抽油桿柱下部失穩(wěn)分析與加重桿設計方法

1、抽油桿柱下部失穩(wěn)分析與加重桿設計方法抽油桿柱下部失穩(wěn)分析與加重桿設計方法時間：2011041409:38:10.0作者：網(wǎng)絡來源：網(wǎng)絡轉摘在有桿泵抽油過程中，抽油桿柱下行過程中受到阻力。在其下部自重不能抵消阻力，處于受壓狀態(tài)。當壓力增大到一定程度時，抽油桿發(fā)生彎曲變形，這種彎曲變形在油管內徑的約束下，呈螺旋狀。桿柱失穩(wěn)彎曲至少有三方面的危害：①增大沖程損失，降低泵效；②增加超應力破壞的機會；③增大桿管間的磨損，容易造成抽油桿斷脫和油管漏

2、失。一、抽油桿柱受壓段分析抽油桿柱下部在下行過程中受到的阻力被一定長度的桿柱重量抵消，桿柱上出現(xiàn)一個中和點，中和點以下桿柱處于受壓狀態(tài)。自中和點向下抽油桿壓應力逐漸增大，在其下端達到最大。受壓應力變化的影響，受壓桿段發(fā)生三種形態(tài)的過渡?？拷泻忘c部分由于桿柱的剛度和較小的壓應力，桿柱保持挺直，不會彎曲。向下隨著壓應力的增大，抽油桿發(fā)生彈性彎曲變形。再向下，當壓應力超過彈性極限后，桿柱將發(fā)生不可恢復的塑性彎曲變形。當然，如果下行時阻力不夠

3、大，或者抽油桿的材料、結構性能較好，桿柱就可能不存在塑性變形段或彈性變形段。由于桿柱最下端壓應力最大，所以靠近下端是桿柱最容易受到失穩(wěn)彎曲變形破壞的薄弱部分。這部分的螺旋狀彎曲變形最大，螺距最短。以前，人們認為，桿柱下行時，下端受到的阻力主要包括，液流通過游動閥的阻力和柱塞與泵筒間的摩擦力。但是，通過分析，阻力并不僅此兩項，在桿柱下端面還受到向上的浮力。1.液流阻力液流阻力來源于液流通過游動閥時發(fā)生的水頭損失作用于柱塞和閥座孔間的環(huán)行面

4、積的力。Pv=nkΔpv(Ffo)其中，Δpv=hvρlgω=2πn60μ=f(Re)分析以上關系式，可以看出：⑴.隨著νl值增大，Re減小，μ減小，hv減小，Pv增大，即液流阻力Pv與液體的運動粘度νl成正比。⑵.隨著F增大，一方面（Ffo）增大（對于標準游動閥，F(xiàn)fo的值近似常數(shù)，為(Ddo)2≈22=4）Pv增大；另一方面do增大，Re增大，使Pv減小。通過實例計算表明，隨著泵徑D的增大，液流阻力Pv靜增大。⑶.隨著Sn值增大，V

5、o增大，hv增大，但同時Re增大，μ增大，使hv減小，通過實例計算表明，隨著抽汲速度（由沖程S和沖次n決定）的增大，通過游動閥的局部水力損失hv靜增大，進而使液流阻力Pv增大。2柱塞摩擦力柱塞和襯套間的半干摩擦力采用文獻[1]推薦公式計算。3浮力四、結論1.抽油桿柱下行過程中受到阻力，在其下部處于受壓狀態(tài)，發(fā)生螺旋狀彎曲變形。2.抽油桿柱下行時，下端受到的阻力包括，液流通過游動閥的阻力、柱塞與泵筒間的摩擦力和下端面受到向上的浮力，其中浮

6、力是主要因素。3.使用加重桿是防治抽油桿柱下部彎曲變形的有效方法。加重桿設計應按細長壓桿的穩(wěn)定性原理來設計。本文介紹了一種螺距限定的設計方法。符號說明Pv──抽油泵柱塞產(chǎn)生的液流阻力，N；nk──抽油泵柱塞游動閥個數(shù)；Δpv──采出液體流過游動閥的壓力損失，Pa；F──泵柱塞的全面積，m2；fo──游動閥閥座孔的斷面積，m2；hv──采出液體流過游動閥的水力損失壓頭，m；ρl──采出液體密度，kgm3；g──重力加速度，ms2；μ──流