螺桿泵專用抽油桿標準扭矩值的確定方法

胡慶龍

中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院 (黑龍江 大慶 163453)

螺桿泵專用抽油桿標準扭矩值的確定方法

胡慶龍

中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院 (黑龍江 大慶 163453)

螺桿泵專用抽油桿目前沒有統一的行業標準對其進行規范，只能參照SY/T 5029-2006《抽油桿》和SY/T 5550-2006《空心抽油桿》對其進行檢驗，但其中沒有對抗扭性能的技術要求，而抗扭性能是螺桿泵專用抽油桿最重要的技術指標。因此有必要對其進行規范，從抽油桿的理論計算值、實測扭矩值、井下螺桿泵產生的最大扭矩值、地面驅動裝置的過載扭矩值及各生產企業標準中規定的扭矩值5個方面綜合考慮，確定出不同規格螺桿泵專用抽油桿的推薦標準扭矩值，對標準的制定起到一定的指導作用。

螺桿泵;抽油桿;扭矩值

抽油桿檢驗主要依據的標準有 SY/T 5029-2013《抽油桿》和SY/T 5550-2012《空心抽油桿》，但這2個標準主要是針對常規抽油桿而制定的，并不能完全適用于驅動螺桿泵專用抽油桿的檢驗工作。因此，驅動螺桿泵專用抽油桿是分項參照不同的標準進行檢驗，還沒有統一的行業標準。同時，沒有相關標準對驅動螺桿泵專用抽油桿的抗扭性能進行規定，而抗扭性能是驅動螺桿泵專用抽油桿最重要的性能指標，目前只能依據各生產廠家的企業標準進行試驗，不能對其指標進行統一規范。同時，市場上驅動螺桿泵專用抽油桿種類多樣，質量參差不齊，有待于進一步規范。鑒于上述情況，制訂驅動螺桿泵專用抽油桿標準是非常必要的，對規范標準化市場、更好地指導生產、提高產品質量和確保標準的先進性和實用性都具有十分重要的意義。

1 標準扭矩值的確定方法

螺桿泵專用抽油桿標準扭矩值的確定主要有5個方面:①理論計算值;②扭矩實測值;③井下螺桿泵額定工況下最大扭矩值;④地面驅動裝置的額定扭矩和過載扭矩值;⑤企業標準中對扭矩的規定值［1-5］。

1.1 理論計算值

式中:WP為截面系數，mm;［τ］為許用切應力，MPa;T為許用扭矩值，N·m。

在靜載荷的情形下，扭轉許用切應力［τ］與許用拉應力［σ］之間有如下關系:

式中:［τ］為扭轉許用切應力，MPa;［σ］為許用拉應力，MPa。

一般扭矩抽油桿屬于鋼材，使用D級、HL級，抗拉強度范圍(795～965)MPa、(965～1 195)MPa。

對于實心抽油桿(圓柱形式樣):

式中:d為抽油桿外徑，mm。

式中:a為空心桿壁厚，mm;d為空心桿外徑，mm。

1.2 扭矩實測值

從2012年4月至2013年5月，分別對Φ22mm、Φ25mm、Φ29mm的D級和H級實心抽油桿以及Φ36mm、Φ38mm、Φ42mm的D級空心抽油桿進行了100組實驗，實驗結果見表1。

1.3 井下螺桿泵額定工況下最大扭矩值

計算負載扭矩的數學模型。

地面驅動螺桿泵正常工作時，原動機通過抽油桿柱帶動螺桿泵旋轉，抽油桿柱受到的總扭矩為:

式中：M1為轉子的有功扭矩，N·m;M2為抽油對于空心抽油桿(管形式樣):桿柱與井液的摩擦扭矩，N·m;M3為抽油桿柱與油管間的摩擦扭矩，N·m;M4為定子與轉子間的過盈扭矩，N·m;M5為抽油桿的慣性扭矩，N·m。

表1 實驗結果統計表

1.4 地面驅動裝置的額定扭矩和過載扭矩值

常用驅動裝置的額定扭矩和過載扭矩見表2。

表2 驅動裝置額定扭矩和過載扭矩

1.5 企業標準中對扭矩的規定值

統計了10個企業標準中對最大扭矩值的規定，結果見表3。

表3 企業標準中對最大扭矩推薦值統計表

2 結論

根據以上數據統計及分析，可以得出有關驅動螺桿泵專用抽油桿扭矩值的結論。

1)驅動螺桿泵專用抽油桿最大扭矩值應滿足的條件:①達到井下工況需求;②達到地面驅動裝置過載能力需求;③絕大多數企業能夠達標。

2)驅動螺桿泵專用抽油桿抗扭性能推薦值見表4。

表4 驅動螺桿泵專用抽油桿抗扭性能推薦值

［1］陳濤平，王春艷，孫兆海，等.地面驅動螺桿泵抽油桿柱負載扭矩的計算［J］.大慶石油學院學報，2004，28(6):26-28.

［2］王小兵，楊海濱，韓洪升.地面驅動螺桿泵抽油桿旋轉效應的研究［J］.流體機械，2009，37(10)：11-13.

［3］程鵬，顧雪林，胡才志，等.地面驅動單螺桿泵抽油桿失效分析與預防措施［J］.石油機械，2000，28(4)：26-27.

［4］吳志堅，吳筱堅.地面驅動式單螺桿泵抽油桿的動力學特性［J］.石油大學學報:自然科學版，2000，24(5)：71-73.

［5］劉永新.螺桿泵井抽油桿失效原因分析［J］.油氣田地面工程，2009，28(6):80.

Special sucker rod for screw pump has no uniform standard，so its inspection only refers to SY/T 5029-2006 “rod”and SY/T 5550-2006 “hollow sucker rod”.But in the two standards，there is no the requirement for the torsional performance of sucker rod，while the torsional performance is themost important technical index of the special sucker rod for screw pump.Therefore it is necessary to formulate the standard for the torsional performance of the special sucker rod for screw pump.The recommended standard torque values of different types of special sucker rods of for screw pump are proposed based on the theoretical calculation torque value，themeasured torque value，themaximum torque value of?downhole?screw pump，the overload torque value of ground drive and the torque values in the standards of production enterprises，which will be helpful to the formulation of corresponding standards.

screw pump;sucker rod;torque value

萍

2014-12-03

胡慶龍(1973-)，男，工程師，現主要從事油氣田用井下工具的質量監督檢驗工作。