螺杆泵井杆管柱力学研究|气田试井论文|免费论文
②井口附近和下部扶正器布置应避免抽油杆柱与油管内壁接触，减小振动，同时使得弯曲载荷较小。
（4）调整抽油杆转速
螺杆泵井工作转速高，其抽油杆承受扭矩大，杆柱在离心力作用下产生的偏心距也大。而且转速高使得抽油杆柱振动加剧，容易使抽油杆柱与油管内壁发生碰撞。不但使得杆柱发生偏磨，而且极容易造成抽油杆柱出现疲劳断裂，或者脱扣现象发生。确定合理的工作转速即可以避免提高抽油杆的安全性能，又可以防止杆管偏磨。根据现场调研，转速在100r/min-140r/min范围时可以取得较好效果。
（5）提高抽油杆强度缩小杆径
因为抽油杆在油管内是高速旋转运动，最直接的避免抽油杆与油管接触的方法就是缩小抽油杆的直径，但为了防止抽油杆断脱，应提高抽油杆的强度。使用连续抽油杆是一个很有效的方法。胜利油田胜利采油厂131口螺杆泵井中，使用连续抽油杆的井就有65口，免修期超过300天的螺杆泵井15口，其中使用连续抽油杆的井就占了11口，占总数的73.3%。大大的延长了螺杆泵井的检泵周期，起到了很好的防止杆管偏磨的作用。
4.3油管柱轴向压力的计算
完井作业时，有部分油管柱重力作用在油管锚上，使油管锚卡瓦卡住套管内壁。油管锚以上油管柱存在一中性点[13]，中性点以下油管柱受压，中性点以上油管柱受拉。螺杆泵从启动到正常生产，油管柱温度逐渐上升，油管柱因温度效应产生轴向力Ft使中性点上移，油管柱作用在油管锚上的压力增加。油井正常生产时，油管柱作用在油管锚上的力Fm可表示为：
(4-1)
式中 ——为完井作业时油管柱作用在油管锚上的力，KN。
因温度效应引起的轴向力为
(4-2)
式中 ——为油管的弹性模量， ；
——为油管柱线膨胀系数， =11 ；
——为油管柱的截面积；
——为因温度效应发生在整个管柱上的平均温度变化，即
（4-3）
式中 ——为完井时井液温度，℃；
——为正常生产时井口温度，℃；
——为正常生产时井下油管锚处温度，℃。
4.4油管柱受力弯曲变形量的计算
油管的受力比较复杂，现有油管弯曲计算模型往往只涉及管柱的自重，这会造成较大的偏差，现从多方面着手，分析各方面因素对地面抽油螺杆泵井油管弯曲所造成的影响。
（1）活塞效应引起的变形量
因油管内、外压力作用在管柱直径变化处和密封管的端面上引起管柱长度的变化。
（4-4）
式中 ——为坐封时管柱伸长长度，m；
——为环形空间压力，MPa；
——为油管内压力，MPa；
——为油管内截面积（以内径算），mm2；
——为油管外截面积（以外径算），mm2；
——为封隔器密封腔的横截面积，m2；
——为油管壁的横截面积，m2。
（2）螺旋弯曲效应引起的变形量
因压力作用在密封管端面和管柱内壁面上引起：
（4-5）
式中 ——为坐封时管柱压缩长度，m；
——为单位长度油管在空气中的平均重量（包括接箍）；
——为单位长度油管中的流体重量；
——为单位长度的油管体积（以外径算）所排开套管中流体的重量。
（3）膨胀效应引起的变形量
因压力作用在管柱的内、外端面上引起：
（4-6）
式中 ——为井口坐封压力，Pa；
——为油管锚下深，m；
——为弹性模量，Pa；
、 ——分别为油管外径、内径，m。
（4）温度效应引起的变形量
井内静止温度是随井深增加而升高的，管柱下入井中时，温度随之升高，直到与井中流体相等。当井内温度变化时，如向井内注冷流体或蒸汽等，管柱温度会随之变化。管柱受冷会缩短，受热会伸长。
（4-7）
式中 ——为材料的热膨胀系数；
——为管柱长度，m；
综合以上诸效应，油管变形量为：
= + + + (4-8)
完井作业时，有部分油管柱重力作用在油管锚上，使油管锚卡瓦卡住套管内壁。油管锚以上油管柱存在一中性点，中性点以下油管柱受压，中性点以上油管柱受拉。当油管存在变形量时，中和点位置将发生变化。
中和点位置（距井底）：
（4-9）
式中 ——为坐封压力，N；
——为油管产生的轴向力，N;
——为单位长度油管质量，kg。
（5）油管失稳弯曲引起的变形量
考虑到油管的失稳是其弯曲的主要原因，油管柱属细长杆，油管在轴向压力作用下失稳而发生弯曲[14]如图4-3。计算时作如下假设：
① 油管锚牢牢卡住套管内壁，无相对位移；
② 油管柱不考虑接箍的影响；
③ 忽略失稳弯曲段油管质量。
图4-3 油管弯曲受力模型图
建立相应数学模型计算油管柱弯曲变形时，将油管柱简化为一端固定，另一端自由的细长杆模型，其失稳临界力P为：
（4-10）
式中 ——为油管锚以上油管长度，m；
——为油管截面惯性矩， ，m4，
、 ——分别为油管内、外径。
在失稳临界力P作用下，油管柱失稳而发生弯曲，并靠在套管内壁上。以油管柱与套管接触点为固定点，依次计算下一个失稳弯曲段。各弯曲段长度的计算式为：
（4-11）
式中 ——为每米油管质量，kg/m；
——为重力加速度，m/s2。
（6）油管弯曲角度的计算
当油管发生弯曲变形时，其最大绕度即油管外壁与套管内壁发生接触时的距离。如图4-4所示：
1-套管 2-油管 3-油管轴线 4-弯曲角度β
图4-4 油管柱弯曲变形角度示意图
则有：
（4-12）
式中 ——为套管内径，mm；
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