油杆破坏原因分析

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1、(-)疲劳破坏1、抽油杆工作条件抽油杆在工作过程中，承受不对称循环载荷的作用，上部光杆承受的载荷包括：抽油杆柱的载荷，液柱载荷，抽油杆柱、油管柱和液柱的惯件载荷，抽油杆柱在运动小受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的弹性引起的振动载荷，由液击引起的冲击载荷，由井斜变化、螺纹不同心、悬绳器摆动等I大I素造成的扭力等七方面的力。而抽汕杆柱承受的载荷随深度有所变化，如抽汕杆柱载荷越往下越小，加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用，在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力，迫使抽油杆弯曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油杆T作条件更加恶劣。因此，抽油杆柱承受的不是简单的不对称循环载荷，而实际上屮和点以

2、下的抽油杆承受的是不对称拉压循坏载荷，加上抽油杆柱本身未加工面积达85%以上，不可避免地会有疲劳源存在，从而产生疲劳断裂。2、抽油杆强度分析现代抽油杆强度计算都采用了无限寿命疲劳设计，即把抽油杆的许用应力控制在疲劳极限以下，以保证抽油杆工作循环次数大于107次，一般应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。使用史洛尼杰尔和美尔斯公式：Pmax=(P杆+P液)x(1+SN2/1790)=[qrgL+(Ap-Ar)Lgp]x(1+SN2/1790)Pmin=1-SN2/1790应力校核：根据美国API抽油杆设计方法6大二Pmax/Ar&大SQ当］(胜利油田采油处《有杆泵采油工艺》,译门美国AP

3、I有杆抽油泵工作参数计算方法，P154)［&当］：厂家铭牌许用应力，13kg/mm2其中：qr：单位油杆质量，kg/m；L：泵深，m；Ap：柱塞面积，m2；Ar：油杆截而积，m2；p：流体密度；S：冲程；N：冲数3、负荷变化引起的疲劳破坏分析光杆负荷在上下冲程中是不相同的，在保证产量的前提下，长冲程和小冲次可以使负荷变化最小，负荷的变化主要与光杆的冲程和抽油机悬点负荷有关。由于泵阀的作用，上冲程时抽油杆承受着液柱重量，下冲程时液柱的重量便作用在油管上因此上冲程开始时，举升的液柱重量会使抽油杆的负荷发生突然变化，冲次愈高负荷愈大，这种负荷的突变愈强烈。曲于负荷反复变化的冲击，疲劳破坏是抽油

4、杆所有损坏形式的基本特点，疲劳破坏往往是由于弹性极限的交变压力造成的，弹性极限是不使金属产牛永久变形的最大负荷。抽油杆因反复拉伸作用而产生裂纹，则属于应力疲劳破坏。疲劳破坏的抽油杆外观很特殊，其断而平滑，无缩径，与轴线垂直，疲劳裂纹开始产生于表面应力高度集中的部位，随着运行次数的增加，逐渐向径向方向扩展，承载面积逐渐缩小，应力随之逐渐增人，从而又促使裂纹扩展，当剩下的截面积小到不足以承载吋，就会突然被拉断。(―)抽油杆机械磨损1、直井下冲程抽油杆底部受压弯曲致使杆管偏磨直井抽油杆弯曲产生于卜•冲程。在下冲程时，抽油杆带着柱塞下行，固定阀关闭，排出阀打开，液柱作用在油管上，使油管伸直。而抽

5、油杆柱承受在液柱中的重力P杆，杆柱与液体之间的摩擦力P磨，衬套与柱塞间的半干摩擦力P摩干，采出液体通过排出阀的液流阻力所产生的向上作用力P阀，由于P杆、P磨沿油杆柱均匀分布，对杆柱弯曲变形影响不大，引起杆柱发生纵向弯曲的载荷主要为P摩干、P阀，其计算公式分别为：式中：qk：抽油泵柱塞上游动阀的数目，个Y液:采出液体的重度，N/m3；L：抽油杆柱的屮和点以下的长度，m；do：抽油杆柱直径，mm；Y：抽油杆柱重度，N/m3；f油：油管内液柱作用在柱塞上的液体压力，N/m2；下行时特别是在活塞游动凡尔打开前的瞬间，由于泵内液体及泵筒内壁对活塞的阻力，加之以上力的作用，导致使整个杆柱下部受压上部

6、受拉，拉压之间存在一既不受拉又不受压的小和点，屮和点以下，杆柱受压失稳弯曲，弯曲的杆柱与油管内壁接触，相对运动造成杆管磨损如图仁通过计算发现，随泵径加大，泵深增加，中和点以下长度在杆柱全长中所占比例增加，相应地杆柱弯曲越严重。现场发现下行磨损均有且较严重，说明下行杆柱受压弯曲是偏磨的主要原因。2、井斜引起的机械磨损由于井斜，使油管产生弯曲，在抽油井生产时，抽油杆的综合拉力F或综合重力W产生了一个水平分力Fx。在水平分力Fx（正压力）的作用下，汕管和抽油杆和互接触产生摩擦（如图2、图3所示）上冲程时，使抽油杆与油管内壁的一侧产生磨损，下冲程时，抽油杆弯曲与油管内壁的另一侧面产生摩损。正压力

7、由下式表示：上行程Fx=FSin0；下行程Fx=WSin0抽油杆套管油管FX0W1抽油杆套管油管油层地层F0FX抽油杆油管套管弯曲度越大，磨损越严重，不仅抽油杆接箍与油管内壁产牛磨损，而且抽油杆本体也与油管内壁产生磨损。油层地层泵泵泵油层地层图2斜井管杆上冲程偏磨示意图图3斜井管杆下冲程偏磨示意图图1直井抽油杆下冲程弯曲示意图3、含水升高，杆管磨损加剧当杆与管相接触发生滑动摩擦时，磨损速度与它们Z间的润滑状态有关，而水的摩擦系数远远