性能,使其满足现场生产对杆柱应力、寿命的需求。

修正的古德曼应力图及许用安全系数

研究 API RP11BR推荐的修正的古德曼应力图后得出 :该图的疲劳极限曲线是一条偏于安全的疲劳极限图线 ;对许用安全系数的计算表明 ,该图推荐的最大许用应力随交变应力中的交变分量的增大而减小 ,符合抽油杆对许用应力的要求 ,对应的许用安全系数符合常规疲劳设计的取值原则 ,是合理、科学的 ;建议将 API推荐图上的拉拉载荷安全工作区扩大到应力比 r<0～ - 1的拉压载荷工作区 ,以用于对抽油杆柱下部杆段的计算 ;当下部杆段的应力比 r<- 1时 ,建议以最小疲劳极限作为许用应力 ,其强度条件为 σmin≥ [σmin]。

抽油杆疲劳性能实验分析

目的有效地预防和减少因抽油杆断裂导致的油井修井作业,进一步降低油田开发成本。方法采用岛津电液伺服疲劳试验机,对D级和H级抽油杆进行材质成分分析,测试力学性能、空气和腐蚀介质下疲劳强度、拉压载荷对疲劳性能的影响,并进行对比分析。结果H级抽油杆的力学性能优于D级抽油杆。随着含水量的增加,两种抽油杆的抗疲劳性能均降低,在空气中,H级抽油杆的疲劳性能均优于D级抽油杆。在腐蚀环境中,D级抽油杆的疲劳性能优于H级抽油杆,并且两种抽油杆所受拉压载荷对疲劳均有一定影响。结论含水是影响抽油杆腐蚀疲劳性能的关键因素,H级抽油杆应在低含水区块应用,D级抽油杆在中高含水区块应用。抽油杆中和点以下产生的附加拉应力是导致抽油杆偏磨的直接原因,在中和点以下应优化扶正防磨设计。在中高含水区块,应加大对服役年限较长抽油杆的更换力度,以减少和预防抽油杆断裂事故的发生。

超高强度抽油杆的可靠性增长试验

本文对超高强度抽油杆的可靠性增长试验进行了研究.通过可靠性增长试验.发现并改进20CrMo钢超高强度抽油杆的薄弱环节.加速了该产品的开发进程.并使其疲劳性能指标达到了美国同类产品的水平.研究表明.国产超高强度抽油杆在工艺改进前后,其疲劳寿命均服从对数正态分布,两者标准差相同,但对数寿命均值有明显的差别;其可靠性增长的规律可以用Duane模型描述.

基于三参数威布尔分布模型的超高强度抽油杆概率疲劳寿命曲线

通过疲劳试验获得HL和HY两种超高强度抽油杆的疲劳数据,首次采用三参数威布尔分布,建立新的抽油杆疲劳寿命预测模型,进而拟合HL和HY两种类型超高强度抽油杆的概率疲劳寿命曲线。基于正态分布Basquin模型和三参数威布尔分布新模型进行抽油杆疲劳寿命预测。结果表明:基于三参数威布尔分布新模型计算得到的HL型、HY型抽油杆疲劳寿命与试验结果误差分别为1.25%和4.39%,基于正态分布Basquin模型疲劳寿命与试验结果误差分别为12.50%和19.84%,基于三参数威布尔分布新模型拟合精度更高。

D级抽油杆用20CrMo钢疲劳试验

根据接我国矿场常用抽油机型号和泵挂深度所求得的疲劳应力比，确定了接近正常采油工况条件下的疲劳应力比Ｒ＝０．４，在此应力比下，对Ｄ级抽油杆用２０ＣｒＭｏ钢在ＰＬＧ－１０型高频疲劳试验机上进行了疲劳试验。利用疲劳应用统计学，统计分析出疲劳寿命与疲劳应力幅的关系，获得线性相关表达式为ｌｇＮ＝５７．１１－１９．５１ｌｇＳａ，拉－拉疲劳极限为６８８．２２ＭＰａ。据此，在确定抽油杆工况时，抽油杆的最大疲劳应力应控制在６８８．２２ＭＰａ以下，以确保抽油杆不致疲劳破坏。

往复式压缩机活塞杆可靠性分析与参数化设计

为提高往复式压缩机的设计水平,基于VC++编程语言和Pro/E软件,开发了活塞杆的疲劳可靠性分析与参数化设计系统.根据弹性力学的变形协调原理,分析活塞杆的受力情况,找出"薄弱环节",并采用有限元法加以验证;根据几何尺寸、加工工艺、材料强度等设计参数的随机性,建立"薄弱环节"的极限状态方程,分析疲劳强度可靠度及对应的经济性,从而确定各种设计要素(尺寸、工艺、材料等信息),以实现参数化设计.结果表明,可靠性理论与参数化技术在工程实际中的综合应用具有良好的前景.

超高强度抽油杆疲劳性能分析

抽油杆在有杆泵采油系统中起着至关重要的作用,若抽油杆提前失效,将影响油田正常生产,实践表明抽油杆的失效大部分是由疲劳引起的,疲劳寿命是衡量抽油杆好坏的最重要指标。因此,文章开展H级超高强度抽油杆的疲劳性能实验,应用有限元方法分析其应力分布情况,明确抽油杆危险部位,为科学合理应用H级超高强度抽油杆提供理论指导。

抽油杆经济使用年限的可靠性评价方法

以描述抽油杆柱纵向振动的波动方程为基础,建立了抽油杆柱应力循环特性的仿真模型;应用有限元法分析了含缺陷抽油杆的应力分布,建立了含缺陷抽油杆应力集中系数的回归模型;考虑了过渡段对抽油杆实际疲劳强度的影响以及使用年限对抽油杆损伤程度的影响,并综合考虑抽油杆材料力学性能、缺陷尺寸以及循环应力的随机性,建立了抽油杆柱疲劳寿命与抽油杆使用寿命周期内作业次数的可靠性预测模型。综合考虑抽油杆使用寿命周期内抽油杆柱投资、作业费用与作业产量损失的影响,以使用年限内年均总费用最低为目标,建立了抽油杆经济使用年限的可靠性评价方法,仿真分析了影响抽油杆经济使用年限的主要因素。

HY型抽油杆应用性能分析与评价

抽油杆是连接抽油机与深井泵的动力传递装置,是有杆泵采油系统的重要组成部分,抽油杆失效直接影响机采系统的正常生产。鉴于此,对HY和HL型抽油杆的力学性能进行了试验对比分析。试验结果表明:表面质量、淬硬层深度和抗拉强度是影响疲劳性能的主要指标,过渡区和扳手方占断裂位置的77.8%,任何一项力学性能指标达不到最优数值,其疲劳性能试验循环周次就会远低于106,无法满足标准规定值;目前所有HY型抽油杆的扳手方和台肩位置全部未见明显淬硬层;其组织不均匀,为屈氏体+回火索氏体;杆体表面淬硬层全部存在不均匀的问题,造成过渡区、扳手方和淬硬层不均匀是疲劳裂纹的启裂核心,形成扩展区和瞬断区后发生疲劳断裂。研究结果可为HY型抽油杆的检验和现场应用提供参考。

95连杆的可靠性研究

95连杆为95系列柴油机的重要部件,为了评价其连杆的可靠性,首先利用有限元和电测技术对连杆进行了应力和加工误差分析,确定了工作应力的均值及标准差.然后以载荷为控制因素做了该连杆的升降法疲劳实验.实验表明,连杆的疲劳强度符合威布尔分布,并求出了3个分布参数.最后利用可靠性理论讨论了连杆的破坏概率.经分析计算,95连杆的额定载荷远低于最小疲劳强度,正常情况下破坏概率为零,具有足够的疲劳强度储备,能满足柴油机提高转速和改进性能的要求,这说明利用升降法求构件的疲劳强度及其分布规律是可行的,而且是一种可靠有效的方法.

抽油杆可靠性的试验研究

对抽油杆的可靠性试验研究表明.抽油杆的可靠性指标应以其安全使用寿命为准则.通过寿命试验对抽油杆可靠度进行了评价.重点讨论了抽油杆的寿命试验和加速寿命试验.提出抽油杆的寿命分散系数.并针对抽油杆的特点.介绍了抽油杆可靠性筛选试验和可靠性验证试验的主要步骤.并给出了应用实例.

抽油杆疲劳强度价值可靠性分析

根据价值分析的概念 ,提出一种新的可靠度计算式 ,对抽油杆疲劳强度问题进行价值可靠性分析。文中所引用的算例、结果与其它方法一致 ,并符合实际。

钢丝绳抽油杆柱的加重杆优化设计

针对钢丝绳柔性抽油杆的问题,提出了加重杆的设计方案。对加重杆的质量原则、设计原则以及疲劳强度的计算进行了优化设计,给出了一种钢丝绳柔性抽油杆加重杆优化设计原则与计算方法,现场应用表明可获得较好的综合效果。

往复式压缩机活塞杆可靠性设计方法研究

基于可靠性设计理论,提出了一种针对往复式压缩机活塞杆的疲劳强度可靠性设计方法。首先,依据热力学与动力学原理,分析了一个循环周期内压缩机传动机构的受力情况;而后,采用传统强度校核方法对活塞杆进行疲劳强度分析,找出造成其疲劳失效的"薄弱环节";然后,根据"薄弱环节"几何尺寸、加工工艺和材料强度等参数的随机性,利用应力-强度干涉模型建立活塞杆的极限状态方程,计算其疲劳强度可靠度。最后,综合考虑各参数对可靠度的影响及控制的难易程度,确定设计参数(尺寸、工艺、材料等信息),为活塞杆的设计提供理论依据。

基于00Cr12合金的耐腐蚀抽油杆性能研究

当前在抽油机井用量最多的是超高强度的H级抽油杆,但其耐腐蚀性能不能适应高含水期油井耐腐蚀要求,抽油杆腐蚀情况较为严重,腐蚀疲劳断裂是主要的损坏形式。为研发耐腐蚀抽油杆,设计了含铬量12%的超低碳合金00Cr12,通过对采用00Cr12合金制作的抽油杆的抗拉强度、耐疲劳性能和耐腐蚀性性能进行测试,结果表明,00Cr12合金制作的抽油杆力学性能和耐疲劳性能达到了H级抽油杆要求,模拟环境腐蚀试验测试得到的腐蚀速率是普通H级抽油杆的1/38。00Cr12合金制作的抽油杆入井应用取得良好的耐腐蚀效果。

抽油杆经济使用年限的可靠性分析

抽油杆是重要的机械部件,在交变载荷和腐蚀的作用下,抽油杆易发生断裂失效。综合考虑使用寿命内抽油杆柱的投资费用、作业费用等因素,建立了抽油杆经济使用年限的可靠性评价方法。

高低频率对钢制抽油杆条件疲劳强度的影响及其确定方法

疲劳试验频率对疲劳性能的影响一直存在着争议。通过不同的试验频率和应力对钢制抽油杆的疲劳性能进行试验，并对数据分析研究，得出铜制抽油杆疲劳寿命低于1．1×10^6次时，疲劳试验频率的大小对其疲劳寿命没有明显差异的结论。针对近些年大多数抽油杆的疲劳寿命不符合有关标准中规定的要求，研究了疲劳试验方法——升降法，利用该方法进行大量疲劳试验，修订标准中的条件疲劳强度σ0.1，为以后抽油杆国家标准的编写提供了数据支撑。

抽油杆疲劳强度的可靠度计算模型

提出了常规疲劳强度设计方法和ＡＰＩ设计方法中存在的参数不合理且无可靠性指标的问题；分析了抽油杆承受的随机工作应力并给出了处理方法；提出了抽油杆疲劳极限分布的确定方法；在已知抽油杆应力、一定应力比下的疲劳强度分布的前提下，得出了抽油杆在任意应力比下的当量疲劳强度分布，并利用应力－强度干涉模型提出了抽油杆疲劳强度的可靠度计算方法。

基于FE-SAFE的牵引拉杆疲劳可靠性分析

在对牵引拉杆进行静强度分析基础上,运用ANSYS/FE-SAFE软件分析并计算其疲劳寿命;基于应力-寿命模型P-S-N曲线,以无故障行驶里程数为可靠性评价指标,计算牵引拉杆的中位寿命和可靠度为99%下的寿命,为车辆安全可靠运行提供科学依据.