【文章內(nèi)容簡介】 為 （311） （312） （313）式中 ，——抽油桿柱和液柱在上沖程中產(chǎn)生的最大慣性載荷，； ——抽油桿柱在下沖程中產(chǎn)生的最大慣性載荷，； ——油管過流斷面擴(kuò)大引起液柱加速度降低的系數(shù)，可由下式計(jì)算式中 ——油管的過流斷面面積。 實(shí)際上，由于抽油桿柱和液柱的彈性，抽油桿柱和液柱各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)并非一致，因此，上述按懸點(diǎn)最大加速度計(jì)算的慣性載荷將大于實(shí)際值。下面討論考慮抽油桿柱的彈性時(shí)，抽油桿柱產(chǎn)生的慣性載荷。初變形期末抽油桿柱隨懸點(diǎn)做變速運(yùn)動(dòng)，必然會(huì)由于強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)而在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生附加的慣性載荷。慣性載荷的大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量、懸點(diǎn)加速度及其在桿柱上的分布。為了討論問題方便，將懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)近似地看做簡諧運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度為 （314）式中 ——懸點(diǎn)加速度； ——從懸點(diǎn)下死點(diǎn)算起的上沖程時(shí)間。 抽油桿柱上距懸點(diǎn)處的加速度為 （315） 在處單元體上的慣性力為單元體的質(zhì)量與加速度的乘積，即 （316）對(duì)式（316）求積分，可得任一時(shí)刻作用在整個(gè)抽油桿柱上的總慣性力為 （317） 考慮到彈性波在抽油桿中的傳播速度，則式（3－17）的解為 （318）由式（318）看出：抽油桿柱的慣性力并不正比于加速度的瞬時(shí)值，而是正比于在時(shí)間期間內(nèi)懸點(diǎn)速度的增量。當(dāng)時(shí)，抽油桿柱的慣性力隨而減?。划?dāng)時(shí)，抽油桿柱的慣性力等于零；當(dāng)時(shí)，慣性力將改變方向，并且隨而增大。4. 摩擦載荷原油越稠，原油粘度隨井溫變化就越敏感。因此，井溫分布對(duì)抽油井系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)是十分重要的。根據(jù)熱傳導(dǎo)，可建立井筒的能量方程為： （319）式中 ——油管中L位置處原油的溫度，℃；K1——總傳熱系數(shù)，W/（ m℃）；——內(nèi)熱源，W/m；W——水當(dāng)量，W/ ℃——井底原油溫度，℃；m——地層溫度梯度，℃/m。對(duì)于常規(guī)采油來說，由于沒有內(nèi)熱源，故可取q1=0。水當(dāng)量W可如下計(jì)算： （320）式中 Mo——原油質(zhì)量流量，kg/s；　 Co——原油比熱，W/（g℃）；　 Mw——地層水質(zhì)量流量，kg/s；　 Cw——地層水的比熱，W/（g℃）；　 g——重力加速度，m/s。將已知數(shù)據(jù)代入能量方程，可計(jì)算出任意深度所對(duì)應(yīng)的油井溫度，由此溫度便可以計(jì)算出處于該深度處原油的粘度，從而可以進(jìn)一步計(jì)算摩擦載荷、選擇抽油設(shè)備。 抽油機(jī)在工作時(shí)，作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷由以下五部分組成。 （1） 抽油桿柱與油管的摩擦力 該摩擦力在上、下沖程中都存在，％。 （2） 柱塞與襯套之間的摩擦力 該摩擦力在上、下沖程中都存在，一般泵徑不超過70 mm時(shí)，其值小于1717N。 （3） 抽油桿柱與液柱之間的摩擦力 抽油桿柱與液柱之間的摩擦發(fā)生在下沖程，其摩擦力的方向向上，是稠油井內(nèi)抽油桿柱下行遇阻的主要原因。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，其最大值可近似確定為 （321）式中 ——抽油桿柱與液柱之間的摩擦力，； ——井內(nèi)液體的動(dòng)力粘度，； ——油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比，； ——油管內(nèi)徑，； ——抽油桿直徑，； ——抽油桿柱最大下行速度。可按懸點(diǎn)最大運(yùn)動(dòng)速度來計(jì)算，當(dāng)把懸點(diǎn)簡化成簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)可得 由式（3－19）看出，決定的主要因素是井內(nèi)液體的粘度及抽油桿柱的運(yùn)動(dòng)速度。因此，在抽汲高粘度液體時(shí)，往往采用低沖次、長沖程工作方式。 （4） 液柱與油管之間的摩擦力 液柱與油管之間的摩擦力發(fā)生在上沖程，其方向向下，故增大懸點(diǎn)載荷。資料表明。因此，可根據(jù)來估算 （322） （5） 液體通過游動(dòng)閥的摩擦力 在高粘度大產(chǎn)量油井內(nèi)，液體通過游動(dòng)閥產(chǎn)生的阻力往往是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因，對(duì)懸點(diǎn)載荷也會(huì)造成不可忽略的影響。液流通過游動(dòng)閥時(shí)產(chǎn)生的壓頭損失為  （323）式中 ——液體通過游動(dòng)閥的壓頭損失，； ——液體通過閥時(shí)的流速，； ——重力加速度，； ——活塞運(yùn)動(dòng)速度，； ——活塞截面積，； ——閥孔截面積，；——閥流量系數(shù)，對(duì)于常用的標(biāo)準(zhǔn)型閥，其中 式中 ——閥孔徑，；——液體的運(yùn)動(dòng)粘度。 如果把活塞運(yùn)動(dòng)看成簡諧運(yùn)動(dòng)，則式（321）可寫成 （324） 由液流通過游動(dòng)閥的壓頭損失而產(chǎn)生的活塞下行阻力為 （325） 5. 其它載荷除上述各種載荷以外，還有如沉沒壓力和管線回壓產(chǎn)生的載荷等都會(huì)影響到懸點(diǎn)載荷。沉沒壓力的影響只發(fā)生在上沖程，它將減小懸點(diǎn)載荷。液流在地面管線中的流動(dòng)阻力所造成的井口回壓，將對(duì)懸點(diǎn)產(chǎn)生附加載荷，其性質(zhì)與油管內(nèi)液體的作用載荷相同，即上沖程中增加懸點(diǎn)載荷，下沖程中減小懸點(diǎn)載荷。因二者可以部分抵消，一般計(jì)算中?？珊雎?。二 懸點(diǎn)的最大和最小載荷 抽油機(jī)在上、下沖程中懸點(diǎn)載荷的組成是不同的。最大載荷和最小載荷的計(jì)算式分別為上沖程 （326） 下沖程 （327）式中 ，——懸點(diǎn)承受的最大和最小載荷，； ，——上、下沖程中井口回壓造成的懸點(diǎn)載荷，； ，——上、下沖程中的最大摩擦載荷，； ——振動(dòng)載荷，； ——上沖程中沉沒壓力產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷。 在下泵深度及沉沒度不是很大，井口回壓及沖數(shù)不很高的稀油直井內(nèi)，常可以忽略，，及。則，最大和最小載荷分別簡化為 （328） （329）令 則懸點(diǎn)所承受的最大和最小載荷公式可分別寫成另一種形式 （330） （331）式中 ——抽油桿在液柱中重量，即抽油桿受的重力與液體對(duì)其浮力之差，； ——占據(jù)整個(gè)油管流通面積的液體重量，亦為上、下沖程靜載荷差，； ——光桿沖程，； ——沖次。 抽油桿使用壽命曲線（1）疲勞試驗(yàn) 常規(guī)機(jī)械性能檢驗(yàn)說明3種焊接工藝均滿足要求。由于抽油桿在工作時(shí)承受交變載荷作用。為了檢驗(yàn)空心抽油桿的抗疲勞性能，對(duì)其進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)。本次試驗(yàn)在MTS810材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。共有16根短桿試件。試件包括焊縫、接頭和接箍，試件總長度800mm。加載水平分為三級(jí)，試驗(yàn)頻率為16Hz，最大試驗(yàn)應(yīng)力分別取37391和411MPa，取應(yīng)力比r=。疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表32（2）參數(shù)估計(jì) 分布參數(shù)是根據(jù)樣本的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)的，假設(shè)空心抽油桿在各級(jí)應(yīng)力水平下的疲勞壽命按對(duì)數(shù)正態(tài)分布。首先把各級(jí)應(yīng)力水平下的疲勞壽命，取對(duì)數(shù)，并依大小順序排列，即由 取　　 　得　　 對(duì)數(shù)疲勞壽命的均值和標(biāo)準(zhǔn)差S分別按式（332）和式（333）計(jì)算對(duì)數(shù)平均命 （332）標(biāo)準(zhǔn)差　 （333）　　表32 疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)表試件編 號(hào)最大應(yīng)力（MPa）最小應(yīng)力（MPa）循環(huán)壽命Ni（106）A1A2B1B2B3C1C2371＞＞A3A4B3B4C4391A5B5C5C6411（3）指定存活率P下的疲勞壽命式（332）求得的對(duì)數(shù)疲勞壽命均值是指在存活率P=50%的對(duì)數(shù)疲勞壽命。采用最小二乘法，對(duì)存活率P=50%時(shí)的疲勞壽命進(jìn)行直線擬合，設(shè)直線方程為 （334）式中 （335）　　　　　 （336）　　若要計(jì)算任意指定存活率P的疲勞壽命，可利用式（337） （337）式中　——對(duì)應(yīng)任一存活率P的對(duì)數(shù)安全疲勞壽命；　　　——正態(tài)偏量。對(duì)于分為m級(jí)加載試