有杆抽油系统设计方法.ppt

第五节 有杆抽油系统设计 一、抽油杆强度计算及杆柱设计 1、设计或选择内容：抽油杆柱的长度、直径、组合 及材料。 长度确定归结为确定下泵深度归结于确定 生产压差归结为稳定系统试井资料。 确定直径：为了保证抽油杆安全工作，必须根据材 料及强度来确定其直径。 2、确定抽油杆强度的计算公式： （1）受力情况 抽油杆工作的承受着交变负荷，因此在抽油杆柱 内产生了由min到max的不对称循环应力。 1 式中：Pmin、Pmax可用到前面介绍的公式来计算，或者用动力 仪测得的数值。 fr抽油杆的截面积。 受循环交变载荷的作用，抽油杆柱往往由疲劳破坏，而不是 在最大拉应力下破坏。（还有腐蚀等因数） 交变应力：随时间作交替变化的应力称交变应力(重复应力) ； 疲劳破坏：称构件在交变应力作用下的破坏，其实质上就是 指裂纹的发生、发展和构件最后断裂的全部过程。 2 原因：如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆柱的断 裂事故，主要应该发生在拉应力最大的上部，但是矿场使用 抽油杆的实践表明，在上中下部都有断裂。因此抽油杆必须 根据疲劳强度来进行计算。 （2）计算公式：(奥金格公式） 在非对称循环应力下抽油杆的强度条件为： 3 式中： 1 材料的许用应力，N/mm2； 1 对称循环疲劳极限应力，N/mm2； K 安全系数； c 折算应力，N/mm2； a 循环应力的应力幅度，N/mm2； （见材力 P269） （注意）：不同材料的抽油杆的许用应力见表（表3）P144 例题1：见书 P98 4 3、选择在一定抽汲条件下的抽油杆直径及组合。 叙：对于深井，为了节约钢材，减少悬点载荷，或增 加抽油杆的下入深度，从等强度原则出发，通常都采 用上部直径大，下部直径小的多级组合抽油杆柱。（ 如采用直径7/8英寸和3/4英寸的两级组合或三级组合 杆柱等） （1）多级抽油杆组合的选择原则： 即等强度原则，即每级杆柱上部断面的折算应力均 相等。 (下部为小直径杆柱，上部为大直径杆柱。抽油杆柱末端载荷 最小，越往上，载荷越大，当抽油杆柱横截面上的折算应力等 于材料的许用应力时，就应更换较大直径或强度较高的抽油杆 。依次类推，直到抽油杆延伸到井口为止。) 5 即 式中： 为第一级抽油杆柱上端面的折算应力； 第二级抽油杆柱上端面的折算应力。 6 下部采用加重杆：活塞下行时，会发生纵向弯曲，因 而产生弯曲应力。 下部采用加重杆，一方面可提高杆柱刚度；另外， 这部分杆柱总量能够克服一部分活塞下行阻力，减少 弯曲。 7 图332 修正古德曼图 2.修正古得曼图法 修正古得曼图法是美国石油学会(API)推荐方法 。 修正古得曼图如图3-32所示，纵坐标为抽油杆柱的最 大应力max，横坐标为最小应力min。图中阴影 区为疲劳安全区，抽油杆的折算应力点落在该区内 时，抽油杆就不会发生疲劳破坏。 8 根据修正古得曼图，抽油杆的最大许用应力计算公 式为： 式中 all 抽油杆最大许用应力，MPa； T 抽油杆最小抗拉强度； min 抽油杆最小应力， F 抽油杆使用系数，见表3-8 （364） 使用介质 API D级API C级 无腐蚀性1.001.00 矿化水0.990.85 含硫化氢0.700.50 表3-8 抽油杆使用系数表 9 要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏，抽油杆柱的最大 应力max不应超过(3-64)式计算出的最大许用应力 all，即 由(3-64)式可知，抽油杆的许用应力不仅与抽 油杆的材料和流体的腐蚀性有关，还与所受的最小 应力有关。即修正古得曼图和(3-64)式给出的是许 用应力范围。 (3-65) 10 式中 maxmin 抽油杆的应力范围； allmin 许用应力范围。 合理的抽油杆组合比例，不仅应保证各级抽 油杆的 100，而且各级抽油杆的 值 应比较接近。同时，为了有效地使用抽油杆， 还应保持较高的数值。 (3-66) 在抽油杆柱设计和应力分析中，常采用应力范围 比 ,即 11 小结：（）中深井：一般采用多级杆柱组合； （）杆柱下部采用加重杆。 二、抽油杆柱设计方法 （P146)自学 12 二、有杆抽油系统设计(见P147) （一）有杆抽油系统组成 、油层；（IPR) 、井筒；（多相垂直管流） 、采油设备（机、杆、泵等）（运动规律，动力学规律） 、地面出油管流；（地面多相管流） （二）有杆抽油系统设计内容 、油井流入动态计算； 、采油设备（机、杆、泵等）选择；（地层情况和设备 功能两个方面都应兼顾） 、抽汲参数（冲程、冲次、泵径和下泵深度等）确定； 、工况指标预测；（