抽油桿柱下部失穩(wěn)分析與加重桿設(shè)計(jì)方法

1、抽油桿柱下部失穩(wěn)分析與加重桿設(shè)計(jì)方法抽油桿柱下部失穩(wěn)分析與加重桿設(shè)計(jì)方法時(shí)間：2011041409:38:10.0作者：網(wǎng)絡(luò)來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)摘在有桿泵抽油過(guò)程中，抽油桿柱下行過(guò)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(dāng)壓力增大到一定程度時(shí)，抽油桿發(fā)生彎曲變形，這種彎曲變形在油管內(nèi)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(yīng)力破壞的機(jī)會(huì)；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(guò)程中受到的阻力被一定長(zhǎng)度的桿柱重量抵消，桿柱上出現(xiàn)一個(gè)中和點(diǎn)，中和點(diǎn)以下桿柱處于受壓狀態(tài)。自中和點(diǎn)向下抽油桿壓應(yīng)力逐漸增大，在其下端達(dá)到最大。受壓應(yīng)力變化的影響，受壓桿段發(fā)生三種形態(tài)的過(guò)渡。靠近中和點(diǎn)部分由于桿柱的剛度和較小的壓應(yīng)力，桿柱保持挺直，不會(huì)彎曲。向下隨著壓應(yīng)力的增大，抽油桿發(fā)生彈性彎曲變形。再向下，當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，桿柱將發(fā)生不可恢復(fù)的塑性彎曲變形。當(dāng)然，如果下行時(shí)阻力不夠

3、大，或者抽油桿的材料、結(jié)構(gòu)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(yīng)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(rèn)為，桿柱下行時(shí)，下端受到的阻力主要包括，液流通過(guò)游動(dòng)閥的阻力和柱塞與泵筒間的摩擦力。但是，通過(guò)分析，阻力并不僅此兩項(xiàng)，在桿柱下端面還受到向上的浮力。1.液流阻力液流阻力來(lái)源于液流通過(guò)游動(dòng)閥時(shí)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(guān)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(yùn)動(dòng)粘度νl成正比。⑵.隨著F增大，一方面（Ffo）增大（對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)游動(dòng)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(guò)實(shí)例計(jì)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(shí)Re增大，μ增大，使hv減小，通過(guò)實(shí)例計(jì)算表明，隨著抽汲速度（由沖程S和沖次n決定）的增大，通過(guò)游動(dòng)閥的局部水力損失hv靜增大，進(jìn)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(xiàn)[1]推薦公式計(jì)算。3浮力四、結(jié)論1.抽油桿柱下行過(guò)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(shí)，下端受到的阻力包括，液流通過(guò)游動(dòng)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(shè)計(jì)應(yīng)按細(xì)長(zhǎng)壓桿的穩(wěn)定性原理來(lái)設(shè)計(jì)。本文介紹了一種螺距限定的設(shè)計(jì)方法。符號(hào)說(shuō)明Pv──抽油泵柱塞產(chǎn)生的液流阻力，N；nk──抽油泵柱塞游動(dòng)閥個(gè)數(shù)；Δpv──采出液體流過(guò)游動(dòng)閥的壓力損失，Pa；F──泵柱塞的全面積，m2；fo──游動(dòng)閥閥座孔的斷面積，m2；hv──采出液體流過(guò)游動(dòng)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