应变电测技术及其在石油机械中的应用

杨 亚

（西安石油大学，西安 710000）



应变电测技术及其在石油机械中的应用

杨 亚

（西安石油大学，西安 710000）

摘 要：随着石油机械设计不断发展，应变电测技术逐渐广泛应用在实验应力分析中。该技术中，最为重要的部件就是电阻应变计。电阻应变计具有尺寸小、重量轻以及灵敏度高等诸多优势，在复杂的工作环境中稳定性也较强。而石油井的工作环境十分恶劣，电阻应变计的结构强度中的不稳定性因素又较多，因此在实际的石油机械工作中，需要核对设备的强度，以实现设备的安全评估。

关键词：应变电测技术 石油机械 应用

前言

抽油机、井架等，都是石油现场钻井以及采油环节中不可缺少的设备。然而，对这些设备进行强度设计环节中存在很多制约因素。例如，实际制造环节中所出现的误差，设备安装时由于环境因素所导致的腐蚀等。在多种因素的影响下，设备的受力以及变形中存在着一定的误差。以应力应变法来对其进行分析，能够实现误差降低，而应变电测技术是最为有效的方法之一。

1 应变电测技术概述

金属材料在受力环节中，产生一定的弹性形变。以电阻应变计为传感器，将金属结构的弹性形变转换为电阻值的相对变化，然后在放大器的作用下，将电阻值进行放大，经过检波转换为另外一种参数的变化。一般情况下，它将转换为电压值或者电流值的变化。最后，在数据采集仪器中，数值变换为直观的应力数据。以上环节是应变电侧技术的基本实现流程。在实际的系统测试中，应变电测技术的环节实现主要通过以下几个步骤：电阻应变仪→数据信息采集器→电子计算机。其中，电阻应变计主要由敏感栅、基底、引出线以及覆盖层等多个部位组成。目前，普通应变计的精度较高，在实际的机械使用中更加省力，且功能较多，

能够适应多种类型环境，环境自适应力也比较强[1]。

2 应变电测技术在石油机械中的应用

2.1 井架动载系数确定

井架在石油钻机以及修井机中发挥着重要作用。通过应变电测技术对井架的结构应力进行分析，是提升石油机械在实际运行中安全系数的重要途径。井架需要具有良好的承受能力，才能够实现对石油钻机的支撑。因此，需要对井架的实际受载应力、受载变形进行综合测试以及评估，然后对井架在实际运用中的可靠性进行确定。对井架进行应变电测技术分析，最为主要的目的是测量出井架在不同工作情境下的最大应力。最大应力主要包括最大静应力和最大动应力。基于词，实际测量环节中，也应该面向两个方面的应力测量。首先，最大静应力的测量是应变电技术测量的基础工作，也是井架的基本系数测量；而最大动应力的测量，是在静态工作应力基础上，对井架的延伸功能进行应力测量。二者在形式上相互联系，相互促进[2]。

在本文中对某石油钻井公司的井架进行实测。首先，需要对井架的结构进行分析。井架的结构是刚架结构，其中每一处杠杆都能够承担一定的轴力以及扭矩的联合作用力。在刚架结构的众多应力中，不用力的合成能够引起不同的应力产生。其中，轴力与弯矩能够引起正应力，扭矩和剪力能够引起剪应力。大量的实践分析得出，大量的安全事故都发生在最大应力点处。换言之，最大应力点同时也是井架的危险点。针对这样的前提，进行井架的应力检测，需要采用正应力的测试方式。首先，需要在井架的测点处，沿着井架的立柱方向各自补贴一个应变片，实现半桥温度补偿。由于危险点未知，因此在实际的危险布片环节中，需要对可能出现的危险应力点都进行布片[3]。

对井架的动态应力测试的数据结果进行分析和整理，下面将列举出前三个测试点的应力值数据。在测试点1中，其静应变为-23.46，动应变为-28.08，动载系数为1.20，应力为-46.03MPa；在测试点2中，其静应变为-23.46，动应变为-28.08，动载系数为1.20，应力为-46.03MPa；在测试点3中，其静应变为-22.69，动应变为-29.23，动载系数为1.29，应力为-44.52MPa。将以上数据通过计算机仿真软件进行综合分析，判断出最大应力。然后，与精架的标准做对比。如何两者数值不能满足工作需求，则说明井架在石油机械使用中的危险系数比较高。

2.2 双驴头抽油机的结构强度测试

双驴头式的抽油机是在常规的抽油机演化下，在游梁式后臂加装后驴头。传统游梁抽油机之间采用连杆式硬连接，而双驴头式的抽油机以驱动绳的形式取代连杆式的连接。该种方式不仅能够满足实际工作中变力臂的需求，同时还能够满足实际抽油环节中的力度需求。该种方式具有较长的冲程，动载比较小，实际工作中的能耗比较小。但是，由于长时间的连续工作，双驴头的游梁尾部的连接孔位容易出现裂纹。时间久了，就会出现整个油梁体的报废。在大庆油田使用CYJS10-5-48HB型双驴头抽油机中，需要对其现场应力进行测试。例如，当前驴头的在动力测试3分钟多时，加载的力为28.8KN，其悬点荷载为13.0KN～37KN，冲程为5m。由于在实际测量中，其实际的测点方向不确定。因此，需要选用45°应变点[4]。

在实际应力测量环节中，需要注重考虑温度补偿所带来的补偿作用。因此，在双驴头抽油机的游梁附近贴1块材质相近或相同的补偿铁，进而形成温度补偿片。对游梁的三个测点进行静态值实测：1号点处，其最大正应力为7.37MPa，最大剪应力为4.39MPa，应力幅值为3.47MPa；2号点处，其最大正应力为22.46MPa，最大剪应力为16.97MPa，应力幅值为10.96MPa；3号点处，其最大正应力为17.61MPa，最大剪应力为13.59MPa，应力幅值为9.05MPa。分析以上数据，得出游梁连接处最大的应力为22.46MPa。此外，根据物体变形原理进行分析，在抽油机材料允许的前提下，机械的应力随着外力线性的变化而变化。

2.3 套损井管失效应力分析

随着油田的开发，套损井的数量逐年增加。套损井的出现，为油田带来了巨大的经济损失。因此，需要对套损井中的套管进行应力分析，防患于未然。首先，根据地面的应变电测实验分析，对套管损坏的特征进行信息提取。施工人员根据数据信息计算，制定出套管使用计划，尽最大可能延长套管的使用寿命。目前，油田中，套管损坏造成了油气资源的浪费，是石油机械管理中急需解决的问题。

3 结论

综上所述，本文对应变电测技术的原理进行研究。随着石油机械的不断发展，应变电测技术以其自身的忧越性，在石油机械领域中被广泛应用，并发挥着重要的作用。在实际的应变力测量环节中，电测的实际数据能够为石油机械发展带来数据支持。本文中主要对井架动载系数确定、双驴头抽油机的结构强度测试以及套损井管失效应力进行分析，希望能够为石油机械发展带来帮助。

参考文献

[1]吴嘉伟.应变测试技术及在石油机械中的应用[J].科技致富向导，2013，（33）：292.

[2]林卫国.港口机械结构应力在线监测系统的研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[3]吕斌.基于蓝牙技术的遥测扭矩仪的设计与研究[D].长春：吉林大学，2009.

[4]修维红，张海波，孙福广，朱金花.粘贴式高温应变片电测技术及其在锆复合板设备应变测量中的应用[J].压力容器，2007，（9）：52-55.

Discussion Strain Measuring Technology and Its Application in Petroleum Machinery

YANG Ya
(Xi'an Petroleum University, Xi'an 710000)

Abstract:With the continuous development of petroleum machinery design, strain electric technology is increasingly widely used in experimental stress analysis. In this technique, the most important component is the res istance s train gauges, res istance strain gauges have a s mall s ize, light weight, and s ensitivity of many advantages, i n a complex working environment stronger stability. The oil wells in the working environment is very bad, the structural strength of resistance st rain gauges of more instability factors, therefore, in the actual work in the oil machinery, equipment needs to be checked for strength, to achieve the safety assessment of the device.

Key words:Strain measurement technology, oil machinery, application