1、1,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。,2,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
2、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。,3,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：,4,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
3、的许用应力见表（表3）P144 例题1：见书P98,5,3、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。),6,即,式中
4、：,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。,7,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。,8,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。,9,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，MP
5、a；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）,表3-8 抽油杆使用系数表,10,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),11,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
6、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,12,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,13,二、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；（全面情况）,14,设计目标：经济、高效地举升原油。,设计理论基础：节点系统分析方法。 设计基础数据：、油井和油层数据；、流体物性参数；、油井生产数据。 设计思路：(见P148设计方法一),
