杆柱受力分析
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/ 杆 / 杆
液柱载荷
活塞上的液柱载荷全程 加载到抽油杆柱上，使得杆 柱上的每一点均承受到相等 的因液柱而产生的拉应力。
P液
P液 ( F活 f 杆 ) Lr液
沉没压力
就是液体进泵时，作 用在活塞底部上的压力， 是由套管内的压力和环形 空间内的液柱压力（或者 叫地层流压）产生的。
P沉
P 沉
从杆柱的受力分析不难看出，杆柱下行时的 阻力主要包括：（1）液流阻力，（2）浮力， （3）柱塞磨擦力，（4）杆柱在液体中下行产生 的粘滞阻力。对于稠油油田，粘滞阻力的存在， 是导致抽油杆失稳的主要原因。
杆柱失稳弯曲产生的危害
增大冲程损失，降低泵效。
造成抽油杆偏磨，损坏泵杆和油管。
使交变负荷增大，从而产生越应力破坏。 容易造成抽油杆断脱。
4.采取降低S*N值的方法。现场常用降低抽油机 冲次的方法，主要通过各种电机调速技术来改变驴 头悬点的运行速度。当悬点的运行速度降低以后， 通过游动阀的局部水力损失减小，同时，下行时的 粘滞阻力也得到大大的降低。
5. 采取变换泵径的方法，即由大泵更换为小泵。 我们知道，柱塞和衬套间的半干磨擦力的大小由下 面的公式确定：
Pf
0.94d p
140
从上式可以看到，更换小泵后，降低了柱塞与 泵筒间的半干磨擦力，从而减小了泵杆的下行阻力。
6. 通过调整泵的配合间隙的方法。就是由一 级泵降为二级泵或者是由二级泵降为三级泵。泵 降级以后，半干磨擦力随之减小，下行阻力也减 小。 7. 通过加深泵挂的方法。泵挂加深以后，增 大了杆柱的拉应力，同时也使得中和点下移。由 于地温梯度的存在，越往下，流体的温度越高， 液体的粘滞阻力越小，杆柱越容易下行，杆柱越 不容易发生弯曲形变。比如羊 3-13-2 井就是采取 加深泵挂的方法，解决了抽油杆的失稳问题。
在常规有杆泵抽油过程中，抽油杆柱受上、 下交变负荷的作用，其各点的受力的大小和方 向是不同的，随其位移的变化而变化。在整个 抽油杆柱全程上，光杆承受最大的拉应力，与 活塞相连的抽油杆承受最大的压应力。为了更 好地对抽油杆柱进行全面的受力分析，首先必 须了解杆柱都承受哪些载荷以及这些载荷的作 用方向。
静 载 荷
抽油杆柱自身的重量而产生的重力载荷 活塞上的液柱载荷 沉没压力 井口回压
P杆
P液 P液 P回
抽油杆
杆柱重力载荷
油管
上冲程中光杆所 承受载荷为抽油杆柱 在空气中的重量：
泵筒
凡尔球
P杆 ( x) q杆 L( x)
下冲程中，光杆所 承受载荷为抽油杆柱在 液体中的重量:
活塞
凡尔球
Βιβλιοθήκη Baidu
P ( x) q L( x) q杆bL( x)
根据抽油杆全程受力分析，找到影响抽 油杆失稳的各种因素，从而找到解决抽油杆 失稳的方法:
1.应用抽油杆扶正技术。在抽油杆的失稳段， 采用抽油杆扶正器，可修正杆柱弯曲变形。不过， 采用扶正块以后，就会增大杆柱的磨擦阻力，增大 拉应力，并使中和点上移。对于油稠的井，不宜采 用此方法。
2. 应用加重杆加重技术。就是在杆柱的最下 部采用一段加重杆，从而增大杆柱重量。使用加 重杆是解决抽油杆柱弯曲变形的有效方法。可以 减轻或避免下部抽油杆柱受压应力作用而发生弯 曲变形象，从而改善抽油杆柱的工作状况，提高 抽油杆的工作寿命和泵效。 3.采取泵下掺水降粘工艺技术。通过此种方 法，可以大大降低液体的粘度，改善液体的流动 性能，从而降低磨擦阻力和液流阻力。
假设杆柱离开井口的距离为 x，随着x的增加，该点所受到的 下部杆柱的重力减小。当杆柱重 量被在下行过程中产生的阻力抵 消后，杆柱上就会产生一个中和 点X中，中和点以下的杆柱处于受 压状态。该点也是抽油杆最容易 断脱的部位。 x 继续增大，杆柱 压应力也增大，在其下端达到最 大。
中和 点
由于受压应力逐渐增大的影响，受压杆段发 生三种形态的过渡。靠近中和点部分，由于杆柱 的刚度和较小的压应力，杆柱保持挺直，不会弯 曲；向下随着压应力的增大，抽油杆发生弹性弯 曲变形，再向下，当压应力超过弹性极限后，杆 柱将发生塑性弯曲变形。当然，如果下行时阻力 不够大，或者抽油杆的材料结构性能较好，杆柱 就可能不会发生塑性变形。
hr液 10
P 套
P吸 P沉 P损
P回
井口回压
井口回压始终作用在活塞上， 使光杆载荷增加，只不过在下行 过程中，游动凡尔打开，井口回 压加载到油管柱上，使杆柱减载； 如果不能及时卸载，活塞上仍然 要承受一部分回压。
P
上 杆回
p回 ( F活 f杆 )
P
下 杆回
p回 f 杆
在整个抽油杆柱上，主要受三种力的作用，在 这三种力中只有 P 杆的自身重力始终向下的，使抽 油杆呈拉伸状态，不使抽油杆发生弯曲变形。 P 惯 载荷，在下冲程的前半个冲程是向上的，从而增大 下行阻力，只有在后半个冲程才是向下的，使下行 阻力减弱。故在抽油杆整个下行过程中，抽油杆失 稳发生在下冲程的前半个冲程中。如果摩擦阻力足 够大，抽油杆柱弯曲变形严重，失稳现象在下半个 冲程中也不会完全消失。
液柱载荷
活塞上的液柱载荷全程 加载到抽油杆柱上，使得杆 柱上的每一点均承受到相等 的因液柱而产生的拉应力。
P液
P液 ( F活 f 杆 ) Lr液
沉没压力
就是液体进泵时，作 用在活塞底部上的压力， 是由套管内的压力和环形 空间内的液柱压力（或者 叫地层流压）产生的。
P沉
P 沉
从杆柱的受力分析不难看出，杆柱下行时的 阻力主要包括：（1）液流阻力，（2）浮力， （3）柱塞磨擦力，（4）杆柱在液体中下行产生 的粘滞阻力。对于稠油油田，粘滞阻力的存在， 是导致抽油杆失稳的主要原因。
杆柱失稳弯曲产生的危害
增大冲程损失，降低泵效。
造成抽油杆偏磨，损坏泵杆和油管。
使交变负荷增大，从而产生越应力破坏。 容易造成抽油杆断脱。
4.采取降低S*N值的方法。现场常用降低抽油机 冲次的方法，主要通过各种电机调速技术来改变驴 头悬点的运行速度。当悬点的运行速度降低以后， 通过游动阀的局部水力损失减小，同时，下行时的 粘滞阻力也得到大大的降低。
5. 采取变换泵径的方法，即由大泵更换为小泵。 我们知道，柱塞和衬套间的半干磨擦力的大小由下 面的公式确定：
Pf
0.94d p
140
从上式可以看到，更换小泵后，降低了柱塞与 泵筒间的半干磨擦力，从而减小了泵杆的下行阻力。
6. 通过调整泵的配合间隙的方法。就是由一 级泵降为二级泵或者是由二级泵降为三级泵。泵 降级以后，半干磨擦力随之减小，下行阻力也减 小。 7. 通过加深泵挂的方法。泵挂加深以后，增 大了杆柱的拉应力，同时也使得中和点下移。由 于地温梯度的存在，越往下，流体的温度越高， 液体的粘滞阻力越小，杆柱越容易下行，杆柱越 不容易发生弯曲形变。比如羊 3-13-2 井就是采取 加深泵挂的方法，解决了抽油杆的失稳问题。
在常规有杆泵抽油过程中，抽油杆柱受上、 下交变负荷的作用，其各点的受力的大小和方 向是不同的，随其位移的变化而变化。在整个 抽油杆柱全程上，光杆承受最大的拉应力，与 活塞相连的抽油杆承受最大的压应力。为了更 好地对抽油杆柱进行全面的受力分析，首先必 须了解杆柱都承受哪些载荷以及这些载荷的作 用方向。
静 载 荷
抽油杆柱自身的重量而产生的重力载荷 活塞上的液柱载荷 沉没压力 井口回压
P杆
P液 P液 P回
抽油杆
杆柱重力载荷
油管
上冲程中光杆所 承受载荷为抽油杆柱 在空气中的重量：
泵筒
凡尔球
P杆 ( x) q杆 L( x)
下冲程中，光杆所 承受载荷为抽油杆柱在 液体中的重量:
活塞
凡尔球
Βιβλιοθήκη Baidu
P ( x) q L( x) q杆bL( x)
根据抽油杆全程受力分析，找到影响抽 油杆失稳的各种因素，从而找到解决抽油杆 失稳的方法:
1.应用抽油杆扶正技术。在抽油杆的失稳段， 采用抽油杆扶正器，可修正杆柱弯曲变形。不过， 采用扶正块以后，就会增大杆柱的磨擦阻力，增大 拉应力，并使中和点上移。对于油稠的井，不宜采 用此方法。
2. 应用加重杆加重技术。就是在杆柱的最下 部采用一段加重杆，从而增大杆柱重量。使用加 重杆是解决抽油杆柱弯曲变形的有效方法。可以 减轻或避免下部抽油杆柱受压应力作用而发生弯 曲变形象，从而改善抽油杆柱的工作状况，提高 抽油杆的工作寿命和泵效。 3.采取泵下掺水降粘工艺技术。通过此种方 法，可以大大降低液体的粘度，改善液体的流动 性能，从而降低磨擦阻力和液流阻力。
假设杆柱离开井口的距离为 x，随着x的增加，该点所受到的 下部杆柱的重力减小。当杆柱重 量被在下行过程中产生的阻力抵 消后，杆柱上就会产生一个中和 点X中，中和点以下的杆柱处于受 压状态。该点也是抽油杆最容易 断脱的部位。 x 继续增大，杆柱 压应力也增大，在其下端达到最 大。
中和 点
由于受压应力逐渐增大的影响，受压杆段发 生三种形态的过渡。靠近中和点部分，由于杆柱 的刚度和较小的压应力，杆柱保持挺直，不会弯 曲；向下随着压应力的增大，抽油杆发生弹性弯 曲变形，再向下，当压应力超过弹性极限后，杆 柱将发生塑性弯曲变形。当然，如果下行时阻力 不够大，或者抽油杆的材料结构性能较好，杆柱 就可能不会发生塑性变形。
hr液 10
P 套
P吸 P沉 P损
P回
井口回压
井口回压始终作用在活塞上， 使光杆载荷增加，只不过在下行 过程中，游动凡尔打开，井口回 压加载到油管柱上，使杆柱减载； 如果不能及时卸载，活塞上仍然 要承受一部分回压。
P
上 杆回
p回 ( F活 f杆 )
P
下 杆回
p回 f 杆
在整个抽油杆柱上，主要受三种力的作用，在 这三种力中只有 P 杆的自身重力始终向下的，使抽 油杆呈拉伸状态，不使抽油杆发生弯曲变形。 P 惯 载荷，在下冲程的前半个冲程是向上的，从而增大 下行阻力，只有在后半个冲程才是向下的，使下行 阻力减弱。故在抽油杆整个下行过程中，抽油杆失 稳发生在下冲程的前半个冲程中。如果摩擦阻力足 够大，抽油杆柱弯曲变形严重，失稳现象在下半个 冲程中也不会完全消失。