钢丝绳抽油杆的寿命研究

论文摘要

机械采油是国内外传统采油的主要方式,而有杆泵抽油方法是当前世界采油行业中应用最广泛的技术,也是迄今采油工程中一直占主导地位的举升方式。然而,抽油杆的工作条件十分恶劣,使它成为有杆泵抽油系统中最薄弱的环节,成为制约这种采油方式进一步发展应用的“瓶径”。我国有不少油田存在一些低渗、中小产量的问题,随着一些早期开发的油田逐步进入开发后期,开采油层的深度增加,能耗也逐渐成为采油成本增加的主要因素之一。近年来,钢丝绳抽油杆在国内油田的应用取得了初步的成功,显示出了较强的生命力。在采油过程中,钢丝绳抽油杆柱承受不对称载荷的作用,因此,钢丝绳抽油杆的主要失效形式为疲劳断裂。为了提高钢丝绳抽油杆工作的可靠性和使用寿命,本文选择应用可靠性理论和断裂力学理论以及断裂力学实验方法,研究了钢丝绳抽油杆断裂失效问题。对钢丝绳抽油杆特性进行了研究,发现捻制成型的钢丝绳产生一层压应力层,有利于疲劳寿命的提高。对钢丝绳抽油杆的受力进行了分析,认为钢丝绳抽油杆杆柱在抽油运行中两端受到交变载荷的作用,尤其是钢丝绳抽油杆的两端这种交变载荷产生的交变应力更为严重。用静特性推测了钢丝绳抽油杆的疲劳寿命,并对钢丝绳抽油杆的P-S-N曲线进行了研究,为正确选择和安全使用钢丝绳抽油杆提供了参考依据。运用断裂力学和可靠性理论研究钢丝绳抽油杆的剩余寿命,为钢丝绳抽油杆服役期和检修期的制定提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 钢丝绳抽油杆特性的研究
• 1.1 钢丝绳的结构研究
• 1.1.1 单捻钢丝绳及其双捻钢丝绳
• 1.1.2 钢丝绳的捻制方式
• 1.1.3 弹性伸长和蠕变伸长的影响
• 1.2 钢丝绳抽油杆的性能研究
• 1.3 本章小结
• 第二章 钢丝绳抽油杆的受力分析
• 2.1 钢丝绳抽油杆的振动分析
• 2.1.1 结构阻尼
• 2.1.2 粘滞阻尼
• 2.2 钢丝绳抽油杆抽油系统的运动分析
• 2.3 钢丝绳抽油杆抽油系统泵柱塞的运动分析
• 2.4 钢丝绳抽油杆杆柱的受力分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 用静特性推测钢丝绳抽油杆的疲劳寿命
• 3.1 用静特性推测疲劳寿命的原理
• 3.2 钢丝绳抽油杆的材料性能
• s、σ_b、ψ、δ的χ² 检验'>3.3 σ_s、σ_b、ψ、δ的χ²检验
• 3.4 钢丝绳抽油杆疲劳特性的推测
• 3.5 确定钢丝绳抽油杆的疲劳寿命
• 3.5.1 古德曼应力图
• 3.5.2 修正的古德曼应力图
• 3.5.3 钢丝绳抽油杆的工作载荷
• 3.5.4 古德曼应力图累积损伤因子
• 3.5.5 钢丝绳抽油杆的疲劳寿命
• 3.6 本章小结
• 第四章 钢丝绳抽油杆的P-S-N 曲线研究
• 4.1 钢丝绳抽油杆试样疲劳实验设计
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 实验情况
• 4.2 实验结果及分析
• 4.2.1 实验结果
• 4.2.2 给定可靠度下疲劳寿命的计算
• 4.2.3 数据正态分布的检验
• 4.3 三参数幂函数的曲线拟合
• 0 ） = 0'>4.3.1 割线法求解方程f （ S₀ ） = 0
• 4.3.2 实验结果的处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 钢丝绳抽油杆剩余寿命的研究
• 5.1 钢丝绳抽油杆剩余寿命的计算及可靠性分析
• 5.1.1 力学模型
• 5.1.2 剩余寿命计算方法
• 5.2 剩余寿命的Monte-Carlo 模拟
• 5.2.1 随机数
• 5.2.2 随机变量模拟
• 5.2.3 Monte-Carlo 模拟
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要