有杆抽油系统设计方法

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1、第五节有杆抽油系统设计一、抽油杆强度计算及杆柱设计1、设计或选择内容：抽油杆柱的长度、直径、组合及材料。长度确定——归结为确定下泵深度——归结于确定生产压差——归结为稳定系统试井资料。确定直径：为了保证抽油杆安全工作，必须根据材料及强度来确定其直径。2、确定抽油杆强度的计算公式：（1）受力情况抽油杆工作的承受着交变负荷，因此在抽油杆柱内产生了由σmin到σmax的不对称循环应力。1式中：Pmin、Pmax可用到前面介绍的公式来计算，或者用动力仪测得的数值。fr——抽油杆的截面积。受循环交变载荷的作用，抽油杆

2、柱往往由疲劳破坏，而不是在最大拉应力下破坏。（还有腐蚀等因数）[交变应力：随时间作交替变化的应力称交变应力(重复应力)；][疲劳破坏：称构件在交变应力作用下的破坏，其实质上就是指裂纹的发生、发展和构件最后断裂的全部过程。]2原因：如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆柱的断裂事故，主要应该发生在拉应力最大的上部，但是矿场使用抽油杆的实践表明，在上中下部都有断裂。因此抽油杆必须根据疲劳强度来进行计算。（2）计算公式：(奥金格公式）在非对称循环应力下抽油杆的强度条件为：3式中：[σ－1]──材料的许用应力，N/

3、mm2；σ－1──对称循环疲劳极限应力，N/mm2；K──安全系数；σc──折算应力，N/mm2；σa──循环应力的应力幅度，N/mm2；（见材力P269）（注意）：不同材料的抽油杆的许用应力见表（表3—２）P144例题1：见书P9843、选择在一定抽汲条件下的抽油杆直径及组合。叙：对于深井，为了节约钢材，减少悬点载荷，或增加抽油杆的下入深度，从等强度原则出发，通常都采用上部直径大，下部直径小的多级组合抽油杆柱。（如采用直径7/8英寸和3/4英寸的两级组合或三级组合杆柱等）（1）多级抽油杆组合的选择原则：即

4、等强度原则，即每级杆柱上部断面的折算应力均相等。(下部为小直径杆柱，上部为大直径杆柱。抽油杆柱末端载荷最小，越往上，载荷越大，当抽油杆柱横截面上的折算应力等于材料的许用应力时，就应更换较大直径或强度较高的抽油杆。依次类推，直到抽油杆延伸到井口为止。)5即式中：为第一级抽油杆柱上端面的折算应力；第二级抽油杆柱上端面的折算应力。6下部采用加重杆：活塞下行时，会发生纵向弯曲，因而产生弯曲应力。下部采用加重杆，一方面可提高杆柱刚度；另外，这部分杆柱总量能够克服一部分活塞下行阻力，减少弯曲。7图3－32修正古德曼图2

5、.修正古得曼图法修正古得曼图法是美国石油学会(API)推荐方法。修正古得曼图如图3-32所示，纵坐标为抽油杆柱的最大应力σmax，横坐标为最小应力σmin。图中阴影区为疲劳安全区，抽油杆的折算应力点落在该区内时，抽油杆就不会发生疲劳破坏。8根据修正古得曼图，抽油杆的最大许用应力计算公式为：式中σall──抽油杆最大许用应力，MPa；T──抽油杆最小抗拉强度；σmin──抽油杆最小应力，ＳF──抽油杆使用系数，见表3-8（3－64）使用介质APID级APIC级无腐蚀性1.001.00矿化水0.990.85含硫

6、化氢0.700.50表3-8抽油杆使用系数表9要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏，抽油杆柱的最大应力σmax不应超过(3-64)式计算出的最大许用应力σall，即由(3-64)式可知，抽油杆的许用应力不仅与抽油杆的材料和流体的腐蚀性有关，还与所受的最小应力有关。即修正古得曼图和(3-64)式给出的是许用应力范围。(3-65)10式中σmax－σmin──抽油杆的应力范围；σall－σmin──许用应力范围。合理的抽油杆组合比例，不仅应保证各级抽油杆的＜100％，而且各级抽油杆的值应比较接近。同时，为了有效地使用抽

7、油杆，还应保持较高的数值。(3-66)在抽油杆柱设计和应力分析中，常采用应力范围比,即11小结：（１）中深井：一般采用多级杆柱组合；（２）杆柱下部采用加重杆。二、抽油杆柱设计方法（P146)自学12二、有杆抽油系统设计(见P147)（一）有杆抽油系统组成１、油层；（IPR)２、井筒；（多相垂直管流）３、采油设备（机、杆、泵等）（运动规律，动力学规律）４、地面出油管流；（地面多相管流）（二）有杆抽油系统设计内容１、油井流入动态计算；２、采油设备（机、杆、泵等）选择；（地层情况和设备功能两个方面都应兼顾）３、抽

8、汲参数（冲程、冲次、泵径和下泵深度等）确定；４、工况指标预测；（全面情况）13设计目标：经济、高效地举升原油。设计理论基础：节点系统分析方法。设计基础数据：１、油井和油层数据；２、流体物性参数；３、油井生产数据。设计思路：(见P148设计方法一)14