H级抽油杆许用应力计算API方法适应性分析与改进

鉴于H级超高强度抽油杆良好的力学性能,2009年开始,在长庆油田推广应用,截至2015年年底应用井数已经超过2.6万口。但在应用过程中,一直沿用常规API许用应力计算方法,尚未建立针对H级抽油杆的许用应力计算方法,造成H级抽油杆杆柱设计保守,浪费严重,间接增加了油田开发成本。在分析API许用应力计算方法基础上,建立了基于H级抽油杆许用应力计算API方法,分析了主要影响因素,为H级超高强度抽油杆杆柱优化设计、合理利用提供了依据。     

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。      

H级抽油杆疲劳性能试验分析

相对于C、K、D级抽油杆,H级抽油杆(超高强度)由于强度、力学性能的改善,其使用寿命明显提高,延长了油井免修期,同时减轻了抽油杆整体质量,使抽油机、电机型号降低,起到节能降耗作用。在H级抽油杆室内疲劳性能试验的基础上,通过对试验数据的数学统计处理,拟合建立了H级抽油杆应力-疲劳寿命曲线,折算了H级抽油杆在一定应力比条件下的极限疲劳强度,为研究H级杆许用应力计算方法、杆柱组合设计方法提供有效的基础数据。     

H级抽油杆设计新方法及应用

H级抽油杆除了比常规类型的抽油杆强度高出一个级别外,在许用应力的计算时也有较大区别。国内由于缺乏H级抽油杆许用应力相关值,在设计时借鉴D级抽油杆,这就导致设计参数过于保守,未发挥H级抽油杆的优势。针对这种情况,采用电液伺服SHT4106万能试验机,通过室内拉伸试验,得到抗拉强度与屈服强度的比值,建立了H级抽油杆修正API最大许用应力计算新方法。按照抽油杆标准SY/T5029—2013室内疲劳试验要求,测试应力比为0.1下的疲劳极限,得出了H级抽油杆奥金格方法折算应力对应值。与D级杆相比,H级抽油杆的应用具有降低抽油杆直径,降低抽油机型号的优势。     

井下单螺杆抽油泵杆柱受力分析与设计

在井下单螺杆抽油泵系统中，抽油杆柱既传递扭矩又承受轴向载荷，其受力状态与常规抽油系统中的抽油杆柱大不相同。对井下单螺杆抽油泵杆柱进行了受力分析，并建立了杆柱设计与计算的力学模型。提出了井下单螺杆抽油泵杆柱设计的原则和在二向应力状态下等强度组合杆柱设计和计算的方法：为降低杆柱摩阻和油液压头损失，应尽量采用小规格的D级抽油杆，在小规格的抽油杆柱的最大工作应力大于抽油杆的许用应力时再选用大一规格的抽油杆。此方法可利用计算机编程进行杆柱设计与计算，其程序简单易行，适用于现场工程设计计算。最后给出了设计与计算实例。     

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。     

游梁式抽油机—深井泵装置(五)

四、抽油杆的选择以及杆柱的设计 1.抽油杆的选择设计抽油杆柱,就是根据井的产量和深度来选择重量最小、最便宜的抽油杆,并使它的应力处于许用范围内,既保生产,费用又低.选择抽油杆的许用应力时,应考虑工作应力范围及油井液体的腐蚀性. 由于制造工艺的差异,各厂生产的抽油杆最大许用应力也会有所不同.一般来说,可按抽油杆材料的许用计算应力进行选择.表2给出了几种钢材在抽油杆热处理条件下的许用计算应力. 目前,人们对抽油杆在有腐蚀而未防腐条件下的最大工作应力的下降量存在分歧,没有可靠的试验数据能指出在有腐蚀条件下最大许用应力的下降范围.某些人认为,在盐水中,对碳锰钢抽油杆来说应力要降到无腐蚀最大应力的65%,而合金钢杆要降低到85%;当有硫化氢时,合金钢抽油汗应力要降低到65%,而碳锰钢一般不宜使用.在很     

修正的古德曼应力图及许用安全系数

研究API RP 11BR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σ_min≥[σ_min]。     

抽油杆柱应力测试与数据分析

在井筒条件下,抽油杆柱系统的受力极其复杂,尤其在斜井中,杆柱的受力状态更加复杂,在此受力工况下,杆柱疲劳极限降低,更容易发生疲劳破坏;若防偏磨措施配套不合理,在磨损部位易造成应力集中,抽油杆柱在短期会发生断脱现象。为了提高抽油井杆柱优化设计与防偏磨配套水平,引进了抽油杆柱应力测试技术。通过在直井、斜井2种情况下的应力测试,得到比较接近实际的抽油杆柱的受力状态。对比理论计算,找到了理论计算方法与实际情况下的差异,分析了斜井侧向力的大小及其分布,这有利于优化杆柱设计和防偏磨配套,并可减少杆柱疲劳、偏磨损害。     

基于偏磨分析的杆柱磨损寿命预测模型

针对杆柱发生磨损后的寿命预测问题,基于井下抽油杆与油管随时间磨损的特点,应用ΠΡΟΗΝΚΟΒ提出的磨损计算公式,推算出杆柱在大狗腿度处以及杆柱组合下部受压部分的磨损厚度和磨损面积与时间的关系,并根据抽油杆横截面积减小造成抽油杆磨损处的应力增加的原理,建立了一套可以预测杆柱寿命的模型。该模型可以在已知井眼轨迹和杆柱结构的前提下预测抽油杆柱的断脱位置和断脱时间。通过实例计算验证了该模型的准确性,并通过该模型分析了旋转井口有助于延长抽油杆柱磨损寿命的原理。     

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.     

水平井抽油加重杆柱设计方法

本文首先分析了水平井中抽油杆柱的受力特点,讨论了水平井中抽油杆柱加重的位置与必要条件。应用纵横弯曲连续梁柱理论得到了求解带扶正器的抽油杆柱的轴力、弯矩和挠度计算公式;以修正的Goodman应力图为强度准则,并考虑杆柱刚度条件,提出了水平井中抽油杆柱加重设计的方法。最后给出了某油田1口井的抽油杆柱设计实例,说明了该万法的正确性。     

用有限元方法求解FRP抽油杆头部的接触问题

本文在FRP(纤维增强塑料——俗称“玻璃钢”)抽油杆头部联接结构的选型设计中,采用有限元计算方法,比较了两种典型结构的接触状态,得到了在最大工作载荷作用下及抽油杆起下作业时,沿联接结构接触面上的位移分布曲线和应力分布曲线.计算结果表明:这两种典型结构采用不同的技术措施,都可以使应力、位移分布均匀,提高联接结构的工作可靠性,达到同一效果.这对FRP抽油杆的设计选型具有重要意义.本文用有限元法求解上述接触问题,所用的求解方法具有适用性强,运算量节省、并有严格的理论证明,保证算法迭代过程收敛性等优点.该方法同时适用于求解其它各种类型大型工程结构中的接触问题.     

斜井防偏磨抽油杆柱的设计

针对目前斜井抽油杆柱设计存在的问题,通过对斜井杆柱的受力分析,综合考虑了井斜因素与抽油杆柱在井下的工作受力情况,建立了斜井抽油杆柱载荷的力学模型,从而确定了抽油杆柱、扶正器优化设计的方法。通过软件计算,可确定抽油杆柱的优化组合以及扶正器的合理间距。能有效减少或防止斜井杆管的偏磨现象。     

定向井抽油杆柱组合设计探讨

在分析抽油杆柱载荷的基础上，从定向井抽油杆柱通常装有多个导向扶正器的特点出发，应用纵横弯曲连续梁理论给出求解带扶正器的抽油杆柱任意截面处轴力、弯矩和挠度的计算公式。进而以ＡＰＩ推荐的强度设计准则作为设计依据，提出了有利于直井的定向井抽油杆柱组合设计程序，并给出了计算程序框图。最后以某油田某井作实例，给出了计算参数和设计结果。     

加装减载器的抽油杆柱设计方法研究

减载器可降低抽油机悬点载荷,但改变了抽油杆柱的受力状态,常规的多级抽油杆柱组合已不适用于加装减载器的杆柱组合。考虑减载力的影响,基于静等强度准则,结合减载器处杆柱应力状态,提出了杆柱组合的改进设计方法,并应用当量应力条件对设计杆柱进行强度校核,实现了加装减载器的抽油杆柱设计。现场应用表明:既降低了悬点载荷,又改善了杆柱应力状态,可延长杆柱使用寿命。     

基于实际井眼轨迹的抽油杆柱API设计方法

目前的抽油杆柱设计方法大都基于设计井眼轨迹或经验公式，因此设计的抽油杆柱与井眼的匹配性并没有达到最优，结果可能影响了抽油杆柱的受力特性和寿命。概述了目前现有的抽油杆柱设计方法，提出了基于实际井眼轨迹的抽油杆柱API设计方法，即考虑到在三维空间中井下粘滞阻力及动载的影响，利用微单元分析方法计算出轴向载荷与轴向应力，然后在此基础上进行杆柱组合设计，并给出了设计流程。以江苏油田永21-3井为例，对几种设计方法的设计结果进行了对比分析，结果表明，江苏油田目前采用的抽油杆柱设计方法包含了人为经验因素，并不是最优的杆柱设计结果，有待进一步改进。     

螺杆泵抽油杆柱的动态受力分析与工艺设计

对螺杆泵抽油杆运动轨迹进行描述，通过受力分析对抽油杆柱进行载荷计算与强度设计，应用抽油杆柱瞬态动力学分析的有限单元法，建立抽油杆柱瞬态动力学分析模型和抽油杆柱的动力学方程，应用设计软件对抽油杆进行优选、强度设计和较核，并对抽油杆柱扶正器安放位置进行优化。