[发明专利]一种用于多力耦合作用下的抽油杆分力检测方法及检测装置

说明书

本发明涉及一种用于多力耦合作用下的抽油杆分力检测装置及检测方法，本发明提出抽油杆受力模型及耦合应变规律；根据分载荷的求解要求，设计了圆台变形体，检测4种不同位置处的耦合应变；基于MATLAB平台的迭代函数fsolve，由耦合应变求解分应变和分载荷。同现有井下抽油杆载荷检测装置相比，提出了由拉压、弯、扭耦合应变求解分应变的方法，提高了井下抽油杆载荷检测的精度，较好支撑了井下抽油杆的力学研究。

技术领域

本发明属于机电一体化技术领域，涉及一种多力耦合作用下的抽油杆分力检测方法及抽油杆分力检测装置。

背景技术

抽油杆是连接抽油泵和抽油机的主要部件，可在二者之间传递运动和作用力，其强度及寿命是制约采油作业系统发展的瓶颈。目前，对井下抽油杆的力学规律研究主要集中在理论推理及井下状态预测，缺少井下抽油杆力学状态检测及其装置，不能有力支撑井下抽油杆力学研究。为了真实反映并研究井下抽油杆受力规律，有必要构建井下抽油杆力学检测装置。

在有杆抽油作业过程中，井下抽油杆将承受复杂的静、动载荷，其中静载荷有液体浮力、抽油杆自重、阻力矩，动载荷有惯性力、杆管碰撞接触力、相应的摩阻力、阻力矩、螺杆泵举升液体时动轴向力、动扭矩。归纳分析可知，抽油杆主要受轴向力、径向力、扭转力矩的耦合作用。基于应变效应的抽油杆拉压载荷检测方法，可粗略反应抽油杆的拉压载荷，无法排除径向力、扭矩等干扰载荷的影响。因此，需要对抽油杆的多载荷耦合作用及耦合应变进行研究，求解分应变和分载荷。

发明内容

本发明的一个目的在于构建抽油杆分力检测装置及检测抽油杆分力的方法，其可以在多载荷耦合作用下检测抽油杆各分载荷。

如附图1所示，本发明将抽油杆简化为理想圆柱体，受力情况简化为：拉力F_L沿圆柱轴线方向且与x轴平行，径向力F_R作用于圆柱变形体上端面且平行于y轴，扭矩M绕x轴且作用于变形体上端面；研究截面位于距上端面h处，研究点O在径向力作用侧。

在载荷与变形成线性关系且为小变形的约束条件下，多载荷在研究点O处产生的耦合应变是拉(压)载荷、径向力载荷、扭矩载荷分别作用产生的分应变叠加，如图2所示。耦合应变与分应变的关系为(其中，i＝1，2，3，4，表示圆台变形体的不同轴向位置)。

一种用于多力耦合作用下的抽油杆分力检测装置，包括主体、变形体、变形体上固定头、变形体下连接头；在变形体外表面的轴向同侧均匀设置4个用于检测变形体应变的应变片，应变片的应变敏感方向沿变形体轴向；变形体上每个应变片均采用1/4桥连接方式。

变形体设计为直径渐变的圆台变形体，获取多个不同状态的耦合应变ε_i(其中，i＝1，2，3，4)，建立方程组f_i(ε_i,ε_Li,ε_Ri,ε_Mi)＝0，由耦合应变求解分应变。圆台变形体的下端圆截面直径为20mm，上端圆截面直径为25mm，高度为100mm。图3显示了圆台变形体模型及应变检测位置。

所述变形体两端分别与变形体上固定头的一端和变形体下连接头的一端通过右旋螺纹连接；

所述变形体下连接头与所述主体的一端固定连接；

所述变形体上固定头的另一端和主体的另一端分别与两侧的抽油杆固定连接；

所述主体设置有放置数据处理器的舱体和放置电源的电池仓。

所述变形体上的应变片与数据处理器以及应变片和数据处理器与电源之间电性连接。

在上述方案的基础上，为了较好隔离井液与变形体，所述变形体上固定头和变形体下连接头之间设置用于密封变形体的密封筒，且密封筒与变形体上固定头、变形体下连接头之间均采用O型密封圈、端面密封圈的双密封模式；