抽油杆在深井中的断裂及其预防措施

以中原石油勘探局文留油田抽油杆的断裂统计为基础，分析了抽油杆断裂的特点和原因，就整个抽油杆柱而言，４５．７９％的断裂发生在井下９００～１５００ｍ杆段；就单根抽油杆而言，５０％～８９．８％的断裂发生在抽油杆接头的圆弧过渡区。断裂的原因是抽油杆头部圆弧过渡区断面变化大，加工时镦锻造成加工缺陷和应力集中，使用时这一部分又是不稳定变形的施力点，因此成为抽油杆的易断裂区域。针对这一情况，提出预防措施一是改进抽油杆的结构或加工工艺；二是实现抽油杆使用管理系列化；三是改进抽油杆柱设计。     

普通抽油杆机械化自动化生产线方案设计

在总结我国抽油杆生产设备的研制经验、找出与国际先进水平差距以及分析国外抽油杆及其接箍机械化自动化生产线技术特点的基础上，根据我国抽油杆生产技术发展的需要，提出了抽油杆锻造机械化自动生产线、抽油杆杆体不旋转杆头加工机床和接箍自动生产线的设计方案。这3种设计方案的技术水平接近国际先进水平，切实可行，价格大大低于国外的报价。     

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.     

抽油杆扳手方缺陷应力集中系数和容限

针对抽油杆扳手方部位经常出现引发断裂的各种缺陷的情况，建立了横向凹槽、平面凹坑和边棱凹坑三组有代表性的缺陷模型，利用平面模型有限元法计算结果及受拉伸无限体和半无限体旋转椭球面空洞和凹坑应力集中系数，求得近、远边界影响修正系数以及三组不同缺陷模型应力集中系数近似表达式。用三维趋势面图描述了这些应力集中系数的变化规律，求得各组缺陷容限方程，绘制了典型的容限图，为带缺陷抽油杆的修复使用和判废提供了理论依据。     

D级空心抽油杆疲劳性能试验研究

为考查Ｄ级空心抽油杆不同摩擦焊接工艺性能的可靠性, 采用电测试验应力法测试抽油杆焊接接头的应力集中系数β。在静拉伸条件下进行应变测试, 测得抽油杆焊接接头平均应力集中系数为１－０９１５ , 各应力集中系数分散性较小, 说明摩擦焊接工艺稳定可靠。在ＭＴＳ—８１０材料试验机上做了抽油杆短杆接头的疲劳试验, 采用数理统计方法统计分析Ｄ 级空心抽油杆疲劳性能, 获得Ｄ级杆的Ｐ－ Ｓ－ Ｎ 曲线和疲劳极限图, 求得存活率Ｐ＝ ９９－９ ％ 及对应寿命Ｎ＝ １０７时抽油杆的最大应力水平为２４４－３７ＭＰａ。统计结果表明, 按有关工艺制造的Ｄ级空心抽油杆疲劳强度满足使用要求。     

摩擦焊在钢制实心抽油杆修复中的应用

通过对焊接工艺及焊后热处理工艺优化，采用摩擦焊接技术对报废抽油杆中仍有使用寿命的杆头与杆体进行了拼接，获得了性能达标的抽油杆。从而提高了旧杆的修复率．降低了采油成本。该技术可在抽油杆修复及相关行业进行推广应用。     

二维随动抽油杆电涡流检测装置机械设计

将电涡流传感检测技术与机械传动设计技术相结合，研制了集运动机构、张合机构、随动机构及电涡流传感无损检测为一体的抽油杆电涡流无损检测装置，实现了对抽油杆这种直径16～25mm、长6～8m、杆体细、杆头粗的特殊细长柔性杆的在线自动检测。主要解决了传感探头与检测表面间隙不大于2mm、运动速度保持0．1～0．25m／S等关键问题。现场实际运行表明，该装置达到了设计精度，符合生产要求。     

包覆型防腐抽油杆原理与应用

腐蚀疲劳破坏是腐蚀较严重井抽油杆主要损坏形式,造成抽油机井的检泵周期大大缩短。为了避免抽油杆腐蚀,研制出包覆型抽油杆。在抽油杆的杆体部位包覆超高分子量聚乙烯,在杆头部位采用热熔覆粉末喷涂工艺加工一层镍基合金,实现了耐腐蚀材料对抽油杆的全面包覆。经实际应用,验证了包覆型抽油杆抗腐蚀性能,成为解决抽油杆腐蚀问题的技术之一。     

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100／0～30％。     

K级抽油杆国内外水平分析

试验从化学成分,金相组织与热处理方式,表面脱碳层,机械性能,疲劳性能,腐蚀疲劳性能与断口特征等几个方面,对美国K级抽油杆和国产玉门K级抽油杆进行了综合试验分析。分析认为,抽油杆头部的锻造质量、表面脱碳、螺纹加工等诸方面,两种K级杆的水平基本相同,而在抗拉强度、杆件在空气中的疲劳极限,玉门K级杆均比美国K级杆稍高。据此,国产玉门K级抽油杆完全达到了美国Norris公司K级抽油杆的水平。     

斜井抽油杆柱扶正器的配置间距

当斜井采用有杆泵抽油时，必须在抽油杆柱上安装扶正器以避免杆管的磨损，而扶正器的配置间距是影响扶正器使用效果的主要因素。用位移变分原理，以三角级数形式建立了相邻两扶正器之间抽油杆柱弯曲的挠度曲线方程，给出了抽油杆柱最大挠度与扶正器合理配置间距的计算公式。指出配置间距随井斜角的增加而减小，同时轴向压力对扶正器的配置间距有较大的影响，轴向压力越大，扶正器的配置间距越小。     

抽油杆缺陷容限和有缺陷杆使用应力确定

利用按有限元法得到的抽油杆平面模型、轴对称模型及三维光弹性试验结果，比较了仅因缺陷模型不同带来的差异，提出并建立了“模型比系数”，在三种缺陷模型值中进行抛物线插值，最后得到了杆体、杆体过渡段上不同周向长度（缺陷最深点周向连线长度）与纵向截面内不同轴向长度和径向深度的近半椭圆形状的三维凹坑的应力集中系数近似表达式，利用该表达式求得抽油杆在不同应力水平下的不同形状凹坑、凹槽缺陷的容限。提出了有缺陷杆的修复判废条件和使用应力的确定方法。     

直井抽油杆柱扶正器安装位置及安装间距

通过分析抽油杆柱在下冲程的受力状况，建立相应的力学模型，推导出抽油杆柱在下冲程时的弯曲变形挠度方程，得出直井抽油杆柱中和点以下部分在受压状态下发生正弦弯曲的结论，进而给出了抽油杆柱扶正器的最佳安装位置及安装间距的计算公式，并列出据此计算出的不同冲程和冲次下扶正器的安装间距值。实例计算表明，按上述公式计算确定的扶正器安装位置与现场实际要求基本相符，按计算结果安装扶正器后，抽油杆及接箍没有发生偏磨。指出加重杆的作用是十分重要的。     

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。     

钢质普通抽油杆的事故树分析

钢质普通抽油杆的事故树分析是预防抽油杆事故的新技术手段.在现场调研的基础上,用演绎法建立了钢质普通抽油杆的事故树.通过定性分析,找出了抽油杆事故的全部最小割集-故障谱.应用安全系统工程的理论模型和现场数据,对主要影响因素进行了概率重要度计算和对比.理论计算表明,控制载荷的分布情况、控制管理不当及误操作、控制杆管偏磨及介质腐蚀影响等,是预防抽油杆事故的重要途径.     

抽油杆柱动态特性的计算机模拟

在分析有杆抽油系统抽油杆柱井下基本工况、运动和动力特性的基础上 ,根据抽油机光杆运动方程 ,确定了抽油杆柱井下运动的 4个时间区段及边界条件。采用有限元软件MARC按不同时间区段对多级抽油杆柱的运动和动力学特性进行计算机模拟 ,得到计算机模拟的地面示功图和抽油杆柱一个上下冲程循环中各节点的位移与载荷随时间变化的动态特性曲线。分析对比计算机模拟曲线和实测曲线表明 ,采用有限元软件MARC获得的抽油杆柱计算机动态模拟结果与测试结果基本吻合 ,前者可作为后者的度量基准 ,动态模拟曲线还可为游梁式抽油机设计和井下故障诊断提供理论依据     

一种新型抽油杆防脱装置

针对现场应用的推力球轴承式抽油杆防脱扣装置经常失效的现状,研制出一种新型抽油杆防脱扣装置。这种装置采用类似球形关节的旋转机构,消除了抽油杆柱上下往复运动产生的倒扣扭矩;在短节下端设计有10°的内圆锥表面,使转轴能够在10°范围内自由转动,从而有效地消除了由于井身弯曲而产生的轴向弯曲应力。现场应用表明,这种装置零部件少,强度高,结构简单合理,能适应井下抽油籽往复杂的受力条件。     

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。