抽油杆可靠性及其剩余寿命研究

摘要

有杆抽油方法是应用最广泛的一种人工举升采油法,目前,在各种人工举升采油方法中,有杆抽油仍居于首要地位.抽油杆是有杆抽油设备的重要部件,它将抽油机的动力传递给井下抽油泵.抽油杆的疲劳强度和使用寿命决定和影响了整套抽油设备的最大泵深度和排量.抽油杆柱是由数十根或数百根抽油杆通过接箍连接而成.在采油过程中,抽油杆柱承受不对称载荷的作用,工作介质为井液(原油和矿层水),而许多抽油井的井液含有腐蚀介质.因此,抽油杆的主要失效形式为疲劳断裂和腐蚀疲劳断裂.抽油杆的断脱事故严重影响原油产量,增加了修井费用,提高了原油成本.为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命,本文选择应用可靠性理论和断裂力学理论及断裂力学实验方法,研究抽油杆断裂失效问题.从大庆油田采油井井史的调查研究入手,收集有杆油井的故障现象,整理分析数据,建立抽油杆系统的故障树,并对故障树进行定性定量分析,找出抽油杆系统服役期的薄弱环节；针对薄弱环节,对抽油杆材料及构件进行实验研究,给出应力强度因子、断裂韧度等的计算方法,为剩余寿命的计算提供理论根据；通过对抽油杆材料疲劳裂纹扩展规律的研究,为抽油杆剩余寿命的研究提供可靠依据；运用断裂力学和可靠性理论计算抽油杆的剩余寿命及其可靠度,为抽油杆服役期、检修期的制定提供了理论依据；

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及使用授权声明

创新点摘要

引言

第一章表面裂纹的发展研究

1.1抽油杆问题综述

1.2断裂力学的发展与现状

1.3表面裂纹的研究概况

1.3.1板壳表面裂纹的研究概况

1.3.2圆柱杆体的表面裂纹研究状况

1.4问题的提出及研究意义

1.5本文的主要工作

第二章抽油杆系统故障树分析

2.1可靠性概述

2.1.1故障模式与故障树分析

2.1.2故障树分析

2.2抽油杆系统故障树的建造

2.2.1顶事件的选择

2.2.2现场调研

2.2.3抽油杆故障树建立

2.3抽油杆故障树的分析

2.3.1定性分析

2.3.2定量分析

2.4本章小结

第三章抽油杆材料应力强度因子的研究及计算

3.1应力强度因子KI和断裂韧度KIC

3.1.1疲劳裂纹扩展速率法求应力强度因子

3.1.2抽油杆杆体及过渡段圆环表面裂纹应力强度因子

3.2 J积分和断裂韧度JIC

3.3抽油杆材料JIC测试

3.3.1试件制备

3.3.2测试原理

3.3.3试验方法及结果

3.4本章小结

第四章抽油杆材料疲劳裂纹扩展规律的研究

4.1概述

4.2实验过程

4.2.1疲劳裂纹扩展速率da/dN

4.2.2疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth

4.3实验数据处理

4.3.1疲劳裂纹扩展速率

4.3.2疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth

4.4本章小结

第五章抽油杆剩余寿命计算及可靠性研究

5.1抽油杆剩余寿命的计算及可靠性分析

5.1.1力学模型

5.1.2剩余寿命计算方法

5.2剩余寿命的Monte-Carlo模拟

5.2.1随机数

5.2.2随机变量模拟

5.2.3 Monte-Carlo模拟

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢