采用玻璃钢抽油 中的应用效果， 指出了玻璃钢抽油杆在设计、 使用及生产管理中应注意的问题 : 对某井的使用效果表明， 杆， 可使曲柄最大转矩下降 %CD ， 电机实耗功率下降 %$D ， 即使不换大泵， 也可以大幅度增加产液量 : 关 键 词： 玻璃钢；抽油杆柱；设计方法；大泵强采；增液降耗 文献标识码： + 文章编号： （!$$%） %$$$ = %C?% $# = $$>? = $B 中图分类号： 43?BB E : !
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式中： + 为泵挂深度； /- 为第 - 级杆截面积； .- 为第 - 级杆所占泵挂的比例； 0- 为第 - 级杆的弹性模量 ! #"! 混和杆柱的密度和应力传播速度的修正 假设混合杆柱的质量等于各级杆质量之和， 混合杆柱的平均密度!/ 为
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第 $ 种设计方法是采用修正的 *+, 设计方法， 由于 *+, 设计方法是针对钢制抽油杆的， 用于玻璃钢抽 油杆设计时必须加以修正 ! 该方法是目前广泛采用的抽油杆柱设计方法， 计算精度高， 运算速度快， 易于 推广应用 ! 第 " 种设计方法是采用简易公式法， 这种方法虽然计算简单， 但计算精度差 ! 文中采用修正的 *+, 方法设计玻璃钢抽油杆柱 ! 通过对 $( 口井次的设计计算及实际资料对比， 证明 该方法计算精度较高 !
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（ （ /- 1- ）， -" !- /- 1- ） "
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声波在混合杆中的传播速度 $ / 为 $ / % #0 / !/ ， 式中： 0 / 为混合杆柱平均弹性模量； 1- 为第 - 级杆的长度 ! !- 为第 - 级杆的密度；
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（1）
第’期
许亚芬等： 玻璃钢抽油杆柱的设计与应用
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玻璃钢抽油杆柱的设计方法
选井设计时应考虑的因素 通过优化设计， 给出地面抽油机的冲程、 冲次、 混合杆柱的组合、 泵径和防冲距， 避免井下柱塞碰泵， 减
少冲程损失， 实现超冲程 : 如果其杆体反复受拉伸和压缩负荷的作用， 将导致玻璃纤维丝和不饱和树脂分 离， 造成杆体失效 : 若杆柱下部有足够的质量， 可避免玻璃钢抽油杆的杆体受压 :
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玻璃钢抽油杆在大泵强采工艺中的应用效果
随着原油含水的逐年增加， 为保持原油稳产就需要加大产液量， 导致原有的抽油机超载运行， 可利用
玻璃钢抽油杆质量轻的特点进行大泵强采， 避免因使用大泵而更换大型抽油机 ( 大庆油田某采油厂萨 # ) ’* 井使用的 + 型抽油机， 下泵深度为 ! ,-， 原来使用 *+ -- 泵， 为增加产液 量现改用 ./ -- 泵， 为了不使抽油机超载， 采用玻璃钢抽油杆 +// -， 下部 ’// - 用钢制抽油杆做加重杆 ( 抽油机悬点最大负荷由 +" ( +" ,0 下降了 "12 ， 为 ’’ ( #’ ,0， 电机实耗功率由 !+ ( *1 ,3 下降了 !/2 ， 为 减速箱曲柄轴转矩最大值由 #* ( *" ,0 ・ 为 "1 ( /. ,0 ・ 产液量增加 */2 左右， 取 !’ ( 4+ ,3， - 下降了 !42 ， -， 得较好的增液降耗效果 ( 若不采用玻璃钢抽油杆， 换用 ./ -- 泵后， 则需将 + 型抽油机换成 4 型抽油机 ( 而采用玻璃钢与钢混 合杆柱后， 可不换抽油机 (
参考文献：
［!］ 李小龙 ( 玻璃钢抽油杆使用中的配套问题 ［ 5］ （.） ： ( 石油机械， !11’， "" "* 6 "4 ( ［"］ 王鸿勋， 张 琪 ( 采油工艺原理 ［7］ 石油工业出版社， ( 北京： !14’ ( *+ 6 44 (
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图# 简化抽油杆柱工作系统
弹性模量的材料所组成， 系统的总刚度和总密度不同 ! 因此， 除与密度和弹性模量有关的参数 ’. ( ， */ 以 及混合密度的计算方法不同外， 混合杆柱的工作特性也可以由 *+, 方法所给出的无量纲参数的关系曲线 求出 ! #"$ 混合杆柱刚度的修正
［$］ 混合杆柱的总刚度 为 , .# % +" */ / - 0-%#
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玻璃钢抽油杆的特征
玻璃钢抽油杆的物理参数见表 %， 优点为 （%） 质量轻： 可减少抽油机动力， 或增加下泵深度、 增大下泵
直径； （!） 耐腐蚀： 在腐蚀环境里也不会因杆体的腐蚀而发生破坏； （B） 增加柱塞的有效冲程： 在相应的运转 条件下， 能获得比钢质抽油杆更大的有效柱塞冲程 : 缺点为 （%） 抗压缩性差： 玻璃钢抽油杆是由纤维束组成， 其抗压性差， 为了减轻其所受的压缩应力， 把 钢制抽油杆放在玻璃钢抽油杆的下部； （!） 抗刮伤、 抗磨损性差： 由玻璃纤维制成的玻璃钢抽油杆容易被刮 伤， 也容易磨损 : 因此， 必须有保护扶正装置； （B） 受温度限制： 接头处粘合剂的强度随温度的升高而降低 : 因此， 必须对井内的温度分布加以控制； （#） 价格高： 玻璃钢抽油杆的价格约是钢制抽油杆的 B 倍 :
大 庆 石 油 学 院 学 报 &’()*+, ’- .+/0*1 234)’,3(5 0*6404(43
第 !" 卷 789: !"
第#期 *8: #
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !"! 混合杆柱的设计步骤 （!） 确定不同规格抽油杆所占泵挂的比例及混合杆柱的组成形式； （"） 计算混合杆柱的刚度和固有频率； （#） 根据修正的 $%& 方法提供的无量纲参数曲线计算设计参数； 校核各级杆强度 ( （’） 在设计混合杆柱时未采用等强度设计原则 ( 为了保证玻璃钢抽油杆和钢制抽油杆的正常工作， 必须 对杆柱强度校核 ( 采用改进的古德曼应力图分别校核钢制抽油杆与玻璃钢抽油杆的疲劳强度 ( !"# 使用中应注意的问题 （!） 抽油杆与油管的过度摩擦可减少泵的超冲程， 并增加抽油杆的压缩载荷， 在定向井或斜井中不宜 使用玻璃钢抽油杆 ( （"） 在安装玻璃钢抽油杆之前， 必须清楚油井的产能状况， 不允许出现油井抽空现象 ( 否则， 将会产生 液击而使抽油杆受到压缩载荷， 导致玻璃钢抽油杆的损坏 ( （#） 仔细装卸和储藏玻璃钢抽油杆， 如玻璃钢抽油杆的杆体被撞击， 将会损伤杆体， 导致使用时失效 ( （’） 与钢制抽油杆比较， 玻璃钢抽油杆受油井含气影响较大， 应安装气锚， 以发挥玻璃钢抽油杆的优越 性(
*
结论
（!） 以萨 # ) ’* 井为例， 用玻璃钢与钢混合杆柱取代钢抽油杆， 用于大泵强采， 可使抽油机悬点最大载 荷下降 "12 ， 避免因换大泵而换大型抽油机， 可节省油井设备投资 ( （"） 采用玻璃钢与钢混合杆柱取代钢制抽油杆， 改善减速箱的工作条件， 曲柄轴最大转矩约下降 同时电机实耗功率下降 !/2 ( !42 ，
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玻璃钢抽油杆柱的修正
在修正的 *+, 方法中， 假定抽油杆柱是满足波动方程 （#） 的振动系
统 ! 它适用于低粘原油、 低含气、 低出砂直井内的钢制抽油杆柱的设 计 ! 抽油杆柱工作系统可简化为弹簧质量振动系统， 见图 # ! 该方法中将这一系统的动力学特性用一组无量纲参数描述， 即 ’， ， ， 等 其中， 为冲次； 为单级杆柱的固有频 ’ ( ’ - ’. ( ( ( - )* / ) 0 - ) ! ’ ’( 率； ’. ( 为多级杆柱的固有频率； (( 为作用在柱塞上的液体负荷； )为 光杆冲程； * / 为抽油杆刚度； ) 0 为柱塞实际冲程 ! 玻璃钢—钢混合杆柱同样可以简化成细长杆柱的振动系统， 边界 条件也与钢制抽油杆柱完全相同， 其区别在于混合杆是由两种密度及
［#］ 的设计方法有 " 种 ： 第 # 种是采用精度较高的解波动方程的方法设计玻璃钢抽油杆柱 ! 波动方程的基
本形式为
$ $ （ "， （ "， （ "， #） # ） !! #） $! ! !! （#） $ % & % ’ & ， $ $ !# !# !" 式中： 方向向 ! 为位移； $ 为声波在杆中的传播速度； % 为阻尼系数； & 为重力加速度； # 为时间； " 为深度， 下为正 ! 这种方法在预测抽油杆负荷时精度很高， 误差在 #() 以内， 但计算速度较慢 !
玻璃钢抽油杆柱的设计与应用
许亚芬% ，崔晓华% ，许凤锦!
（ %A 大庆石油学院 石油机械系， 黑龙江 安达 摘 黑龙江 大庆 %"%#$$； !A 大庆油田有限责任公司 第一采油厂， %@B$$B ）
要： 分析了玻璃钢抽油杆固有特征， 阐述了玻璃钢抽油杆柱设计与计算方法， 给出了玻璃钢抽油杆在大泵强采
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引言
玻璃钢抽油杆是近年来在我国发展起来的特种抽油杆之一， 具有质量轻、 弹性好、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ强度高和耐腐蚀等
特点， 在各油田的机械采油技术中得到广泛的应用， 取得较好的增产、 节能效果及重大的经济效益， 特别是 用于大泵强采工艺中效果更好 : 拟对玻璃钢抽油杆的特征、 杆柱设计方法、 使用效果及使用中应注意的问 题进行分析 :