CN105114002A - 抽油杆及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽油杆及其制作方法，所述抽油杆包括：上接头、本体、下接头；所述上接头外表面设置有第一配合部；所述第一配合部通过连接件能和光杆连接；所述本体为纵向延伸的柱体，其具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述上接头固定，所述第二端与所述下接头固定；在所述本体外表面设置有镁锆合金镀膜层；所述下接头外表面设置有第二配合部，所述第二配合部通过连接件能和抽油泵连接。本发明所述抽油杆及其制作方法，所述抽油杆在油田井下工况条件下使用时，不易被快速腐蚀，使用寿命长。

Description

抽油杆及其制作方法

技术领域

本发明涉及采油设备领域，特别涉及一种抽油杆及其制作方法。

背景技术

目前，随着采出石油总量的不断增加，油层压力日益降低；注水开发的油田，油井产水百分比逐渐增大，使流体的比重增加，这两种情况都使油井自喷能力逐步减弱。为提高产量，需采取人工举升法采油(又称机械采油)，人为地向油井井底增补能量，以将油藏中的石油举升至井口采出。在人工举升法采油过程中，需要使用三抽设备，包括位于地面的抽油机、位于井下的抽油泵，以及连接所述抽油机和抽油泵的抽油杆。

所述抽油杆作为地面抽油机和井下抽油泵的连接设备，在三抽设备中极为重要。

目前生产时，抽油杆的主要失效形式是腐蚀疲劳失效。所述腐蚀疲劳失效主要是在拉应力及腐蚀介质的共同作用下产生的。由于油井中的矿化物、氧、硫化氢、二氧化碳、霉菌等腐蚀剂的存在，会加剧抽油杆的腐蚀，在长期的经受拉-拉交变应力，以及环境腐蚀的协同作用，抽油杆极易发生腐蚀疲劳。

目前，多数防腐装置采用一种牺牲阳极防腐结构，常温下牺牲阳极作为防腐结构较成熟。常用的三类牺牲阳极分别是镁、锌和铝基合金。但这种牺牲阳极防腐结构在含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体浓度较高的油井内使用时，腐蚀情况也很严重，因此并不适用于油田井下工况条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种抽油杆及其制作方法，所述抽油杆在油田井下工况条件下使用时，不易被快速腐蚀，使用寿命长。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种抽油杆，其包括：上接头、本体、下接头；所述上接头外表面设置有第一配合部；所述第一配合部通过连接件能和光杆连接；所述本体为纵向延伸的柱体，其具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述上接头固定，所述第二端与所述下接头固定；在所述本体外表面设置有镁锆合金镀膜层；所述下接头外表面设置有第二配合部，所述第二配合部通过连接件能和抽油泵连接。

在优选的实施方式中，所述镁锆合金镀膜层的厚度为2毫米至3毫米。

在优选的实施方式中，所述镁锆合金中，锆的质量分数为0.4％至1.2％。

在优选的实施方式中，所述锆的质量分数为1.2％。

一种抽油杆的制作方法，包括：

冶炼、连铸、轧制工序，以获得预定规格的抽油杆；

对所述预定规格的抽油杆进行力学性能试验，获得检验合格的抽油杆；

对所述检验合格的抽油杆利用镁锆合金进行表面镀膜处理。

在优选的实施方式中，所述表面镀膜处理包括将镁锆合金在火焰中加热至熔融状态；以预定的喷镀距离、喷镀角度，将处于熔融状态的镁锆合金吹成雾状颗粒，并喷射在所述抽油杆表面。

在优选的实施方式中，所述镁锆合金镀膜层的厚度为2毫米至3毫米。

在优选的实施方式中，所述镁锆合金中，锆的质量分数为0.4％至1.2％。

在优选的实施方式中，所述锆的质量分数为1.2％。

在优选的实施方式中，所述抽油杆中含有硫的质量分数为不超过0.015％，含有硅的质量分数为不超过0.30％。

本发明的特点和优点是：通过本发明所述抽油杆及其制作方法，所述抽油杆本体外表面设置有镁锆合金镀膜层。所述抽油杆通过了耐腐蚀试验和疲劳拉应力测试，一方面具有较好的防腐效果，不易在油田井下工况条件下被快速腐蚀，使用寿命长；另一方面其力学性能达到D级杆水平，能够满足油田井下工况条件下的使用需求，使用时不易发生疲劳断裂，可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例中一种抽油杆的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种抽油杆的制作方法步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明提供一种抽油杆及其制作方法，所述抽油杆在油田井下工况条件下使用时，不易被快速腐蚀，使用寿命长。

请参阅图1，其为本发明实施例中一种抽油杆的结构示意图。所述抽油杆包括：上接头1、本体2、下接头3。

所述上接头1外表面设置有第一配合部；所述第一配合部通过连接件能和光杆连接。所述本体2为纵向延伸的柱体，其具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述上接头1固定，所述第二端与所述下接头3固定；在所述本体2外表面设置有镁锆合金镀膜层20。所述下接头3外表面设置有第二配合部，所述第二配合部通过连接件能和抽油泵连接。

在本实施方式中，所述第一配合部具体可为外螺纹。所述连接件具体的可为接箍。当所述第一配合部为外螺纹时，所述接箍可设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，以与所述上接头1固定连接。

在本实施方式中，所述第二配合部具体可为外螺纹。所述连接件具体的可为接箍。当所述第二配合部为外螺纹时，所述接箍可设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，以与所述下接头3固定连接。

在本实施方式中，所述本体2外表面可通过喷镀的方式设置所述镁锆合金镀膜层20。具体的，所述镁锆合金镀膜层20的厚度为2毫米至3毫米。

所述镁锆合金镀膜层20的厚度不可过薄。假如所述镁锆合金镀膜层20的厚度过薄，当小于2毫米，在含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体浓度较高的油井内使用时，可能并不能达到一个理想的防腐效果。此外，在喷镀过程中，可能本体2外表面的镁锆合金镀膜层20喷镀时并不能均匀喷镀，有的地方厚度较薄，有地地方厚度相对较厚。此时在厚度较薄的位置，极有可能发生腐蚀，从而使得整个抽油杆失效。

所述镁锆合金镀膜层20的厚度不可过厚。假如所述镁锆合金镀膜层20的厚度过厚，当大于3毫米时，由于所述抽油杆本身的规格是固定的，即抽油杆外径是一定的，假如所述镁锆合金镀膜层20的厚度过大，则相对来说所述抽油杆非镀膜层部分的外径会被缩小，此时，势必会影响整个抽油杆的强度。

本实施方式中，所述本体2的合金组合物的化学组分表如表1所示。

表1

通过大量的力学性能试验验证：本实施方式中，所述抽油杆本体2的化学组分能够达到D级杆的化学组分，其抗拉强度在793兆帕至965兆帕。

在本实施方式中，所述镁锆合金中，锆的质量分数为0.4％至1.2％。

通过对含有质量分数0.4％～1.2％的镁锆合金显微组织研究，结合力学性能测试结果表明：锆元素能够起到明显的晶粒细化作用。当所述抽油杆表面喷镀所述镁锆合金镀膜层20后，由于锆元素能够起到明显的晶粒细化作用，镁锆合金相当于在所述抽油杆本体2的外表面形成了一层致密层，其能够有效防止镁锆合金中的镁元素被硫化氢、二氧化碳等酸性气体快速腐蚀，进而能够有效能够防止抽油杆在油田井下工况条件下被快速腐蚀。

在优选的实施方式中，所述锆的质量分数为1.2％。研究表明，随着合金中锆含量的增加，抗拉强度及延伸率都有提高，其中延伸率提高更显著。其主要原因是锆的晶粒细化起了主要作用。而由于镁锆合金中没有明显数量的硬质相出现，因此镁锆合金的显微硬度基本不变。

对上述抽油杆分别进行耐腐蚀试验和疲劳拉应力测试，效果如下：

所述抽油杆经中性盐雾、5％硫酸耐酸、5％氢氧化钠耐碱、5％硫化钠耐硫等多次耐蚀性实验，300小时后观察实验结果，抽油杆无明显变化。可见，本发明所述抽油杆具有较好的防腐效果，不易在油田井下工况条件下被快速腐蚀，使用寿命长。

此外，对所述抽油杆进行疲劳试验，试验机为PLG-300千牛高频疲劳试验机，加载载荷406兆帕，应力比R＝0.1，加载频率为100赫兹。100次后无断裂情况发生。可见，本发明所述抽油杆能够达到D级杆水平，具有足够的力学强度，完全能够满足油田井下工况条件下的使用需求，使用时不易发生疲劳断裂，可靠性高。

请参阅图2，其为本发明实施例中一种抽油杆的制作方法步骤流程图。所述抽油杆制作方法可以包括如下步骤。

步骤S10：冶炼、连铸、轧制工序，以获得预定规格的抽油杆。

在本实施方式中，所述冶炼工序可以采用唐钢150吨转炉加LF精炼处理，以控制钢中S、P、Ni、Ce等元素到较低水平，降低碳含量和氧含量，从而提高钢水内在质量。

在本实施方式中，为了保证铸坯质里，可以在所述冶炼及连铸工序中，制定了如下技术措施：

(l)为了保证抽油杆本体较高的质量，可优化转炉连铸工艺，对入炉铁水可进行预处理，以保证铁水中硫的质量分数不超过0.015％，硅的质量分数不超过0.30％。

(2)在所述冶炼工序中采用挡渣锥挡渣，以防止下渣造成回磷，即可防止磷元素质量分数升高，影响钢水质量。

(3)由于钢材中Mo-Fe熔点较高，且Mo氧化较少，可将Mo-Fe先期加入炉中，以防止Mo-Fe熔化不完全，造成成品成分不均匀。

(4)所述连铸工序可采用慢拉、弱冷制度，以减少铸坯的缩孔、疏松等冶金缺陷。

(5)为防止铸坯在冷却过程中产生裂纹，对红热铸坯可采用堆垛集中冷却的措施。

(6)在所述冶炼及连铸工序中可采用保护浇注，以防止钢水二次氧化，提高钢水的纯净度。

在本实施方式中，在所述轧制工序中，由于抽油杆钢的质量要求较严，为了确保产品质量符合YBIT054--94《抽油杆用热轧圆钢》的标准要求，该钢种轧制可采用棒材连轧的方式进行轧制。

在所述轧制过程中需要对温度进行控制。当开轧温度过高时，铸坯表面易产生氧化脱碳，从而影响产品的外观质量。根据该钢种的特性，可确定开轧温度控制在1050摄氏度至1150摄氏度之间。经生产实践及成品检验，按此温度控制能保证质量要求。

在本实施方式中，为了满足抽油杆所需圆钢的标准要求，可根据现场轧制情况，实时监测抽油杆圆钢的尺寸参数，适时调整轧机等的控制参数，以保证生产出合格的产品。

所述预定规格可根据实际尺寸需要进行设定。通常情况下，所述抽油杆具有几个通用的规格，在此处不一一举例。

步骤S12：对所述预定规格的抽油杆进行力学性能试验，获得检验合格的抽油杆。

在本实施方式中，对于所述预定规格的抽油杆进行力学性能试验时，具体的所述力学性能试验包括：抗拉强度、屈服强度、冲击力等检验。由于所述力学性能试验通常为破坏性试验，因此该试验采用抽样的方式进行。

在本实施方式中，对于所述预定规格的抽油杆还可以进行金相组织检验。进行所述金相组织检验时，保证所述抽油杆的钢种在热轧态的组织为珠光体+铁素体，并可存在少量贝氏体组织；调质热处理的组织为回火索氏体组织。

步骤S14：对所述检验合格的抽油杆利用镁锆合金进行表面镀膜处理。

在本实施方式中，所述表面镀膜处理包括将镁锆合金在火焰中加热至熔融状态。接着以预定的喷镀距离、喷镀角度，将处于熔融状态的镁锆合金吹成雾状颗粒，并喷射在所述抽油杆表面。

在具体的实施方式中，将镁锆合金在高温火焰中熔化，同时用压缩空气将熔融的镁锆合金吹成雾状微粒，并以较高的速度喷射到预先经过处理后的抽油杆的结构表面上，以形成喷镀层。镁锆合金的雾状微粒在喷射过程中，受空气冷却而处于半熔融状态，当堆积到结构表面后立即变形，并迅速冷却收缩而紧紧嵌附在带有锚孔的结构表面上。经实际操作试验，喷镀距离应在15厘米至20厘米，喷镀角度以20°至25°为宜。

所述检验合格的抽油杆在进行表面镀膜处理前，需要保持需要喷镀的本体2表面干燥清洁，并进行表面打磨剖光处理。

在本实施方式中，所述镁锆合金镀膜层20厚度为2毫米至3毫米。

所述镁锆合金镀膜层20的厚度不可过薄。假如所述镁锆合金镀膜层20的厚度过薄，当小于2毫米，在含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体浓度较高的油井内使用时，可能并不能达到一个理想的防腐效果。此外，在喷镀过程中，可能本体2外表面的镁锆合金镀膜层20喷镀时并不能均匀喷镀，有的地方厚度较薄，有地地方厚度相对较厚。此时在厚度较薄的位置，极有可能发生腐蚀，从而使得整个抽油杆失效。

所述镁锆合金镀膜层20的厚度不可过厚。假如所述镁锆合金镀膜层20的厚度过厚，当大于3毫米时，由于所述抽油杆本身的规格是固定的，即抽油杆外径是一定的，假如所述镁锆合金镀膜层20的厚度过大，则相对来说所述抽油杆非镀膜层部分的外径会被缩小，此时，势必会影响整个抽油杆的强度。

对应用上述制作方法获得的抽油杆分别进行耐腐蚀试验和疲劳拉应力测试，效果如下：

所述抽油杆经中性盐雾、5％硫酸耐酸、5％氢氧化钠耐碱、5％硫化钠耐硫等多次耐蚀性实验，300小时后观察实验结果，抽油杆无明显变化。可见，应用本发明所述抽油杆的制作方法获得的抽油杆具有较好的防腐效果，不易在油田井下工况条件下被快速腐蚀，使用寿命长。

此外，对所述抽油杆进行疲劳试验，试验机为PLG-300千牛高频疲劳试验机，加载载荷406兆帕，应力比R＝0.1，加载频率为100赫兹。100次后无断裂情况发生。可见，应用本发明所述抽油杆的制作方法获得的抽油杆能够达到D级杆水平，具有足够的力学强度，完全能够满足油田井下工况条件下的使用需求，使用时不易发生疲劳断裂，可靠性高。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种抽油杆，其特征在于，其包括：上接头、本体、下接头；

所述上接头外表面设置有第一配合部；所述第一配合部通过连接件能和光杆连接；

所述本体为纵向延伸的柱体，其具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述上接头固定，所述第二端与所述下接头固定；在所述本体外表面设置有镁锆合金镀膜层；

所述下接头外表面设置有第二配合部，所述第二配合部通过连接件能和抽油泵连接。

2.如权利要求1所述的抽油杆，其特征在于：所述镁锆合金镀膜层的厚度为2毫米至3毫米。

3.如权利要求1所述的抽油杆，其特征在于：所述镁锆合金中，锆的质量分数为0.4％至1.2％。

4.如权利要求3所述的抽油杆，其特征在于：所述锆的质量分数为1.2％。

5.一种抽油杆的制作方法，其特征在于，包括：

冶炼、连铸、轧制工序，以获得预定规格的抽油杆；

对所述预定规格的抽油杆进行力学性能试验，获得检验合格的抽油杆；

对所述检验合格的抽油杆利用镁锆合金进行表面镀膜处理。

6.如权利要求5所述的抽油杆的制作方法，其特征在于：所述表面镀膜处理包括将镁锆合金在火焰中加热至熔融状态；以预定的喷镀距离、喷镀角度，将处于熔融状态的镁锆合金吹成雾状颗粒，并喷射在所述抽油杆表面。

7.如权利要求5所述的抽油杆的制作方法，其特征在于：所述镁锆合金镀膜层的厚度为2毫米至3毫米。

8.如权利要求5所述的抽油杆的制作方法，其特征在于：所述镁锆合金中，锆的质量分数为0.4％至1.2％。

9.如权利要求8所述的抽油杆的制作方法，其特征在于：所述锆的质量分数为1.2％。

10.如权利要求5所述的抽油杆的制作方法，其特征在于：所述抽油杆中含有硫的质量分数为不超过0.015％，含有硅的比例为不超过0.30％。