【摘 要】
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碳纤维连续抽油杆具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优越特性,广泛应用于深井、超深井及腐蚀井中。碳纤维连续抽油杆的实际破坏形式与钢质杆不同,有横向断裂与纵向劈裂两种,其中横向断裂破坏形式与钢质杆类似,一是轴向载荷过大导致的抽油杆横向拉断,二是交变轴向应力导致的碳纤维抽油杆柱横向疲劳断裂;而纵向劈裂破坏形式则是碳纤维杆特有的。纵向劈裂破坏形式在受到交变扭矩作用、交变弯矩作用或交变扭、弯矩的综合作用时更易发生
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碳纤维连续抽油杆具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优越特性,广泛应用于深井、超深井及腐蚀井中。碳纤维连续抽油杆的实际破坏形式与钢质杆不同,有横向断裂与纵向劈裂两种,其中横向断裂破坏形式与钢质杆类似,一是轴向载荷过大导致的抽油杆横向拉断,二是交变轴向应力导致的碳纤维抽油杆柱横向疲劳断裂;而纵向劈裂破坏形式则是碳纤维杆特有的。纵向劈裂破坏形式在受到交变扭矩作用、交变弯矩作用或交变扭、弯矩的综合作用时更易发生。所以,开展碳纤维连续抽油杆柱的动力学分析理论及杆柱优化方法的研究,对保证混合杆柱采油系统的安全、可靠、高效运行具有重要意义。本文主要开展以下几个方面的工作:在悬点运动规律和柱塞液体载荷仿真模型的基础上,建立了基于波动方程的混合杆柱纵向振动仿真模型,并应用差分法求解仿真模型,实现了对混合杆柱悬点载荷、混合杆柱轴向分布载荷和泵端集中轴向力的仿真。考虑非均匀轴向分布载荷对杆柱弯曲刚度的影响,基于拟静态假设,建立了混合杆柱在油管内平面屈曲构型和空间屈曲构型的仿真模型,实现了任意时刻混合杆柱在油管内的屈曲构型仿真与杆管摩擦力仿真。分别以平面屈曲构型和空间屈曲构型为横向振动位移激励,建立了直井混合杆柱横向振动仿真模型;将悬绳器简化为扭转弹簧上边界,螺旋屈曲构型与油管间的摩擦力产生的诱发扭矩为激励力,建立了混合杆柱扭转振动仿真模型;基于混合杆柱振动规律的仿真结果,建立了混合杆柱任意截面多轴交变应力仿真模型,并计算了静强度与疲劳强度。以碳纤维杆不受压、碳纤维杆柱强度和疲劳强度条件为约束条件,混合杆柱抽油系统效率最高为优化目标函数,抽汲参数与混合杆住组合为目标设计变量建立了混合杆柱优化设计数学模型。
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