CN103089163B

CN103089163B - 一种高耐磨钢塑复合接箍

Info

Publication number: CN103089163B
Application number: CN201310031581.0A
Authority: CN
Inventors: 何继敏; 薛平
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: CN103089163A

Abstract

本发明涉及一种高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：在金属接箍本体（1）包覆有超高分子量聚乙烯耐磨层（2）。本发明由于在金属接箍本体包覆有超高分子量聚乙烯耐磨层，超高分子量聚乙烯硬度适中，因此使用过程中还可最大程度避免对金属油管的磨损，即超高分子量聚乙烯与金属油管对磨时，其自身具有极强的抗磨损性，同时对金属油管的磨损极低或几乎没有。

Description

一种高耐磨钢塑复合接箍

技术领域

本发明涉及一种油田使用的抽油设备，尤其是涉及是一种连接抽油杆的高耐磨钢塑复合抽油杆接箍。

背景技术

抽油杆接箍是在油田有杆泵采油系统中应用十分广泛的一种部件，通过其可实现各金属抽油杆之间的连接，使抽油杆的总长度达到数百米甚至两三千米的井深。在油田抽油机进行工作时候，抽油杆在油管内上下移动，极易发生抽油杆与油管内壁摩擦磨损、碰撞甚至断裂。由于抽油杆接箍直径大于抽油杆，偏磨主要表现在接箍上。接箍与油管在往复运动中相互接触和摩擦，导致接箍被金属油管摩擦而磨损，严重时导致抽油杆断脱。同时，金属油管受到金属接箍的摩擦而磨损，导致油管壁被磨穿而产生漏油现象。

现有的抽油杆接箍基本上采用金属套体，虽然有中国专利CN201218062Y提出在金属接箍的外表面复合Ni75合金层，中国专利CN100485157C提出在金属接箍表面热涂一层复合合金粉末的涂层，CN 201420511Y提出金属接箍表面热喷涂合金粉末耐磨层，以提高金属接箍表面的耐磨性，然而由于接箍与油管的接触部分为刚硬的金属体，因此，金属接箍与金属油管的强烈对磨磨损依然存在。

另一方面，有中国专利CN 1940955A提出在金属接箍表面覆以包含尼龙66、尼龙6、玻璃纤维等材质的仿偏磨套，中国专利CN 1995690A提出在金属接箍表面覆以T700碳纤维与环氧树脂组成的表面增强层，中国专利CN 2580090Y提出在金属接箍本体的中部固定有聚乙烯材质的耐磨套，中国专利CN 2378530Y提出在金属接箍表面注塑尼龙扶正体，中国专利CN 201738833 U提出在金属接箍表面覆以聚苯硫醚与聚酰亚胺复合材料护套筒或聚苯硫醚与聚醚醚酮复合材料护套筒，中国专利CN 202215162 U提出在金属接箍表面覆以碳纤维增强PPS（聚苯硫醚）外包层，中国专利CN 2401691Y提出在金属接箍表面覆以聚氨酯或氯化聚醚或尼龙材质的扶正套，中国专利CN 2685537Y提出在金属接箍表面注塑尼龙材料的扶正器，中国专利CN 2695604Y提出在金属接箍表面复合一层特种工程塑料，如PPS（聚苯硫醚）类、F（氟）类、PI（聚酰亚胺）类。此类专利采用不同结构形式在金属接箍表面包覆塑料层的目的是将金属接箍的金属表面与金属油管的对磨转化为软质塑料层与硬质金属油管的对磨，然而其塑料层存在耐磨性差、易碎、易水解、摩擦系数大等特点，不仅磨损快，而且一旦因磨损或挤压而脆裂、脱落下坠，有可能导致抽油杆泵运行卡阻、停机，或造成其它零部件的损坏，影响油井的安全生产。同时，由于增强塑料层的硬度较高，也不可避免地存在对油管壁的摩擦磨损。

发明内容

本发明设计了一种高耐磨钢塑复合接箍，其解决的技术问题是现有连接抽油杆的接箍存在耐磨性差、易碎、易水解、摩擦系数大、易脆裂和易脱落下坠，有可能导致抽油杆泵运行卡阻、停机，或造成其它零部件的损坏，影响油井的安全生产。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种高耐磨钢塑复合接箍，包括金属接箍本体（1），其特征在于：在金属接箍本体（1）包覆有超高分子量聚乙烯耐磨层（2）。

进一步，在金属接箍本体（1）的开槽圆柱段圆周上分布有径向侧壁环槽（11）和纵向直槽（13），径向侧壁环槽（11）与纵向直槽（13）纵横交错形成网格状；超高分子量聚乙烯耐磨层（2）在径向侧壁环槽（11）中的径向包覆体（2a）与纵向直槽（13）中的轴向包覆体（2b）相互交错也形成网状结构。

进一步，金属接箍本体（1）的开槽圆柱段两端面处分别设有径向端面环槽（12），超高分子量聚乙烯耐磨层（2）两端面的突起包覆体被金属接箍本体（1）的径向端面环槽（12）所固住。

进一步，径向侧壁环槽（11）的截面为矩形槽（11a）、燕尾槽（11b）或T形槽（11c）。

进一步，纵向直槽（13）的截面为矩形槽（11a）、燕尾槽（11b）或T形槽（11c）。

进一步，超高分子量聚乙烯耐磨层（2）外表面为圆柱状。

或者，超高分子量聚乙烯耐磨层（2）外表面分布有防磨棱（21）防磨棱（21）沿超高分子量聚乙烯耐磨层（2）轴向为直线型或螺旋型分布。

该高耐磨钢塑复合接箍与传统的高耐磨钢塑复合接箍相比，具有以下有益效果：

（1）本发明由于在金属接箍本体包覆有超高分子量聚乙烯耐磨层，超高分子量聚乙烯硬度适中，因此使用过程中还可最大程度避免对金属油管的磨损，即超高分子量聚乙烯与金属油管对磨时，其自身具有极强的抗磨损性，同时对金属油管的磨损极低或几乎没有。

（2）本发明由于在金属接箍本体的开槽圆柱段圆周上分布有径向侧壁环槽和纵向直槽，使得超高分子量聚乙烯耐磨层与金属接箍本体复合为一体，有效地防止在使用过程中超高分子量聚乙烯耐磨层的脱落。

（3）本发明由于金属接箍本体的开槽圆柱段两端面处分别设有径向端面环槽，使得超高分子量聚乙烯耐磨层完全包覆固定在金属接箍本体，进一步防止超高分子量聚乙烯耐磨层的脱落。

（4）本发明由于在超高分子量聚乙烯耐磨层外表面分布有防磨棱，与耐磨层圆柱体结构相比，防磨棱使高耐磨钢塑复合接箍进一步具有扶正和刮蜡等多重功效。

附图说明

图1：本发明的具体实施方式一的结构示意图；

图2：图1的B-B剖视图；

图3：图1的A-A剖视图；

图4：本发明中径向侧壁环槽或纵向直槽的截面放大示意图I；

图5：本发明中径向侧壁环槽或纵向直槽的截面放大示意图II；

图6：本发明中径向侧壁环槽或纵向直槽的截面放大示意图III；

图7：本发明的具体实施方式二的结构示意图；

图8：图7的B-B剖视图；

图9：本发明的超高分子量聚乙烯的包覆效果示意图。

附图标记说明：

1—金属接箍本体；11—径向侧壁环槽；11a—矩形槽；11b—燕尾槽；11c—T形槽；12—径向端面环槽；13—纵向直槽；14—平面；15—螺纹；2—超高分子量聚乙烯耐磨层；21—防磨棱；2a—径向包覆体；2b—轴向包覆体。

具体实施方式

下面结合图1至图9，对本发明做进一步说明：

实施方式一：

图1中金属接箍本体1的一开槽圆柱段的圆周上分布有至少两条以上的径向侧壁环槽11，和图2中的至少两条以上的纵向直槽13。此外，开槽圆柱段两端面处各至少有一条径向端面环槽12。图3中金属接箍本体1的平面14为扳手卡口，供接箍连接抽油杆时拧扳手用。图3中还设有供连接抽油杆用的螺纹15。

图1中径向侧壁环槽11和图2中纵向直槽13的截面结构可以是图4中的矩形槽11a，可以是图5中的燕尾槽11b，可以是图6中的T形槽11c，优先采用燕尾槽11b或T形槽11c。

超高分子量聚乙烯耐磨层2完全包覆金属接箍本体1的圆柱体圆周上所有径向侧壁环槽11和纵向直槽13，及圆柱体两端面的径向端面环槽12。超高分子量聚乙烯耐磨层2的外表面为圆柱状。

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种新型高耐磨工程塑料，由于粘均分子量通常高达150万以上（普通聚乙烯的分子量只有几万），其耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、吸收冲击能为现有塑料中最高值，被欧美称为“令人惊异的塑料”，其综合性能如下：

① 耐磨性居现有塑料之冠，比尼龙66、聚四氟乙烯（PTFE）高4倍，是碳钢、不锈钢的7～10倍；② 冲击强度列塑料之首，是尼龙66的14倍以上，ABS的5倍，难以冲断，且能在液氮温度（-196℃）下保持，这是其它任何塑料所没有的特性；③ 优良的耐化学腐蚀性。除强氧化性酸液外，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质（酸、碱、盐）及有机介质；④ 优良的耐低温性，在液氦温度（-269℃）下仍具一定延展性；⑤ 冲击能吸收性为现有塑料中最高值；⑥ 摩擦系数低，自润滑。在水润滑条件下，其动摩擦系数比PA-66低一半；⑦ 优良的憎水性，吸水率小于0.01%，仅为尼龙的1%。

超高分子量聚乙烯具有抗磨损、抗冲击、抗腐蚀、耐低温、自润滑性、不吸水性能，可克服尼龙易吸水溶胀、水解的缺点，克服尼龙、聚苯硫醚、聚酰亚胺、纤维增强复合材料等脆性大、易碎、摩擦阻力大的缺点，由于极优的柔韧性、吸收冲击能特性，可减弱往复运动中的杆、管撞击，而极低的摩擦系数，不仅利于降低往复摩擦磨损，还将使抽油机负荷也有所降低。由于超高分子量聚乙烯硬度适中，因此使用过程中还可最大程度避免对金属油管的磨损，即超高分子量聚乙烯与金属油管对磨时，其自身具有极强的抗磨损性，同时对金属油管的磨损极低或几乎没有。

实施方式二：

如图7所示，实施方式二与实施方式一的不同之处，只是超高分子量聚乙烯耐磨层2的外表面分布有至少三条以上的防磨棱21，防磨棱21沿轴向为直线型或螺旋型分布。防磨棱之间的空隙形成抽油通道。实施方式二的优点是防磨棱21增大了防磨厚度，同时防磨棱21由于外径接近金属油管内壁，可起到对抽油杆的扶正作用，而螺旋型的防磨棱21还可起到对油管壁的刮蜡作用。

上述两种实施方式，在图9中，超高分子量聚乙烯耐磨层2在径向侧壁环槽11中的径向包覆体2a与纵向直槽13中的纵向包覆体2b相互交错，形成网状结构，而且同时超高分子量聚乙烯耐磨层又被金属接箍本体1的端面径向端面环槽12所固住。因此，在抽油杆运动过程中，超高分子量聚乙烯耐磨层2被限制了轴向移动和径向转动，加之径向侧壁环槽中11与纵向直槽13的截面为燕尾槽11b或T形槽11c时，可限制超高分子量聚乙烯耐磨层2的向外热膨胀脱离趋势，因此，可有效防止运动过程中超高分子量聚乙烯耐磨层2的脱落。

本发明通过注塑成型方法或压制烧结成型法，将超高分子量聚乙烯耐磨层2包覆在在金属接箍本体1的开槽圆柱段上。成型过程中，熔融超高分子量聚乙烯冷却后收缩而紧紧包覆在金属接箍本体1的开槽圆柱段。由于注塑成型方法的效率大大高于压制烧结法，优先采用注塑成型法实现超高分子量聚乙烯耐磨层2与金属接箍本体1的复合。

本发明通过注塑成型或压制烧结方法成型方法将超高分子量聚乙烯耐磨层与金属接箍本体复合，形成新型高耐磨钢塑复合抽油杆接箍。

本发明是这样实现的。在金属接箍本体的一段开槽圆柱段圆周上分布有径向侧壁环槽和纵向直槽，该开槽圆柱段两端还分布有径向端面环槽。通过注塑成型或压制烧接方法，将超高分子量聚乙烯耐磨层紧密地包覆在金属接箍本体的开槽圆柱段上，超高分子量聚乙烯耐磨层与金属接箍本体复合为一体，有效地防止在使用过程中超高分子量聚乙烯耐磨层的脱落现象。包覆的超高分子量聚乙烯耐磨层外表面可以是圆柱状，也可以沿轴向分布直线型或螺旋型防磨棱，使其进一步具有扶正、刮蜡等多重功效。

本发明得到的抽油杆接箍与以往的抽油杆接箍相比，其特点是：自身具有高耐磨性、自润滑性、防腐蚀性，因而使用寿命长，同时由于摩擦系数极低，表面硬度适中，大大减小了对油管的损害，因而可有效地保护金属油管，并降低抽油机的负荷。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：在金属接箍本体（1）的开槽圆柱段圆周上分布有至少两条以上径向侧壁环槽（11）和至少两条以上纵向直槽（13），径向侧壁环槽（11）与纵向直槽（13）纵横交错形成网格状，开槽圆柱段两端面处分别设有至少一条以上径向端面环槽（12）；超高分子量聚乙烯耐磨层（2）完全包覆金属接箍本体（1）的圆柱段圆周上所有径向侧壁环槽（11）和纵向直槽（13）及圆柱段两端面的径向端面环槽（12），在径向侧壁环槽（11）中的径向包覆体（2a）与纵向直槽（13）中的轴向包覆体（2b）相互交错也形成网状结构；超高分子量聚乙烯耐磨层（2）的外表面为圆柱状。

2.根据权利要求1所述高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：径向侧壁环槽（11）的截面为矩形槽（11a）、燕尾槽（11b）或T形槽（11c）。

3.根据权利要求1所述高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：纵向直槽（13）的截面为矩形槽（11a）、燕尾槽（11b）或T形槽（11c）。

4.一种高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：在金属接箍本体（1）的开槽圆柱段圆周上分布有至少两条以上径向侧壁环槽（11）和至少两条以上纵向直槽（13），径向侧壁环槽（11）与纵向直槽（13）纵横交错形成网格状，开槽圆柱段两端面处分别设有至少一条径向端面环槽（12）；超高分子量聚乙烯耐磨层（2）完全包覆金属接箍本体（1）的圆柱段圆周上所有径向侧壁环槽（11）和纵向直槽（13）及圆柱段两端面的径向端面环槽（12），在径向侧壁环槽（11）中的径向包覆体（2a）与纵向直槽（13）中的轴向包覆体（2b）相互交错也形成网状结构；超高分子量聚乙烯耐磨层（2）外表面分布有至少三条以上的防磨棱（21），防磨棱（21）沿超高分子量聚乙烯耐磨层（2）轴向为直线型或螺旋型分布。

5.根据权利要求4所述高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：径向侧壁环槽（11）的截面为矩形槽（11a）、燕尾槽（11b）或T形槽（11c）。

6.根据权利要求4所述高耐磨钢塑复合接箍，其特征在于：纵向直槽（13）的截面为矩形槽（11a）、燕尾槽（11b）或T形槽（11c）。