[发明专利]拉弯疲劳和磨损复合工况下的抽油杆使用寿命评价系统

说明书

本发明提供一种拉弯疲劳和磨损复合工况下的抽油杆使用寿命评价系统，包括主体框架、加载系统、测量系统和控制系统，所述主体框架为横卧结构，所述加载系统还包括正向挤压装置，所述主体框架的正上方设有可在水平方向移动的所述正向挤压装置，所述正向挤压装置的端部设有至少一个独立工作的挤压弧板，所述挤压弧板可自行调节与所述抽油杆外表面的接触位置，所述测量系统还包括摩擦单元，所述主体框架的底部基座上设有所述摩擦单元。本发明技术方案可以很好地模拟抽油杆实际拉伸和弯曲复合变形的疲劳工况，以及抽油杆与油管内壁之间的摩擦磨损工况，进而获得疲劳和磨损复合作用下的抽油杆使用寿命。

技术领域

本发明涉及抽油杆疲劳性能检测设备，尤其涉及一种拉弯疲劳和磨损复合工况下的抽油杆使用寿命评价系统。

背景技术

对于抽油杆来说，由于存在深井、超深井和斜井，井口对中不理想，以及井下弯曲等问题，使得服役过程中抽油杆的服役环境非常恶劣。一方面，抽油杆需要承受轴向拉-拉交变载荷和弯曲交变载荷，其破坏应力以拉应力为主，特别是外凸弯曲的一侧光杆表面承受更为苛刻的叠加拉应力作用，是疲劳失效发生的优先位置。另一方面，细长抽油杆采油过程中会因发生弯曲而与油管的内壁发生不同程度的摩擦，进而出现磨损。可见，抽油杆面临着拉弯叠加疲劳和磨损失效的共同作用，两者之间相互作用，彼此影响，对抽油杆使用寿命产生决定作用。

但是在拉弯叠加疲劳和磨损复合工况下，抽油杆使用寿命的检测和评价设备方面，存在如下问题：1. 抽油杆疲劳性能检测方面，目前实验室环境中主要以标准疲劳试验机为主，标准的疲劳试验机通常由主体框架、加载系统、测量系统和控制系统组成，利用加载系统可以实现对材料试样在不同循环载荷条件下的加载，利用测量系统可以实时获得材料试样所承受的载荷和位移等变量，而控制系统则可以实现整个疲劳试验机在设定条件下的精确运行，但是在抽油杆的疲劳性能检测方面还存在较为简单的情况，如单一评价抽油杆的轴向拉-拉疲劳性能，或单一评价其弯曲疲劳性能，或者将两者分别得到的结果综合进行一定的理论分析计算；现场实验方面，主要以对失效抽油杆试样进行后期分析统计和归纳，来评价抽油杆的疲劳性能，少数情况下可以进行少量的现场实验。但是，以上针对抽油杆在拉伸和弯曲复合变形工况下的疲劳性能测试，与抽油杆的实际工况差异较大。2. 抽油杆摩擦磨损性能检测方面，主要采用环-块摩擦磨损试验机等标准材料磨损试验机，或者采用自制的模拟抽油杆/油管磨损的简单台架，或者采用现场失效抽油杆的分析统计。但是，以上的拉伸疲劳和弯曲疲劳是单独进行测试，疲劳和磨损的实验往往也是分开来单独进行，并不能考虑两者的相互影响对抽油杆使用寿命的影响。现有的少数磨损-疲劳试验机大都是以接触疲劳或者微动疲劳，并不适用于抽油杆的拉弯疲劳和磨损的叠加工况，而极为有限的现场实验或者实际失效试样的统计分析，无论是数量还是工况的控制，都很难满足实际需要。

因此，有待开发一种基于拉弯疲劳和磨损复合工况下的抽油杆使用寿命评价系统，在实验条件可严格控制和调整的条件下，成功实现对抽油杆实际服役工况模拟的工况下，对抽油杆的使用寿命进行监测和评价。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种拉弯疲劳和磨损复合工况下的抽油杆使用寿命评价系统，在实验条件和实验过程严格可控可调的条件下，很好地模拟抽油杆实际拉伸和弯曲复合变形的疲劳工况，以及抽油杆与油管内壁之间的摩擦磨损工况，进而获得疲劳和磨损复合作用下的抽油杆使用寿命规律，为抽油杆的选用、寿命预测以及井场管理提供可靠的实验平台。

本发明拉弯疲劳和磨损复合工况下的抽油杆使用寿命评价系统，主要采用以下技术方案：