孙秀荣

（河北环境工程学院，河北 秦皇岛 066102）

0 引言

碳纤维连续抽油杆具有质轻、高强、耐腐蚀等优越特性，在国内一些油田逐步得到了规模化应用[1-3]。与钢制杆抽油杆柱不同，碳纤维连续抽油杆一般由上部碳纤维杆和下部加重钢制杆组成。碳纤维杆以碳纤维材料为内心，壳层为玻璃纤维材料，两者结合处是玻璃纤维缠绕层[4-5]。作为一种新型材料，其力学性能备受关注。文献［6-7］对碳纤维抽油杆柱进行了超冲程分析；文献［8-9］对碳纤维抽油杆柱展开纵向振动力学分析，求出了固有频率等参数。上述研究均未考虑杆柱的横向变形，而碳纤维杆柱在井下运动过程中，是被局限在油管的狭小空间内，杆柱的在油管径向尺寸上的变形，直接决定了碳纤维杆柱是否有偏磨、断杆和脱扣现象，以及杆柱寿命情况是否受影响。本文立足于碳纤维杆柱在油管内的径向动力学变形，研究碳纤维杆柱断杆、脱扣机理。

1 力学模型

不考虑碳纤维杆柱的扭转变形，假设油管完全竖直状态，碳纤维复合杆柱轴心与油管中心重合。以碳纤维杆柱的井口为坐标原点，杆柱在油液中除了受底端的往复性端部载荷P(t)以外，还受到油管不同深度位置处分布节点载荷q(x)。在上述假设条件下，建立图1所示的复合杆柱横向弯曲变形的力学模型。

图1 杆柱受力和横向弯曲变形

2 数学模型

将整根碳纤维连续杆柱的弯曲变形分为三部分：上部段、中间段（杆管接触）、下部段，两段连接处满足连续性条件，即位移相等、转角相等、弯矩相等。……