一种超高强度抽油杆强度校核方法技术研究

2022-12-09

长庆油田90%以上采用抽油杆系统生产, 其中H级抽油杆2587.59万米, 占45.7%。2013年以来长庆油田产建钻采工程方案要求全部应用H级抽油杆, 但目前抽油杆柱优化设计方法 (奥金格和API方法) 是建立在D级抽油杆的物理化学性能、许用应力的基础上, 现用定向井优化设计软件还没有建立定向井高强度抽油杆优化设计方法, 还无法规范超高强度抽油杆柱强度校核, 指导现场使用。

目前国内多采用API推荐的方法, 即用修正古德曼来进行抽油杆强度校核和杆柱设计, 如图1。抽油杆柱的许用应力的计算公式:

式中σall——抽油杆柱的许用最大应力;T——抽油杆最小抗拉强度;σmin——抽油杆最小应力;SF——使用系数, 考虑到流体腐蚀性等因素而附加的系数 (小于或等于1.0) 。

一、超高强度抽油杆强度校核模型的建立

在修正古德曼图基础上, 我们综合考虑了不同材质抽油杆自身的物理化学特性 (不同钢材自身的安全系数K、最小抗拉强度和屈服强度比值a) , 进一步对其修正古德曼图和抽油杆柱最大许用应力计算公式进行了如下修正。

如图2, 设安全系数为K, 抗拉强度与屈服强度比值为a;则, D2E2最大疲劳极限线;D`K`最大许用疲劳极限应力线;

古德曼曾假设, 拉伸脉动循环时的安全疲劳极限为材料抗拉强度的一半, 考虑安全系数K, 故D`点坐标为: (0, T/ (2K) ) , K`点坐标为: (T/a, T/a) 。则D`K`线段方程为:

并考虑油井流体腐蚀性, 则有:

式中参数a、K可以通过抽油杆实验得到。

对比式1.2、式1.1, 不难求得:修正古德曼图中K=2, a=1.75。

二、关键参数求取及最大许用应力计算

(1) a、T参数的求取

如图3所示, 抽油杆抗拉强度σb, 最小抗拉强度T, 屈服强度σs。

其T为多组实验中σb最小值

(2) K参数的求取

如图4所示, 可按照《SYT 6272-1997超高强度抽油杆》附录A中安全系数K求得, 即:

式中S50%为置信度50%的疲劳极限, S99.9%为置信度99.9%的疲劳极限。

为了保证安全系数的可靠性, 通常至少取三个应力比做试验, 这样就会算得三个安全系数, 取这三个中的最大值作为抽油杆的最终安全系数。

最后, 将所得的a、T、K参数返代入 (1.2) 式, 即可得到这种高强度抽油杆柱强度校核公式。要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏, 抽油杆的最大应力不应超过式 (1.2) 计算出的许用最大应力σall, 即

将最大、最小载荷公式代入式 (1.2) 和 (1.3) , 就可得出计算抽油杆强度所允许的悬点最大载荷的公式, 进而可确定在一定抽汲参数和设备下抽油杆的允许下入深度, 或者在一定下泵深度下使抽油杆不超载的fp、s、n组合。

结论与认识

本文提到的超高强度抽油杆强度校核方法, 综合考虑了不同材质抽油杆自身的物理化学特性, 挖掘了超高强度抽油杆利用潜能, 使抽油杆柱优化设计更加具有合理性, 有一定节能、降耗、提效特点, 具有很好的推广价值。

摘要：本文涉及一种超高强度抽油杆柱强度校核方法, 用于机采井抽油杆柱组合优化设计, 它是基于修正古德曼图、综合考虑了不同材质抽油杆自身的物理化学特性 (不同钢材自身的安全系数K、最小抗拉强度和屈服强度比值a) , 建立起来的超高强度抽油杆强度校核方法, 挖掘了超高强度抽油杆利用潜能, 使抽油杆柱优化设计更加具有合理性。

关键词：超高强度,抽油杆,强度校核,优化设计