【正文】 是，此現(xiàn)象告訴人們:鉻鋁鋼在裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子幅較低時，具有較強(qiáng)的抵抗腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的能力，隨著的上升，這種能力降低，在高區(qū)甚至不如碳鋼。鉻鉬鋼在腐蝕介質(zhì)下的裂紋擴(kuò)展壽命與大氣介質(zhì)下的相比，差距反而比碳鋼型的要大。但應(yīng)注意到在裂紋較短和裂紋較長時，被測試鉻鉬鋼20CrMo和35CrMto，與碳鋼型的35Mn45號鋼在空氣中和腐蝕介質(zhì)中每個擴(kuò)展區(qū)間壽命的差距，可以發(fā)現(xiàn)，在裂紋擴(kuò)展初期裂紋較短，裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅相應(yīng)也較小，鉻鉬鋼在腐蝕介質(zhì)下的擴(kuò)展壽命與大氣介質(zhì)下的差距，比碳鋼型的要小得多（圖222中表示壽命的縱坐標(biāo)是對數(shù)坐標(biāo)）。因此，我們認(rèn)為，在抽油桿上存在可擴(kuò)展裂紋時，仍可工作兩個月甚至兩年多，但我們卻不推薦有意識地將裂紋擴(kuò)展期的壽命利用起來的做法。如果把各使用應(yīng)力下實際允許存在的裂紋尺度作為擴(kuò)展期壽命的起點(diǎn)來計算，那么所有條件下裂紋擴(kuò)展期的壽命都不到周次，見表23。在使用應(yīng)力為372. 6MPa時，總壽命只有數(shù)量級。因此，、據(jù)文獻(xiàn)中裂紋長短軸比時，22。對于大于6mm以上的裂紋，其剩余壽命忽略不計?！?。2. 初始裂紋深度和計算區(qū)間的劃分 我們曾用材料疲勞門坎值的方法對抽油桿各特征部位允許存在的不擴(kuò)展裂紋深度進(jìn)行過計算，結(jié)果表明，當(dāng)使用應(yīng)力在材料的疲勞極限附近（）時，～，～，而國標(biāo)及API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:在抽油桿桿身上允許存在0. l0mm裂紋。 （23）根據(jù)對抽油桿各特征部位應(yīng)力強(qiáng)度因子的三維有限元分析，式中的 ，則裂紋由擴(kuò)展到的運(yùn)轉(zhuǎn)周次可由下式求得 （24）式中的是隨裂紋長度由而改變的系數(shù)，可從文獻(xiàn)中的有關(guān)圖表中查到。單邊缺口拉伸試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子的表達(dá)式為 （22）其 中 試驗時，測出裂紋長度與運(yùn)轉(zhuǎn)周次之間的關(guān)系，用7點(diǎn)多項式回歸，得出裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子幅的關(guān)系，% NaCl水溶液中的值和值。大氣介質(zhì)中裂紋擴(kuò)展速率的測定，采用與腐蝕介質(zhì)相同的試樣，只是在Amsler高頻疲勞試驗機(jī)上以三點(diǎn)彎曲加載方式進(jìn)行測量，加載頻率約為60Hz，應(yīng)力比。%NaCl水溶液的有機(jī)玻璃小盒內(nèi)，為保證介質(zhì)化學(xué)成分的穩(wěn)定，在整個試驗期間，盒內(nèi)介質(zhì)始終以20ml/min的速度與大桶內(nèi)的介質(zhì)循環(huán)交換。然后，用單邊缺口載方式在Instron1341電液伺服疲勞試驗機(jī)上，用恒載法測定裂紋擴(kuò)展速率。 試驗方法和結(jié)果試驗用鋼的熱處理和常規(guī)力學(xué)性能見表21。根據(jù)這一要求，%NaCl水溶液中的裂紋擴(kuò)展速率，用Paris公式計算了當(dāng)抽油桿存在各種尺寸可擴(kuò)展裂紋時的剩余壽命，以尋求利用裂紋擴(kuò)展期剩余壽命的可能性。但是，對那些強(qiáng)度不太高，又有足夠塑性的材料，特別是在使用應(yīng)力較低時，即使在裂紋擴(kuò)展期仍可支撐相當(dāng)長一段時間，還有利用價值。在裂紋擴(kuò)展期，已形成的可擴(kuò)展裂紋在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的作用下向前擴(kuò)展，直到剩余的有效斷面不再能承受外加應(yīng)力時，便產(chǎn)生斷裂。在裂紋萌生階段，裂紋往往發(fā)生在工件的缺陷處，例如在刀痕，軋制、鍛造的表面缺陷或材料內(nèi)部的夾雜處形成。第2章 抽油桿疲勞裂紋擴(kuò)展模型抽油桿的失效分析表明，凡乎所有抽油桿的正常斷裂都與疲勞有關(guān)，原油有不同程度的腐蝕性，所以抽油桿的正常失效屬于程度不同的腐蝕疲勞破壞。抽油桿使用壽命計算軟件是一個主要應(yīng)用于現(xiàn)場的系統(tǒng)軟件，它可對現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的處理，運(yùn)用理論與經(jīng)驗公式繪制出油井溫度分布曲線和粘溫關(guān)系曲線，并給出一套完整的設(shè)計方案。油管在每個沖程中，要承受液柱壓力作用在柱塞上的載荷，下沖程時液柱載荷通過固定閥爾轉(zhuǎn)換到油管，油管伸長；上沖程時，液柱載荷轉(zhuǎn)換到抽油桿上，液柱載荷突然消失，油管收縮并因為彎曲效應(yīng)而彎曲，造成桿管之間的偏磨，這過程中既有抽油桿的脫扣又有抽油桿斷裂的情況的發(fā)生。如長期疲勞工作，桿體本身質(zhì)量油問題，加之工作環(huán)境差、長時間浸泡在含油腐蝕介質(zhì)的液體中，設(shè)計桿柱組合不匹配以及人為因素等。所以抽油桿的壽命對油田起著至關(guān)重要的作用。隨著油田開采年限延長，下泵深度的加大，抽油桿的工作狀況將成為影響油田生產(chǎn)的主要因素。 研究的意義目前在多種采油方式中，機(jī)械采油最為重要，尤其是有桿泵?，F(xiàn)提出的新理論認(rèn)為，抽油桿疲勞強(qiáng)度的可靠度計算取決于三個因素，即工作應(yīng)力的分布、一定應(yīng)力比下疲勞極限的分布和任意應(yīng)力比下當(dāng)量疲勞強(qiáng)度的模型。 另一類是API推薦的公式 （14）其中：為最大應(yīng)力，[]為最大應(yīng)力許用值，為最小應(yīng)力，為腐蝕系數(shù)，為抗拉強(qiáng)度，該公式只有靜強(qiáng)度指標(biāo)而無疲勞性能指標(biāo)。3. 一種新的抽油桿疲勞強(qiáng)度的可靠度計算摸型該計算模型提出了常規(guī)疲勞設(shè)計方法；分析了抽油桿承受的隨機(jī)工作應(yīng)力并給出了處理方法；提出了抽油桿疲勞極限分布的確定方法；在已知抽油桿應(yīng)力、一定應(yīng)力比的疲勞強(qiáng)度分布的前提下，得出了抽油桿在任意應(yīng)力比下的當(dāng)量疲勞強(qiáng)度分布，并利用應(yīng)力—強(qiáng)度干涉模型提出了抽油桿疲勞強(qiáng)度的可靠度計算方法。CortenDolan累積損傷理論(1956)認(rèn)為：不同應(yīng)力幅()各自所作用的頻(次)率造成的損傷率，不成線性比例累積。傳統(tǒng)的Miner線性累積損傷理論認(rèn)為損傷率D與循環(huán)應(yīng)力工作頻(次)率成線性比，即 （11）故剩余壽命 （12） 但MarcoStarkey理論(1945)卻認(rèn)為不然，他認(rèn)為如果，則當(dāng)作用同一時，大應(yīng)力造成的損傷將會大于較小應(yīng)力或造成的損傷。它只是指在無腐蝕環(huán)境及一定應(yīng)力比，并在應(yīng)力值等于最大許用應(yīng)力的條件與范圍內(nèi)，抽油桿的疲勞壽命值可取107次。事實上，近些年來由于抽油桿在選材、制造工藝方面的創(chuàng)新與改進(jìn)，以及在科學(xué)管理與合理使用等方面的完善與進(jìn)步，使得其使用壽命得以顯著延長。如在遼河油田一些稠油深井中，一些抽油桿的使用壽命低于此極限值；在四川油田，由于腐蝕嚴(yán)重，使用壽命往往也低于此極限值；在玉門及大慶油田，由于工況條件較好，抽油桿的使用壽命又高于107次。此結(jié)論一直被采油工作者廣泛采納。大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）影響抽油桿使用壽命的各種因素及合理載荷的方法畢業(yè)論文目 錄第1章 概 述 1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 研究的意義 3 研究的內(nèi)容 3第2章 抽油桿疲勞裂紋擴(kuò)展模型 4 試驗方法和結(jié)果 4 裂紋擴(kuò)展期剩余壽命的計算 6 結(jié)果分析 7第3章 載荷對抽油桿壽命的影響 10 影響抽油桿壽命的因素分析 10 載荷對抽油桿的影響及懸點(diǎn)載荷的計算 11 抽油桿使用壽命曲線 18第4章 應(yīng)用開發(fā)工具 22 Delphi 22 Delphi VCL組件的體系結(jié)構(gòu) 22 BDE組件簡介 23 數(shù)據(jù)訪問組件（Data Access Component） 24 數(shù)據(jù)控制組件（Data Control Component） 24第5章 抽油桿使用壽命計算軟件研制 26 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表設(shè)計 26 文件 26 數(shù)據(jù)管理 26 設(shè)計結(jié)果 32結(jié) 論 34參考文獻(xiàn) 35致 謝 36第1章 概 述 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r抽油桿使用壽命的預(yù)側(cè)與估算，國內(nèi)外都進(jìn)行過不少研究，特別是近10年來，國內(nèi)石油大專院校、中科院金屬所和油田的一些研究機(jī)構(gòu)作了大量工作取得了許多有實用價位的研究成果，并已應(yīng)用于生產(chǎn)實踐:現(xiàn)在人們已可以對新抽油桿、使用過的舊抽油桿以及有各種缺陷的抽油桿使用壽命作量化的預(yù)測、估算及判廢。1. 美國古德曼(Goodman)提出的107次抽油桿使用壽命值古德曼根據(jù)修正的古德曼許用應(yīng)力圖及API推薦的最大許用應(yīng)力計算公式，并用實驗的方式得到了抽油桿的使用壽命可達(dá)1000萬次而不至于發(fā)生斷裂破損的結(jié)論。如以抽油桿的沖程與沖次進(jìn)行壽命估算，沖次為10次的抽油機(jī)，抽油桿僅有23個月的工作日，這一結(jié)論顯然與現(xiàn)場生產(chǎn)實際不符。特別是一些油田開展舊抽油桿檢測與修復(fù)工作以來，一些有缺陷的桿被分等使用，舊桿得以重新拋丸強(qiáng)化，使得桿柱的斷脫率明顯下降，桿的使用壽命得以顯著延長。所以，采用10次作為抽油桿的使用壽命是有其局限性的。2. 米勒(Miner)與麥考斯得克(MarcoStarkey)提出的抽油桿累積損傷理論及其剩余壽命計算公式他們認(rèn)為，未經(jīng)使用過的新桿與經(jīng)一定交變載荷工作一定時間后的舊桿，兩者的差別是內(nèi)部累積損傷程度有所不同，因此其剩余壽命也隨之不同。 當(dāng)桿的應(yīng)力時間歷程不為等幅波時，損傷的累積問題更為復(fù)雜。CortenDolan壽命估算公式為： （13）式中 可以為八級載荷譜（）中任一級應(yīng)力幅的頻（次）率，為最大應(yīng)力級（）的幅值，為曲線上與相應(yīng)的疲勞指數(shù)，指數(shù)為斜線的斜率的倒數(shù)（實際使用時以代替之）。 因為抽油桿的失效形式主要是疲勞破壞，目前抽油桿強(qiáng)度校核的方法大致分兩類：一類是前蘇聯(lián)的方法，常用公式有奧金格公式、克魯曼公式和瑪爾卡維茨公式，其中當(dāng)量應(yīng)力表達(dá)式的參數(shù)選擇并不完全合理，許用值[]依靠經(jīng)驗而確定，都屬于常規(guī)疲勞強(qiáng)度設(shè)計的范疇。在上面分析認(rèn)識基礎(chǔ)上，并結(jié)合現(xiàn)代疲勞強(qiáng)度理論可建立新的計算模型。 計算模型共推導(dǎo)出19項計算公式，并由上述公式即可計算出抽油桿柱懸點(diǎn)處抽油桿疲勞強(qiáng)度的可靠度。對有桿泵來說，抽油桿柱作為地面抽油機(jī)和井下抽油泵的連接設(shè)備，在三抽設(shè)備中既是一個重要的部位，也是一個薄弱環(huán)節(jié)。抽油桿的壽命直接影響著油田原油的產(chǎn)量和油井的維護(hù)費(fèi)用。在實際的生產(chǎn)過程中影響抽油桿壽命的因素是多方面的。 研究的內(nèi)容本文研究抽油桿的使用壽命，分析載荷對抽油桿壽命的影響為油管承受交變的液柱載荷發(fā)生彎曲。并應(yīng)用Delphi語言編寫抽油桿使用壽命的計算軟件。該系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在產(chǎn)液量一定時，對設(shè)計井進(jìn)行系統(tǒng)選擇設(shè)計以下主要內(nèi)容（1） 確定出該井的井溫分布；（2） 確定出原油粘溫關(guān)系表達(dá)式；（3） 計算出懸點(diǎn)的最大和最小載荷；（4） 抽油桿壽命的計算。疲勞失效的過程主要分為裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展和斷裂三個階段。在弱腐蝕條件下，又可能伴隨有蝕坑的形成、擴(kuò)展和裂紋的形成等過程。各種研究表明，無論在有無腐蝕介質(zhì)條件下，裂紋萌生階段都占整個疲勞壽命的主要部分，而疲勞擴(kuò)展期的壽命只占總壽命的一小部分。因此，有人提出能否利用抽油桿裂紋擴(kuò)展期壽命的問題。同時，從抽油桿用鋼裂紋擴(kuò)展期裂紋擴(kuò)展的規(guī)律，探討提高抽油桿使用壽命的途徑。表21 實驗用鋼的常規(guī)力學(xué)性能材料及熱力學(xué)處理屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷面