摘 要：通过对螺杆泵井抽油杆杆体部位断裂面进行形貌分析，多数断裂为疲劳断裂，分析认为弯曲的抽油杆柱旋转运动时产生的交变应力是造成疲劳破坏的最主要原因。分析了弯曲产生的交变应力对抽油杆柱柱疲劳破坏的影响，建立弯曲的抽油杆柱旋转运动受力计算模型，借鉴抽油机井抽油杆疲劳强度校核的修正古德曼图法，建立了适合螺杆泵井抽油杆柱交变应力条件下疲劳强度校核的方法。根据螺杆泵井抽油杆交变应力的特点，得到适合螺杆泵井抽油杆柱疲劳强度校核条件，可以进行抽油杆柱疲劳强度的评价。
　　关键词：螺杆泵井；抽油杆柱；疲劳破坏；交变应力；
　　1 引言
　　螺杆泵井抽油杆柱承受的交变应力引起的杆柱失效与静强度条件下的杆柱失效截然不同。在静强度条件下，只有抽油杆柱承受的应力超过静应力时，抽油杆柱才会发生变形失效，而在交变应力作用下，尽管应力没有超过强度极限，甚至远低于静强度要求，但经过交变应力的长期作用后，抽油杆柱截面的有效尺寸无法承受外力时，抽油杆柱就会发生瞬间断裂。即使塑性很好的材料，在断裂前也没有明显的变形，这种断裂现象称为疲劳失效。螺杆泵井抽油杆柱的断裂大部分是由于疲劳损坏造成的。
　　在交变应力下，静应力低于屈服极限时金属就可能发生疲劳，因此，仅仅在静强度下测定的金属强度极限已不能作为强度指标。所以，还要对螺杆泵井抽油杆柱进行交变应力条件下的疲劳强度校核。
　　2 三维弯曲井眼内螺杆泵井抽油杆柱强度评价方法
　　建立适合螺杆泵井抽油杆柱疲劳强度校核的修正古德曼图法的步骤：
　　（1）收集螺杆泵井实例计算数据。收集相关数据的螺杆泵井即要包含抽油杆柱工作安全的也要包含一定数量的抽油杆柱已经发生疲劳断裂的。
　　（2）修正古德曼图疲劳强度校核方法通过螺杆泵井抽油杆柱交变应力计算模型对螺杆泵井实例数据进行处理，求得每口螺杆泵井抽油杆柱的交变应力的最小值与最大值。
　　（3）把每口螺杆泵井抽油杆柱的交变应力的最小值与最大值分别作为坐标系中横坐标值与纵坐标值组成坐标点，分别为、……。然后把每口螺杆泵井抽油杆柱交变应力的坐标点绘制在原始古德曼图中。
　　（4）在绘制好实例数据坐标点的原始古德曼图中，肯定存在这样一条直线，直线上方区域里的坐标点都是代表疲劳断裂的抽油杆柱的交变应力最小值与最大值的坐标点，直线下方区域里的坐标值点是代表安全工作的抽油杆柱的交变应力的最小值与最大值的坐标点。该直线即为考虑交变应力条件下螺杆泵井抽油杆柱的最大交变应力许用应力线，如图1所示。
　　（5）通过线段回归得出原始古德曼图中螺杆泵井抽油杆柱的最大交变应力许用应力线的表达式，即最大交变应力许用应力的最大值与最小值、屈服极限的关系式，见公式（1）。
　　公式（1）中，为交变应力许用最大值，；为抽油杆柱的屈服极限，；为交变应力的最小值，；其中、为系数。
　　（6）由于不同的螺杆泵井具有不同的井下条件，井下工作环境的差异性势必会影响到抽油杆柱的工作能力与工作状况，因此需要针对不同的井下工作环境进行修正，见公式（2）。
　　在公式（2）中，为修正系数，根据不同的抽油杆柱井下工作环境，取不同的修正值。的取值依据如表1所示。
　　公式（4）即为通过修正古德曼图法得出的交变应力条件下螺杆泵井抽油杆柱疲劳强度的校核条件。
　　（8）使用步骤（7）得到的交变应力条件下的螺杆泵井抽油杆柱疲劳强度校核条件可以进行对螺杆泵井抽油杆柱疲劳强度的评价，实现对螺杆泵井抽油杆柱工作状况的验证及评价。
　　3 结论
　　建立了适合螺杆泵井抽油杆柱交变应力条件下疲劳强度校核的修正古德曼图法。可以进行抽油杆柱疲劳强度的评价，实现螺杆泵井抽油杆柱工作安全状况的验证与预测。
　　[1] 杨海滨，狄勤丰，卜向前.三维弯曲井眼抽油杆柱动力学模型建立与仿真.大庆石油学院学报.2004，28（5）：39-42.
　　[2] 王文昌，狄勤丰，姚建林等.三维定向井抽油杆力学特性有限元分析新方法.石油学报.2010，31（6）：1018-1023.
　　作者简介：孟庆鹏，生于1987年，2012年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发工程专业，获硕士学位，现从事机械采油相关专业的工作。地址：山东东营西三路306号（257000）。