抽油杆失效分析

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1、抽油杆失效实验分析摘要：抽油杆是抽油机设备的重要部件，它将抽油机的动力传递给井下抽油泵，因此了解和学习抽油杆知识是必不可少的。通过查阅资料、做实验以及分析结果，加强我们对抽油机和抽油杆的认识，并催使我们把所学的专业知识运用到实际中，并通过分析找到失效原因，以便提出相应的防止措施。关键词：抽油杆、失效分析、组织。Abstract:suckerrodpumpingequipmentisanimportantcomponentofmachineoilpumpingmachine,poweritwillbepassedtothedownholepump,sounderstandingan

2、dlearningtheknowledgeisessentialforsuckerrod.Dotheexperimentandtheanalysisresultsthroughaccesstoinformation,understanding,strengthenourpumpingandpumpingrod,anditmovesustolearnprofessionalknowledgeintopractice,andthroughtheanalysistofindthecauseoffailure,soastoputforwardcorrespondingprevention

3、measures.Keywords:suckerrod,failureanalysis,organization.一、前言1、抽油机基本介绍抽油机是石油工业中的一项重要组成部分，在抽油机驱动下，带动其他设备运转，实现油井的机械式开采。主要分为游梁式和无梁式两大类。游梁式抽油机主要由油梁—连杆—曲柄机构、减速装置、动力设备和辅助设备四部分组成。如下图所示：图1曲柄平衡常规型游梁式抽油机结构简图1一刹车装置;2一电动机;3一减速器皮带轮;4一减速器;5一动力输入轴;6一中间轴;7一输出轴;8一曲柄;9一曲柄销;10一支架;11一曲柄平衡块;12一连杆;13一横梁轴;14一横梁;15一

4、游梁平衡块;16一游梁;17一支架轴;18一驴头;19一悬绳器;20一底座工作原理：减速器将动力机的高速旋转运动转变为曲柄轴的低速旋转运动；曲柄轴的低速旋转运动由连杆机构变为驴头悬绳器的上下往复直线运动，悬绳器下接抽油杆柱，抽油杆柱带动抽油泵柱塞(或活塞)在泵筒内作上下往复直线运动，从而将油井内的原油举升到地面，达到抽油的目的。2、抽油杆受力分析抽油杆是抽油机的重要组成部分，抽油杆在运动过程中主要受以下几种力的作用：①动载(惯性力)F惯；②抽油杆柱所受的摩擦阻力F阻；③抽油杆柱所受的浮力F浮；④衬套与柱塞间的摩擦力F柱塞；⑤抽油杆自身重量G；⑥液体通过游动凡尔时的水力阻力F凡尔。

5、自由状态下金属破坏的最大程度决定于失稳的程度,抽油杆的失稳包括动力失稳和受压弯曲失稳。动力失稳来源于杆体轴向和横向应力载荷变化,周期和载荷变化量越大,动力失稳越严重；弯曲失稳来源于杆体在螺旋状井筒中横向摆动的剧烈程度和频率。由于上冲程时抽油杆受自重和液柱对活塞的压力影响，始终保持受拉状态，失稳性不严重。在下冲程中，根据材料力学压杆稳定中的约束概念规定，将最下端抽油杆下部当固定点，上部为自由端进行研究。则抽油杆失稳来自于F柱塞和F凡尔：　F柱塞=(0.94D/δ)-140　　F凡尔=1.5nkA3[1-(f/A)]S2n2ρ/(729u2f2)　　F=F柱塞+F凡尔式中，D为柱塞断

6、面直径，mm；δ为柱塞与衬套间隙(表1)，mm；nk为游动凡尔个数，在本文中取1；S为光杆冲程，m；n为冲次，min-1；ρ为井液密度，kg/m3；u为流量系数，取0.8；A为柱塞积，m2；f为游动凡尔座孔面积，m2。中性点以下抽油杆长度L为:L=(F液+F惯+F)/(πd2ρ杆g/4)　　F惯=F杆Sn2/1440式中,d为杆直径,m；F液为管内液柱作用在柱塞上的压力,MPa；F杆为杆柱重量,N；ρ杆为抽油杆的密度,kg/m3。根据压杆理论,杆柱发生弯曲的临界载荷P为:P=π2EI/l2　　I=πd4/647式中,E=20.59×104MPa；l为3/4in抽油杆单根长度,8m

7、。由于P《F，所以下冲程时抽油杆中性点以下始终是严重弯曲的，变形的长度在L以下，泵挂越深，这部分抽油杆就越容易弯曲，磨损就越严重。随着油田开发进入中后期，油井产能降低，产出液含水量高，需要电泵转抽、加深泵挂等措施来维持油田的产量。但是，在设计过程中存在很多问题，使抽油杆频繁失效，影响油井产量，还浪费了大量的作业费用。此外，抽油杆本身在长期承受交变载荷时也会发生疲劳断裂。在这个往复运动过程中，抽油杆受到各种因素的影响。主要有来自各种作用介质的作用力，产出液中的各种腐蚀介质包括原油、