整体抽油杆柱在油管内空间屈曲的多段式仿真模型对比

针对直井抽油机井杆管偏磨进行分析,将整体抽油杆柱在油管内的空间屈曲模型分为三段式、四段式和五段式,并分别建立了每种模型下每段的数学微分方程,给出连接点处的位移、转角、弯矩、切向剪力的连续性条件。基于数值积分法对每段的方程进行求解,并将数学模型最终转化为非线性代数方程组的数值仿真模型,实现了对整体抽油杆柱屈曲构型的数值仿真。仿真结果表明:当工程实际中杆柱泵端载荷远远超过空间屈曲临界载荷时,五段式建立整体杆柱空间屈曲模型比三段式和四段式更为合理;三段式和四段式屈曲模型在螺旋段接触力、螺旋段长度、悬臂段的位置与五段式都有一定差距;先前的研究中将螺旋段方程进行降阶简化,与本文的完整螺旋段屈曲方程求解相比,模型简化得到的螺旋段分布接触力和螺旋段的长度结果相差较大。不同的分段方式,杆管偏磨的位置、接触压力就不同,本文仿真方法为深入研究杆管偏磨和杆柱寿命预测奠定了理论基础。