[发明专利]一种抽油杆腐蚀寿命确定方法

权利要求书

1.一种抽油杆腐蚀寿命确定方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：收集分析油井抽油杆运行的工况参数，确定不同服役阶段影响抽油杆腐蚀的腐蚀环境W＝[X,Y,Z,...]，W表示腐蚀环境，X,Y,Z,…表示影响抽油杆腐蚀的几个主要因素；

步骤二：利用高温高压釜模拟实际工况对抽油杆材质进行腐蚀测试，测试条件为：w_i＝[x_i,y_i,z_i,...,t](i＝0,1,2,3,…,n-1,n)，w_i表示第i服役阶段的腐蚀环境，x_i表示第i服役阶段时主要因素X的取值大小，y_i表示第i服役阶段时主要因素Y的取值大小，z_i表示第i服役阶段时主要因素Z的取值大小，t表示腐蚀测试时间，n≥1，i＝n表示当前服役阶段，并利用腐蚀速率公式(1)求取抽油杆材质在不同工况环境下的均匀腐蚀速率值V_i；

式中：V_i为材质的均匀腐蚀速率，mm/a；m₀为腐蚀试验前试样的质量，g；m为腐蚀试验后试样的质量，g；S为试样总表面积，cm²；t为腐蚀测试时间，d；ρ为试样密度，g/cm³；

步骤三：将步骤二中的腐蚀速率值V_i代入公式(2)中，计算出抽油杆当前直径D₀'；

D₀'＝D₀-2∑V_iT_i(i＝0,1,2,3,…,n-1) (2)

式中：D₀'为抽油杆当前直径，mm；D₀为抽油杆原始直径，mm；V_i为第i阶段的均匀腐蚀速率，mm/a；T_i为抽油杆在第i阶段所运行的时间，a；

步骤四：将步骤三中的抽油杆当前直径D₀'和当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速V_n代入公式(3)中，计算得到受腐蚀作用后抽油杆剩余截面积A_r；

式中：A_r为腐蚀后抽油杆剩余截面积A_r，mm²；D₀'为抽油杆当前直径，mm；V_n为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；

步骤五：将步骤四中的剩余截面积A_r代入公式(4)中计算出抽油杆工作时的最大应力σ_max，其公式表示为(5)；

其中：

F_max＝F_r+F_l+I_ru+I_lu+F_o (6)

F_r＝ρ_sA_r0gL (7)

F_l＝(A_p-A_r0)ρ_sgL (8)

式中：σ_max为抽油杆工作时的最大应力，MPa；F_max为抽油杆工作时所受的最大载荷，N；A_r为腐蚀后抽油杆剩余截面积，mm²；D₀'为抽油杆当前直径，mm；V_n为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；F_r为抽油杆在空气中的重量，N；F_l为作用在抽油杆上的油管内流体重量，N；I_ru为上冲程时抽油杆的惯性载荷，N；I_lu为上冲程时油管内流体造成的惯性载荷，N；F_o为上冲程时抽油杆所受的其他载荷，包括摩擦载荷、井口回压产生的载荷，N；ρ_s为抽油杆材质密度，kg/m³；A_r0为抽油杆原始横截面积，m²；g为重力加速度，m/s²；L为抽油杆长度，m；A_p为抽油泵内截面积，m²；s为冲程，m；n为冲次，min^-1；ε为油管的过流断面变化引起的液柱加速度变化系数；A_t为油管流通断面面积，m²；

步骤六：将步骤四中的剩余截面积A_r代入公式(11)中计算出抽油杆工作时的最小应力σ_min，其公式表示为(12)；

其中：

F_min＝F_r+F_f+I_rd+F_o'

F_r＝ρ_sA_r0gL (13)

F_f＝-ρ_lA_r0gL (14)

式中：σ_min为抽油杆工作时的最小应力，MPa；F_min为抽油杆工作时所受的最小载荷，N；A_r为腐蚀后抽油杆剩余截面积，mm²；D₀'为抽油杆当前直径，mm；V_n为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；F_r为抽油杆在空气中的重量，N；F_f为油管内流体对抽油杆的浮力，N；I_rd为下冲程时抽油杆的惯性载荷，N；F_o'为下冲程时抽油杆所受的其他载荷，包括摩擦载荷、井口回压产生的载荷，N；ρ_s为抽油杆材质密度，kg/m³；A_r0为抽油杆原始横截面积，m²；g为重力加速度，m/s²；L为抽油杆长度，m；ρ_l为油管内流体的密度，kg/m³；s为冲程，m；n为冲次，min^-1；

步骤七：将步骤六中抽油杆工作时的最小应力σ_min代入公式(16)中计算得到抽油杆的许用最大应力[σ]_max，其公式表示为(17)；

式中：[σ]_max为抽油杆的许用最大应力，MPa；σ_T为抽油杆材质的最小抗拉强度，MPa；σ_min为抽油杆工作时的最小应力，MPa；k_sf为使用系数；F_min为抽油杆工作时所受的最小载荷，N；D₀'为抽油杆当前直径，mm；V_n为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；

步骤八：将步骤五中抽油杆工作时的最大应力σ_max、步骤六中抽油杆工作时的最小应力计σ_min和步骤七中抽油杆的许用最大应力[σ]_max代入公式(18)中计算出抽油杆的安全系数K的计算公式，其公式表示为(19)；

式中：K为抽油杆的安全系数；σ_max为抽油杆工作时的最大应力，MPa；σ_min为抽油杆工作时的最小应力，MPa；[σ]_max为抽油杆的许用最大应力，MPa；D₀'为抽油杆当前直径，mm；V_n为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a；T为抽油杆在当前服役阶段运行的时间，a；σ_T为抽油杆材质的最小抗拉强度，MPa；F_min为抽油杆工作时所受的最小载荷，N；k_sf为使用系数；F_max为抽油杆工作时所受的最大载荷，N；

步骤九：取抽油杆的安全系数阈值K_e，另K＝K_e，将安全系数阈值K_e代入公式(20)中，计算出抽油杆的在当前服役阶段的剩余安全服役时间T_e；

式中：T_e为抽油杆的在当前服役阶段的剩余安全服役时间，a；D₀'为抽油杆当前直径，mm；σ_T为抽油杆材质的最小抗拉强度，MPa；F_max为抽油杆工作时所受的最大载荷，N；F_min为抽油杆工作时所受的最小载荷，N；K_e为安全系数阈值；k_sf为使用系数；V_n为当前服役阶段抽油杆的均匀腐蚀速率，mm/a。