螺杆泵专用抽油杆标准扭矩值的确定方法

胡庆龙

中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院 (黑龙江 大庆 163453)

螺杆泵专用抽油杆标准扭矩值的确定方法

胡庆龙

中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院 (黑龙江 大庆 163453)

螺杆泵专用抽油杆目前没有统一的行业标准对其进行规范，只能参照SY/T 5029-2006《抽油杆》和SY/T 5550-2006《空心抽油杆》对其进行检验，但其中没有对抗扭性能的技术要求，而抗扭性能是螺杆泵专用抽油杆最重要的技术指标。因此有必要对其进行规范，从抽油杆的理论计算值、实测扭矩值、井下螺杆泵产生的最大扭矩值、地面驱动装置的过载扭矩值及各生产企业标准中规定的扭矩值5个方面综合考虑，确定出不同规格螺杆泵专用抽油杆的推荐标准扭矩值，对标准的制定起到一定的指导作用。

螺杆泵;抽油杆;扭矩值

抽油杆检验主要依据的标准有 SY/T 5029-2013《抽油杆》和SY/T 5550-2012《空心抽油杆》，但这2个标准主要是针对常规抽油杆而制定的，并不能完全适用于驱动螺杆泵专用抽油杆的检验工作。因此，驱动螺杆泵专用抽油杆是分项参照不同的标准进行检验，还没有统一的行业标准。同时，没有相关标准对驱动螺杆泵专用抽油杆的抗扭性能进行规定，而抗扭性能是驱动螺杆泵专用抽油杆最重要的性能指标，目前只能依据各生产厂家的企业标准进行试验，不能对其指标进行统一规范。同时，市场上驱动螺杆泵专用抽油杆种类多样，质量参差不齐，有待于进一步规范。鉴于上述情况，制订驱动螺杆泵专用抽油杆标准是非常必要的，对规范标准化市场、更好地指导生产、提高产品质量和确保标准的先进性和实用性都具有十分重要的意义。

1 标准扭矩值的确定方法

螺杆泵专用抽油杆标准扭矩值的确定主要有5个方面:①理论计算值;②扭矩实测值;③井下螺杆泵额定工况下最大扭矩值;④地面驱动装置的额定扭矩和过载扭矩值;⑤企业标准中对扭矩的规定值［1-5］。

1.1 理论计算值

式中:WP为截面系数，mm;［τ］为许用切应力，MPa;T为许用扭矩值，N·m。

在静载荷的情形下，扭转许用切应力［τ］与许用拉应力［σ］之间有如下关系:

式中:［τ］为扭转许用切应力，MPa;［σ］为许用拉应力，MPa。

一般扭矩抽油杆属于钢材，使用D级、HL级，抗拉强度范围(795～965)MPa、(965～1 195)MPa。

对于实心抽油杆(圆柱形式样):

式中:d为抽油杆外径，mm。

式中:a为空心杆壁厚，mm;d为空心杆外径，mm。

1.2 扭矩实测值

从2012年4月至2013年5月，分别对Φ22mm、Φ25mm、Φ29mm的D级和H级实心抽油杆以及Φ36mm、Φ38mm、Φ42mm的D级空心抽油杆进行了100组实验，实验结果见表1。

1.3 井下螺杆泵额定工况下最大扭矩值

计算负载扭矩的数学模型。

地面驱动螺杆泵正常工作时，原动机通过抽油杆柱带动螺杆泵旋转，抽油杆柱受到的总扭矩为:

式中：M1为转子的有功扭矩，N·m;M2为抽油对于空心抽油杆(管形式样):杆柱与井液的摩擦扭矩，N·m;M3为抽油杆柱与油管间的摩擦扭矩，N·m;M4为定子与转子间的过盈扭矩，N·m;M5为抽油杆的惯性扭矩，N·m。

表1 实验结果统计表

1.4 地面驱动装置的额定扭矩和过载扭矩值

常用驱动装置的额定扭矩和过载扭矩见表2。

表2 驱动装置额定扭矩和过载扭矩

1.5 企业标准中对扭矩的规定值

统计了10个企业标准中对最大扭矩值的规定，结果见表3。

表3 企业标准中对最大扭矩推荐值统计表

2 结论

根据以上数据统计及分析，可以得出有关驱动螺杆泵专用抽油杆扭矩值的结论。

1)驱动螺杆泵专用抽油杆最大扭矩值应满足的条件:①达到井下工况需求;②达到地面驱动装置过载能力需求;③绝大多数企业能够达标。

2)驱动螺杆泵专用抽油杆抗扭性能推荐值见表4。

表4 驱动螺杆泵专用抽油杆抗扭性能推荐值

［1］陈涛平，王春艳，孙兆海，等.地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的计算［J］.大庆石油学院学报，2004，28(6):26-28.

［2］王小兵，杨海滨，韩洪升.地面驱动螺杆泵抽油杆旋转效应的研究［J］.流体机械，2009，37(10)：11-13.

［3］程鹏，顾雪林，胡才志，等.地面驱动单螺杆泵抽油杆失效分析与预防措施［J］.石油机械，2000，28(4)：26-27.

［4］吴志坚，吴筱坚.地面驱动式单螺杆泵抽油杆的动力学特性［J］.石油大学学报:自然科学版，2000，24(5)：71-73.

［5］刘永新.螺杆泵井抽油杆失效原因分析［J］.油气田地面工程，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

胡庆龙(1973-)，男，工程师，现主要从事油气田用井下工具的质量监督检验工作。