论文题目: 抽油机井油管失效机理及事故预防的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 赵启成
导师: 王振清
关键词: 抽油机井,油管螺纹,油管载荷,有限元法,预防措施
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 油管失效问题是石油生产中普遍存在并一直困扰石油工业大问题,随着油田的逐步开采,抽油机井油管失效事故日益频繁,给油田造成巨大的经济损失。油管失效实质是油管螺纹的失效。目前,国内外对油管螺纹的失效还未深入地进行研究。为此,本文针对大庆油田抽油机井油管螺纹失效进行了系统地实验研究和理论分析。 研制了一套油管载荷测试装置,用于测量油管在实际工况下所受拉伸力、转矩、弯矩等载荷。通过大量的油管载荷测试分析,掌握了油管工作载荷情况,在此基础上,建立油管工作时极限载荷与振动情况的理论模型。本论文还对油管受弯原因进行了分析。研究了油管螺纹的几何尺寸、形貌变化及其工作性能。 对油管螺纹在单项载荷和循环载荷作用下,分别进行了弹塑性接触有限元分析,给出油管螺纹在循环载荷作用下所表现出的力学特性,特别是应力应变集中部位(第一啮合齿齿根)的应力应变循环规律以及应力应变幅,确定了油管螺纹的卸载规律是按弹性卸载,说明了油管螺纹的疲劳类型属于高周疲劳。设计了一套动态测试系统,通过模拟现场油管工作载荷,测得油管螺纹内壁在各种载荷下的应变变化规律。并将实测结果与有限元计算结果进行对比,验证有限元的计算结果是可靠的。 通过对专业生产厂家生产的油管和现场失效的油管进行化学成份分析和机械性能测试,认为大庆油田在役油管的材质基本符合API规范,排除油管材质质量是引起油管非正常疲劳断裂失效的主要原因。 通过对油管断口的深入观察与分析,结合油管螺纹根部的应力状态,对油管疲劳裂纹的形成和扩展的机理进行了探讨。运用疲劳强度及寿命方面的描述和分析方法,对油管危险截面的螺纹根部的实际疲劳强度进行估算,指出正常使用的油管应该具有“无限寿命”。对油管断口的裂纹源区和
论文目录:
第1章 绪论
1．1 抽油机井油管失效情况统计
1．2 抽油机井油管失效类型
1．2．1 油管断裂
1．2．2 油管螺纹刺坏
1．2．3 油管螺纹粘扣
1．3 失效油管资料统计及分析
1．4 国内外研究的概况及本题目研究的目的意义
1．4．1 国内外有关研究的概况
1．4．2 本题目研究的意义
1．4．3 本文的主要工作
第2章 油管载荷谱与油管螺纹几何形貌的测试与分析
2．1 油管载荷测试装置的研制
2．1．1 油管载荷测试装置
2．1．2 油管载荷测试传感器工作原理
2．2 油管载荷谱的测试与分析
2．2．1 信号输出记录装置的标定
2．2．2 试验测试过程
2．2．3 试验测试结果分析
2．3 油管载荷近似理论分析
2．3．1 静载荷
2．3．2 动载荷
2．3．3 总轴向载荷
2．3．4 油管载荷计算值与实际测量值的比较
2．3．5 油管载荷振动分析
2．4 油管螺纹的几何尺寸、形貌变化及工作性能
2．4．1 油管螺纹的形貌检测
2．4．2 油管螺纹上、卸扣性能实验
2．5 本章小结
第3章 油管接头的弹塑性有限元分析
3．1 力学模型和有限元计算模型
3．1．1 有限元模型
3．1．2 材料物理模型
3．1．3 载荷模型
3．2 油管接头在单向载荷作用下的弹塑性有限元分析
3．2．1 载荷工况
3．2．2 上扣1．5圈公称锥度下的应力分析
3．2．3 公称锥度，不同上扣圈数的应力分析
3．2．4 上扣1．5圈 API极限锥度偏差下的应力分析
3．2．5 尾部第一啮合齿齿根塑性应变分析
3．3 油管接头在循环载荷作用下的弹塑性有限元分析
3．3．1 循环载荷工况
3．3．2 油管螺纹内壁的应变
3．3．3 油管螺纹齿根的应变循环规律
3．3．4 油管第一个啮合齿根处沿横截面上的应变
3．3．5 油管螺纹内壁的应力循环规律
3．3．6 油管螺纹齿根的应力
3．3．7 油管第一个啮合齿根处沿横截面上的应力
3．3．8 油管螺纹的卸载规律
3．3．9 油管螺纹疲劳破坏类型的说明
3．4 本章小结
第4章 油管螺纹内壁应变的测试与分析
4．1 弹塑性本构关系
4．1．1 弹塑性本构方程
4．1．2 油管螺纹内壁应力分析
4．1．3 油管螺纹内壁的屈服点
4．2 油管螺纹处内壁应变的测试方法
4．2．1 实验装置
4．2．2 布片位置的选择
4．2．3 实验数据的处理方法及误差分析
4．3 油管螺纹处内壁应变的变化规律
4．3．1 实验步骤
4．3．2 油管螺纹内壁应力应变的变化规律
4．4 油管螺纹内壁应变实测与有限元计算结果的对比
4．4．1 实验力学模型和有限元计算的力学分析
4．4．2 实验力学测试与有限元计算结果的对比
4．5 本章小结
第5章 抽油机井油管断裂失效机理与疲劳强度估算
5．1 抽油机井油管材质质量分析
5．1．1 专业生产厂油管的生产及质量情况
5．1．2 油田现用及破断油管的材质分析
5．2 油田现场破断油管断口形貌特征
5．3 油管疲劳断裂机理
5．3．1 疲劳裂纹的形成
5．3．2 疲劳裂纹的扩展
5．3．3 瞬时断裂
5．4 油管疲劳强度估算
5．4．1 Goodman关系及其适用性
5．4．2 油管螺纹根部的应力应变规律
5．4．3 抽油机井油管疲劳强度估算
5．5 本章小结
第6章 油管疲劳断裂的预防措施
6．1 油管疲劳断裂寿命的概念
6．2 油管上扣转矩控制
6．2．1 转矩与泵压的测试装置
6．2．2 现场转矩和泵压测试
6．2．3 影响油管上扣转矩大小的因素
6．2．4 油管上扣转矩的控制
6．3 油管非正常断裂预防措施
6．4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
个人简历
发布时间: 2005-10-21
参考文献
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