2抽油杆损坏影响因素分析
2.1抽油杆的受力分析
螺杆泵系统在原油开采中虽然具有许多优点,但其抽油杆柱除去受轴向载荷外,还要传递扭矩,其受力状况与常规的抽油机泵系统不同,下而对抽油杆的受力状况加以分析。
抽油杆在工作过程中,所受的轴向载荷主要来自螺杆泵举升液体产生的轴向载荷F泵、抽油杆柱的自重F重、抽油杆柱所受的浮力F浮 。
其中 :
F泵=106 (πR2+16eR)ΔP (N)----------------------------(2.1)
R----转子截而圆半径(m) ; E----转子偏心距(m); ΔP---螺杆泵进出口压差(MPa)
ΔP=0.01Hγ
式中
液
+P油-P套,(MPa)---------------------------(2.2)
H---液面深度(m) ; γ---液体密度(g/cm3) ;
P油和P套---油压和套压(MPa) 。
F 重=LAγ
式中
杆
-----------------------------(2.3)
L---抽油杆柱长度(m); A---抽油杆截而积(m2);
γ杆---抽油杆密度(g/cm3) 。
F 浮= (L-H )Aγ
式中
L---抽油杆柱长度(m); H---液面深度(m); A---抽油杆截而积(m2) γ液---抽油杆密度(g/cm3) . 抽油杆柱所受轴向力为:
液
--------------------------(2.4)
F=F泵+F重-F浮---------------------------------(2.5)
由于螺杆泵在生产过程中存在扭转载荷,将引起杆柱的剪应力,主
要有驱动螺杆泵所需的扭矩Mb、液体阻力矩Ms、杆柱间摩擦阻力矩Mr,则抽油杆柱截而扭矩为:
M=Mb +M+Mr---------------------------------(2.6)
其中Mb=9.55(N/n)=110.5(QΔP/n) (N·m); 式中:
N一泵的输出功率(W); Q一日产液量(m3/d) ;
n一抽油杆柱的转速(r/min)
假设抽油杆柱匀速旋转,抽油杆柱所受的摩擦阻力矩Mr为:
Mr=10-2[(π·μ·ω·D2·d)/(D2-d2)]L
(N·m)-------------------------------------------------------------------------(2.7)
式中
Μ---井筒中液体的粘度(Mpa·s); Ω---抽油杆柱的旋转角速度(rad/s); D---油管内径(m); d--抽油杆的内径(m); L---由油杆柱长度(m);
杆柱间摩擦阻力矩Ms考虑抽油杆柱和油管的接触变形,必须进行复杂的接触变形分析,在工程计算中可根据井的实际情况加以简单分析或不考虑。
与常规有杆抽油抽系统不同,螺杆泵抽油杆柱的强度校核采用复合应力方式计算,其相当应力为:
δd= √(δ2+ξΤ2)-------------------------------------(2.8) 2. 2.1抽油杆柱的抗扭强度
对于杆体,由材料力学得知最大扭转剪应力为:
τ =Td/2J---------------------------------------------------(2.9)
式中,
T为最大扭矩,N\d为杆柱直径,cm J为极惯性矩J=πd4/32cm