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抽油机光杆断裂原因分析及预防措施研究
作者：陈旭来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第01期
【摘要】抽油机光杆在长期往复抽汲运动过程中，受弯曲应力与光杆卡子处的应力集中交互作用，在光杆高应力点往往产生细微裂纹，在脉动载荷作用下，裂纹反复开、合，沿应力轴线垂直平面方向生长，直至剩余材料不足以支持载荷而发生断裂。【关键词】光杆断裂载荷侧向应力应力集中1光杆断裂原因分析11光杆断裂机理通常情况下，光杆所承受的交变应力远小于其静载下的强度极限，不易发生断裂。但由于光杆卡子内部特殊结构，当抽油机光杆在做往复运动过程中，光杆与卡牙接触部位因受应力使截面产生细微裂纹，这种裂纹会随着载荷变化次数增加而不断向四周扩展，在截面突变处往往会引起应力的局部增大，导致应力集中，当裂纹扩展到一定程度时，承受载荷的面积愈来愈小，光杆就会在某一载荷作用下发生突然断裂，形成疲劳破坏杆断。在生产实践中，几乎所有的光杆断裂都发生在光杆卡子下部附近。12影响光杆断裂因素的研究分析121方卡子剪切预应力由于光杆卡子内部卡牙呈螺纹状，当光杆悬挂抽油杆柱时要承受方卡子剪切预应力，当抽油机光杆在做往复运动过程中，光杆与卡牙接触部位因受应力使截面尺寸发生变化，引起截面变化附近的小范围内应力的急剧增加，导致应力集中，而离开这个区域稍远处，应力逐渐降低，并趋于均匀分布。光杆长期受不断重复变化承受载荷作用，最终在某一应力或载荷下光杆发生脆断。由此可见，方卡子预应力是导致光杆应力集中的根本原因，也是光杆断裂的根本原因。由于方卡子内部结构特点，现场无法避免应力集中现象，我们将从影响光杆断裂的其他因素进行分析。122油井负荷变化通过研究发现，油井负荷变化诱发光杆断裂主要有以下两个方面原因：一是受乳化影响油品性质变差，油井摩擦负荷上升；二是随着挖潜力度的加大，泵挂深度的逐年增长，导致油井静负荷上升。（1）油品乳化，摩擦负荷上升。
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目前油井产量呈下降趋势，含水也在不断上升，致使油品乳化混液粘度上升，摩擦负荷也呈上升趋势。光杆长期承载高负荷运转，在疲劳状态下极易发生光杆断裂。（2）泵挂加深，静载荷上升。随着油田挖潜力度逐年加大，泵挂深度逐渐加深，致使油井静载荷呈普遍上升趋势。雷3119井自开采以来，泵挂逐年加深，从2008年泵深1748m上升至2010年泵深1985m，其静载荷上升了r