【正文】 推薦做法來選擇抽油泵，在一般情況下，泵筒具有足夠的強度、剛度和疲勞強 度，通常泵筒的主要破壞形式是磨損和腐蝕。 由于bn2σ σ(σ + σ )bncP Vk?， JK n m bσ =2 σ (1 σ σ )， 所以 2maxH =bnc b n 32σ σVk (σ σ ) 10Bp???? =? ? 3 46 3 3 46 3 72?????? ?? =2160 （ 329） 最大下泵深度 maxH 應(yīng)是從強度出發(fā)所得 1maxH 和從疲勞出發(fā)所得 2maxH 之中的小者，所以最大下泵深度 maxH = 2maxH =2160m e. 允許加尾管重量 計算與下泵深度 H 相應(yīng)的尾管重量 W 時，有 minσ = σcck ， m axσ σc c cVk P k??，σ σm c c cVk P k??， PVKcr ?? 。 （ 6）最大下泵深度 ? ? 2 2 31 m a x ( ) / 9 . 8 1 0c BHPA?? ??? ? ? （ 319） 322 ?????????? ??? m3275? 式中 23 /(1 )AK= ? ? ?? ? （ 7）允許掛尾管重量： 1 cWF?? （ 320） = = t 5 泵筒疲勞強度計算 ①交變應(yīng)力 泵筒軸向載荷為 cQ （應(yīng)力為 FQcc ?? ），最大軸向應(yīng)力是筒內(nèi)壓力形成的軸向應(yīng)力 ? ?? ?22 1 KPK ? 與最小軸向應(yīng)力之和，考慮應(yīng)力集中系數(shù) cK ，故交變應(yīng)力為 ? ?22 1 KKV ?? （ 321） = ? ?22 ? = ccK ?? ?min （ 322） = 1? = aMP ccc KPVK ?? ??m ax （ 323） = ???? 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 = aMP PVKca ?? （ 324） = ??? = aMP ar ?? 2? = PVKc （ 325） = ?? = aMP m? = ccc KPVK ?? （ 326） ?????? ? ② 古德曼圖的應(yīng)用 45 號鋼，計算時所取數(shù)據(jù)為： ab MP637?? ， as MP353?? ，可取加載 方 式 系數(shù) ?PC ， 偏 載 系數(shù) ?LC ，直徑系數(shù) ?DC ， 表面 系 數(shù) 44 ???????? ?? bSC ?腐蝕情況系數(shù) ?hC ，應(yīng)力集中系數(shù) ?cK .故實際耐久極限為： σn = LC DC SC hC pC σb =637= aMP b. 泵筒在井下工作時一般受 拉，即 minσ ≥0，故它工作在古德曼圖的 ? 區(qū)或者 Ⅱ區(qū)，其分界處的平均應(yīng)力為 σT 為 ， σT =nσ (σ σ ) 6 3 7 ( 3 5 3 1 5 4 . 8 )σ σ 6 3 7 1 5 4 . 8b s nb? ????= MPa （ 327） c. 疲勞強度條件 rJK ?? ? （ 328） d. 最大下泵深度 最大下泵深度時 0?c? ， 0min ?? ，故有 maxσ cVkP? ， σ P? ，σ 2σr a cVk P??，并有 Tσ σJK? 。各種泵型三向應(yīng)力大小見沈迪成等編著的《抽油泵》表 48）， 圖 32 泵筒應(yīng)力分析圖 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 ??? DDK （ 312） 21 211 K PK??? ???? （ 313） 22 ???? ? 22 21zcKPK? ? ?? ? ?? （ 314） 22 ?? ?? = aMP PR ?????3 （ 315） = ? aMP 2 2 24 3 /( 1 )dcPK??? ? ? （ 316） = ? ? 222 ??? ? （ 5）許用應(yīng)力的計算 泵筒一般用塑性材料制造，推薦許用應(yīng)力為 ? ? /s n??? （ 317） ? ( )MPa= 式中 ??? — 許用應(yīng)力， MPa； s? — 材料屈服極限， aMP ； n — 安全系數(shù)， n =，一般管式泵可取 n =。故附加軸向載荷及應(yīng)力為 fc QWQ ?? (310) ??? N39200? FQcc ?? (311) = ?? ? 式中 cQ — 附加軸向載荷； N c? — 附加軸向應(yīng)力； aMP W — 尾管重量 kg ， 由 API 可查得下泵深度 1200m 的管式泵， W =4000kg ； fQ — 柱塞與泵筒之間的摩擦力，井液粘度不大，摩擦力可忽略不計，故設(shè)計時按 0?fQ 考慮。 （ 3）載荷分析 l） 筒內(nèi)、外壓力 筒內(nèi)、外壓力是由井液造成的，其計算式為 P = BPH ?? ? ?310 (39) 式中 P — 筒內(nèi)、外壓力， MPa； ? — 井液密度， 3mkg ，本設(shè)計取 3310 mkg?? ； H — 下泵深度， 1200m ； BP — 井口回壓， MPa ； 取 aB MPP 2? ，故有 P = 210 3 ?? ? H = 2120210 3 ??? ? = aMP 2）附加軸向載荷 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 把由筒內(nèi)壓力造成軸向載荷以外的軸向載荷稱為附加軸向載荷，它包括泵筒組自重、尾管重量、井液浮力及柱塞和泵筒之間的摩擦力。推薦螺紋處計算直徑為： 0 d t= (37) ??? ? 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 式中： 0d — 螺紋處計算直徑，（ mm）； d — 螺紋處大徑，（ mm）； t — 螺距 ，（ mm） 螺紋危險斷面處，承載面積計算如下： 外螺紋泵筒（用于厚壁筒、中厚壁筒） 1 。管式泵（ TH\TP） 受復(fù)合抗力。 （ 3） 內(nèi)孔表面粗糙度不大于 m? . （ 4） 滲層厚度與硬度 對于常用幾種工藝滲層厚度即硬度推薦數(shù)值見表 33. 4泵筒強度計算 （ 1）泵筒分類： 第一種 按泵筒壁厚可分為薄壁筒、中厚壁筒和加厚壁筒。 （ 2） 形位偏差 泵筒全長內(nèi)內(nèi)徑變動量要求控制在制造公差內(nèi)，即最大為 。本設(shè)計采用鍍鉻。這種毛坯尺寸精度高，表面質(zhì)量好，可以有效的控制加工余量。 此設(shè)計制造泵筒的材料為 45 鋼。 2泵筒的材料選擇 從井下介質(zhì)情況來看，主要存在的的固體顆粒和腐蝕性物質(zhì)，不同井中固體顆粒大小、含量和腐蝕性物質(zhì)的化學(xué)成分、濃度都有變化，應(yīng)該根據(jù)不同介質(zhì)選擇相應(yīng)的泵筒材料。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 表 32 螺紋應(yīng)力集中系數(shù) 材料 滾制螺紋 切制螺紋 退火鋼 （＜ HB200） 淬火冷拔鋼（＞ HB200） 泵筒的設(shè)計與計算 泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在其內(nèi)做往復(fù)運動，抽汲油液，它又是固定閥、泵筒接箍的支持件，因此加工難度較大。 5）實際耐久極限 綜合比較，實際耐久 極限 n? 為 : 39。 3） 工件表面系數(shù)： 工件表面粗糙度對耐久極限有較大的影響，而且材料強度極限越大，影響越明顯。對于抽油泵零件而言可取偏載系數(shù) = 。影響實際耐久極限的因素主要有偏載情況、直徑大 小、工件表面質(zhì)量和介質(zhì)性質(zhì)等。 =n P bC?? （ 31） 式中 ： ‘ n? — 耐久極限， Mpa； b? — 材料強度極限， Mpa； PC — 加載方式系數(shù)，彎曲 : ,PC = 軸向拉壓 : ,PC = 扭轉(zhuǎn)： = 。耐久極限是通過表面光滑直徑 57mm 圓柱形試件，在轉(zhuǎn)桿壽命試驗機上試驗獲得的。工作在封閉圖形范圍內(nèi)的零件其壽命可達到 710 次循環(huán)以上，是安全的。 （ 1）古德曼圖 金屬材料用古德曼圖 ，如圖 31 所示，其橫坐標(biāo)是交變應(yīng)力的平均應(yīng)力 m? ，縱坐標(biāo)是最大應(yīng)力 max? 和最小應(yīng)力 min? 。 古德曼圖 [15] 石油機械疲勞強度計算時，經(jīng)常利用古德曼圖（圖 31），它是一張極限應(yīng)力圖。 抽油泵的主要零件的設(shè)計與計算 因各種零件的結(jié)構(gòu)、作用和工況不同，設(shè)計計算的內(nèi)容也有區(qū)別。 推薦柱塞長度和防沖距按表 31選擇。 管式泵最大外徑 受到套管內(nèi)徑的限制，我國常用的是 1140(5 )2? 套管，壁厚最厚的一種內(nèi)徑為 ? mm，與它配的抽油泵最大外徑應(yīng)控制在 116mm? ，有時因作業(yè)需要應(yīng)留出更大的空隙。 (2) 因為管式泵是插入式管，油管內(nèi)徑必須大于桿式泵最大外徑，反映為油管尺寸代號比泵徑尺寸代號前兩位數(shù)值要大。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 3 封閉環(huán)防氣防砂抽油泵設(shè)計 抽油泵總體尺寸 計算 油管直徑與泵徑的匹配 管式抽油泵要與油管連接，故油管直徑必須與抽油泵的泵型相匹配。 現(xiàn)場試驗及結(jié)論 2021 年 9 月，長塞環(huán)封防氣防砂抽油泵先后進行了現(xiàn)場測試，實驗數(shù)據(jù)見表 2.該泵與普通抽油泵相比，試驗壓力 28MPa 沒有漏失量，平均泵提高 15%20%，平均單井檢泵周期延長 90d 以上。 （ a） 機械強啟閉防氣出油閥 機械強啟閉防氣出油閥總成（圖 2）主要包括梭形閥強制打開，保證泵下腔氣體上排；該總成中的強啟閉防氣出油閥倒置并與閥桿上的球閥面配合以保證萬向密封，保證了泵在任何油氣比情況下均能有效工作。下沖