基于有限元技術(shù)的抽油桿試驗(yàn)夾塊優(yōu)化分析

楊秀光，張剛剛，姜 紅，李光澤，李 寧

(1.中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司，吉林 長春 130103；2.長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心，陜西 西安 710000；3.吉林省科技館，吉林 長春 130103)

1 引 言

抽油桿作為有桿采油系統(tǒng)的重要組成部分,其可靠性及穩(wěn)定性是油井生產(chǎn)的重要保障。抽油桿疲勞試驗(yàn)是以實(shí)物加載來模擬其在井下的整體受力情況。抽油桿疲勞性能評價(jià)通常采用抽油桿Ⅱ型試樣，如圖1所示，該試樣中間粗兩頭細(xì)，導(dǎo)致抽油桿易在夾持部位斷裂。研究夾持部位的斷裂機(jī)理，提高抽油桿Ⅱ型試樣疲勞試驗(yàn)成功率，一直是困擾相關(guān)技術(shù)人員的難題。

圖1 抽油桿Ⅱ型試樣

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，夾塊直接作用于抽油桿Ⅱ型試樣桿體上。為保證在試驗(yàn)過程中不發(fā)生滑移現(xiàn)象，需加大夾持力，這使得抽油桿夾持部位受到較大的載荷，甚至產(chǎn)生一定的損傷。由于抽油桿直線度的原因，試樣在夾持時(shí)不在試驗(yàn)機(jī)的中心軸上，如圖2所示。上下夾塊夾緊后，抽油桿存在軸向力，導(dǎo)致抽油桿桿體的夾持部位存在較大的應(yīng)力集中，加大了抽油桿在夾持部位斷裂的概率。因此，降低夾持部位的應(yīng)力和應(yīng)力集中，可以有效提高抽油桿疲勞試驗(yàn)的成功率。

(a)試樣直線度差 (b)存在軸向力圖2 夾持部位受力分析

本文采用有限元技術(shù)對常規(guī)V形夾塊夾持抽油桿進(jìn)行了夾持受力分析，并對夾塊進(jìn)行了優(yōu)化分析，為抽油桿試驗(yàn)夾塊的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

2 抽油桿夾持有限元分析

現(xiàn)有抽油桿疲勞試驗(yàn)楔塊為V形夾塊(楔塊)，如圖3所示，夾持試樣直徑16mm。……