本文關(guān)鍵詞：抽油桿表面裂紋仿真分析及剩余壽命預(yù)測(cè)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：抽油桿是抽油機(jī)井中重要的設(shè)備,它是抽油機(jī)和抽油泵間承受載荷傳遞運(yùn)動(dòng)的重要部件,抽油桿的疲勞強(qiáng)度和使用壽命決定和影響了整套抽油設(shè)備的最大下泵深度和排量。隨著石油的不斷開采,目前我國(guó)的大部分大型油田都進(jìn)入中、高含水階段,而且很多油井現(xiàn)在采用機(jī)械采油方式采油。全國(guó)各油田的生產(chǎn)油井中約有80%是使用有桿抽油技術(shù),75%的產(chǎn)油量是用抽油桿采出的,而每年新增加的抽油桿上千萬米,可見抽油桿在全國(guó)石油開采中占有相當(dāng)重要的地位。另外,根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,目前采油工作者設(shè)計(jì)的抽油桿正常使用壽命為107次,換算成時(shí)間是接近40個(gè)月。油井泵每次檢修都會(huì)有很多抽油桿到達(dá)服役期限而報(bào)廢或回收。但很多沒有明顯損傷的抽油桿經(jīng)過處理還是能夠再使用的。由于總量很大,抽油桿的回收利用能顯著降低采油成本。因此研究抽油桿的斷裂失效具有重要的工程意義。根據(jù)油田現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來看,疲勞斷裂是引起抽油桿失效的主要原因。因此,本文以直徑為25mm的20CrMo鋼制D級(jí)抽油桿的工程應(yīng)用為背景,基于有限元軟件ansys workbench對(duì)其表面裂紋做了模擬分析,研究了抽油桿桿體的橢圓形表面裂紋。參考有關(guān)文獻(xiàn),計(jì)算了有限邊界影響系數(shù)法和疲勞裂紋擴(kuò)展速率法提出的兩種最大、最小應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)前者比后者計(jì)算結(jié)果大,在多組計(jì)算比較后該結(jié)論仍然成立。提出在工程計(jì)算時(shí),參考有限邊界影響系數(shù)法安全系數(shù)更高。利用軟件對(duì)抽油桿桿體加載裂紋,進(jìn)行了有限元分析。研究了有裂紋對(duì)桿體造成應(yīng)力集中的影響,得出應(yīng)力集中系數(shù)為7.5左右；在使用有限邊界影響系數(shù)法計(jì)算裂紋最深處的應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí),該模擬得出的最深處K1值與對(duì)應(yīng)的計(jì)算值偏差基本保持在10%以內(nèi),驗(yàn)證了仿真分析的結(jié)果可以采用。提出在做工程分析時(shí),可以將此模擬計(jì)算結(jié)果作為估算裂紋最深處應(yīng)力強(qiáng)度因子值的依據(jù)。而裂紋表面點(diǎn)的K1值與模擬值偏差相對(duì)較大,但是偏差率比較穩(wěn)定,可根據(jù)工程實(shí)際情況決定是否參考該值；得出其裂紋前沿的K1值的分布及最大最小值,與理論計(jì)算值相比較偏差較小,可以作為理論計(jì)算參考的結(jié)論,并計(jì)算多組數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證其正確性。在得出模擬仿真結(jié)果的可參考性后,對(duì)桿體表面橢圓形裂紋進(jìn)行了仿真分析。對(duì)同一深度下的不同裂紋尺寸進(jìn)行了仿真分析計(jì)算,得出了裂紋形狀比與裂紋尺寸之間的關(guān)系,并指出裂紋尖端應(yīng)力因子的最大值是與a/c趨于0時(shí)取得的,此即最危險(xiǎn)的截面形狀,并據(jù)此簡(jiǎn)化了在靜載下裂紋最深處的KI計(jì)算公式：對(duì)于工程實(shí)際而言,在獲取裂紋深度后可以采用偏于安全的計(jì)算公式。公式簡(jiǎn)化后,自變量只有裂紋深度a,計(jì)算時(shí)更為方便。在Newmen-Raju、Fleck-Smith和Jolles等人通過實(shí)驗(yàn)和分析得出的Paris式中函數(shù)關(guān)系基礎(chǔ)上,提出了新的抽油桿表面裂紋的剩余壽命計(jì)算模型：本文參考相關(guān)文獻(xiàn),引用了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證。最終得到：當(dāng)初始裂紋較深時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與新模型計(jì)算結(jié)果相差6%左右,得出模型是可信的�？蛇m用于含裂紋的在役構(gòu)件的剩余壽命預(yù)測(cè),對(duì)合理安排抽油桿作業(yè)、預(yù)防桿柱在井下發(fā)生斷裂失效具有十分重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
【關(guān)鍵詞】：抽油桿 表面裂紋 仿真 剩余壽命 預(yù)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE933.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-14
• 1.1 課題研究的目的和意義11
• 1.2 疲勞裂紋國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 第二章 斷裂力學(xué)基本理論及抽油桿失效研究14-39
• 2.1 工程材料的斷裂14-15
• 2.2 斷裂力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)15-24
• 2.3 疲勞裂紋擴(kuò)展24-32
• 2.4 圓柱體表面裂紋32
• 2.5 抽油桿失效研究32-39
• 第三章 抽油桿桿體表面裂紋仿真研究39-60
• 3.1 抽油桿局部表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子39-50
• 3.2 抽油桿桿體表面橫向裂紋有限元仿真50-53
• 3.3 仿真分析結(jié)果及結(jié)論53-60
• 第四章 抽油桿表面橫向裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子分布規(guī)律60-72
• 4.1 抽油桿表面缺陷規(guī)格化60-63
• 4.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子分布63-66
• 4.3 裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子最大值的探究66-72
• 第五章 抽油桿桿體表面橫向裂紋的剩余壽命計(jì)算72-81
• 5.1 抽油桿懸點(diǎn)載荷72-73
• 5.2 抽油桿疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律73-74
• 5.3 剩余壽命估算理論74-75
• 5.4 改進(jìn)的剩余壽命估算模型75-78
• 5.5 壽命預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證78-81
• 總結(jié)及展望81-83
• 致謝83-84
• 參考文獻(xiàn)84-87
• 個(gè)人簡(jiǎn)介87-88
• 附表88-95

【相似文獻(xiàn)】

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