CN105443046B - 一种合成纤维柔性连续抽油杆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种合成纤维柔性连续抽油杆，涉及石油开采技术领域。该合成纤维柔性连续抽油杆从上往下依次包括抽油杆本体和接头；所述抽油杆本体通过所述接头连接井下的抽油装置；所述抽油杆本体由合成纤维制成。本发明的合成纤维柔性连续抽油杆，利用合成纤维制作，经过多种强度和化学性能试验验证，大幅度减轻了设备载荷、提高了抽油杆本身的强度、韧性和各种化学性能，并且简化了抽油杆的制作工序，节省了时间、提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种合成纤维柔性连续抽油杆。
背景技术
抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接光杆，下接抽油泵起传递动力的作用。
针对刚性抽油杆的刚性结构缺陷、接头接箍多、抽油效率低、工人劳动强度大、易结蜡和无法消除活塞效应等缺点，人们开发了多种柔性连续抽油杆。比较常见的有钢丝绳抽油杆和碳纤维连续抽油杆。
其中，钢丝绳抽油杆是一种心部为单股的金属绳心，外层包一层异型钢丝，两端加连接接头与抽油杆连接，表面可根据需要涂防腐层的柔性连续抽油杆。与刚性抽油杆相比较，具有机械物理性能较好、工作效率高、柔性好、允许曲率半径小等优点。然而，钢丝绳抽油杆的接头处钢丝容易发生疲劳断裂和保护层开裂，导致断裂失效或防腐失效；并且其防护要求高、难度大；钢丝绳在不同的载荷下没有稳定的弹性变形，容易导致冲程损失。
另外，碳纤维连续抽油杆是采用碳纤维增强树脂基复合材料作为基础材料制作的柔性抽油杆，具有比刚性抽油杆不可比拟的高比模量、高比强度、高耐腐蚀性等优点。但是，碳纤维连续抽油杆的冲程损失大，其杆体耐磨性能不足，施工准备时间长且需要配备数量较多的扶正器。同时，碳纤维存在价格昂贵的缺陷，且在卡泵后难以处理只能分断锯断报废。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成纤维柔性连续抽油杆，以解决现有技术的柔性连续抽油杆存在的断裂或腐蚀失效、防护难度大、冲程损失大、施工准备时间长和价格昂贵的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种合成纤维柔性连续抽油杆，从上往下依次包括抽油杆本体和接头；所述抽油杆本体通过所述接头连接井下的抽油装置；所述抽油杆本体由合成纤维制成。
进一步，所述抽油杆本体由多个所述合成纤维束编织成杆状。该技术方案的技术效果在于：合成纤维束的弹性模量高，多个合成纤维束编织成杆状的抽油杆本体能够提高抽油杆的拉伸强度，增加了整体柔韧性和各向延展作用。
优选地，所述合成纤维束的材料为超高分子聚乙烯纤维或凯夫拉纤维。该技术方案的技术效果在于：超高分子聚乙烯纤维的合成纤维束属于线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，以及卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等优点；而利用凯夫拉纤维制成的合成纤维束更具有良好的耐高温特性。
进一步，所述抽油杆本体的外侧设置保护层。该技术方案的技术效果在于：在抽油杆本体的外侧采用包覆工艺设置保护层，具有保护作用，使多个合成纤维束编织后形成结构紧凑的杆状结构，不容易分散，同时增强了抽油杆本体的耐磨性能，延长了抽油杆本体的使用寿命。
进一步，所述接头从上往下依次包括固定部和接联部；所述抽油杆本体依次连接所述固定部和所述接联部。该技术方案的技术效果在于：由于抽油杆为柔性杆，而井下的抽油装置为金属固定部件。将柔性抽油杆通过固定部、接联部连接到抽油装置上，避免了将柔性杆件直接固定于钢性部件，减少了对柔性杆的磨损、增加了两者之间的缓冲，也方便了抽油杆的安装和拆换。
进一步，所述固定部的内部设置有带锥度的通腔，所述通腔上小下大；所述抽油杆本体通过注脂固化工艺填充所述通腔，并从所述通腔的上侧通孔伸出。该技术方案的技术效果在于：由于抽油杆本体由合成纤维束编织而成，采用注脂固化工艺填充于锥形的通腔内，且通腔上小下大，故当抽油杆本体受到轴向拉力的时候，产生径向的挤压力将抽油杆本体紧紧抱合，能够加强抽油杆本体与固定部的固定连接，保证固定部的可靠性。另外，注脂固化工艺能够避免抽油杆本体与钢性固定部的内腔不匹配，杜绝发生断脱现象。
进一步，所述固定部通过所述通腔的下侧通孔与所述接联部螺纹连接。该技术方案的技术效果在于：固定部与接联部之间通过配合的螺纹进行连接，不仅能够在抽油杆的拉力作用下，加强固定部与接联部之间的相互稳定性，还方便了固定部与接联部之间的安装和拆卸。
进一步，所述通腔的轴线与所述接联部的轴线重合。该技术方案的技术效果在于：通腔的轴线与接联部的轴线重合，当抽油杆固化于固定部的通腔时，形成固定部、接联部和抽油杆同轴的结构，使得整根合成纤维柔性连续抽油杆受力直接、不容易出现摆动和倾斜。
优选的，所述固定部和所述接联部的材料均为金属。该技术方案的技术效果在于：由于柔性抽油杆是柔性杆件，而井下抽油装置属于钢性固定件，所以，金属材质的固定部、接联部能够加强柔性抽油杆和井下抽油装置的固定连接和拉力传递。
进一步，所述接联部的下部设置有外螺纹，用于与井下的抽油装置连接安装。该技术方案的技术效果在于：接联部的下部设置外螺纹，用于与井下抽油装置对应的内螺纹实现连接，方便了安装和拆卸。
本发明的优异效果是：利用合成纤维制作柔性连续抽油杆，经过多种强度和化学性能试验验证，大幅度减轻了设备载荷，降低传动装置能耗。提高了抽油杆抗疲劳强度、韧性，并具备卓越的耐化学腐蚀性等优点，且简化了抽油杆制作工序，节省了施工作业时间、提高了效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆的结构示意图；
图2为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆中抽油杆本体的结构示意图；
图3为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆中固定部与抽油杆本体装配的结构示意图；
图4为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆的固定部的结构示意图；
图5为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆的接联部的结构示意图。
附图标记：
1－抽油杆本体；2－合成纤维束；3－固定部；
4－接联部；5－通腔；6－外螺纹。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供了一种合成纤维柔性连续抽油杆，其中：图1为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆的结构示意图；图2为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆中抽油杆本体的结构示意图；图3为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆中固定部与抽油杆本体装配的结构示意图；图4为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆的固定部的结构示意图；图5为本发明提供的合成纤维柔性连续抽油杆的接联部的结构示意图。如图1～5所示，合成纤维柔性连续抽油杆的主要结构从上到下依次包括抽油杆本体1和接头。其中，抽油杆本体1由合成纤维制成，接头用于连接井下的抽油装置。在本实施例中，柔性连续抽油杆的基体即抽油杆本体1采用合成纤维制作，并且能够与多种不同的纤维通过改性工艺获得所需性能，并通过挤出工艺一体成型。经过多种强度和化学性能试验验证显示，合成纤维柔性连续抽油杆获得了良好的冲击韧性和延展性。需要说明的是，与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维的原料是由人工合成方法制得的，生产不受自然条件的限制。
在本实例的可选方案中，如图2所示，进一步地，抽油杆本体1由多个合成纤维束2编织成杆状。其中，抽油杆本体1还可以与钢丝绳抽油杆一样内部由平直的纤维束制作，外层由纤维束缠绕而成。在本实施例中，由于合成纤维束2的弹性模量高，多个合成纤维束2绕成杆状的抽油杆本体1能够提高抽油杆的拉伸强度和抗疲劳强度，增加了抽油杆本体1整体的柔韧性和各向延展性能。
在本实施例的可选方案中，优选地，合成纤维束2的材料为超高分子聚乙烯纤维或凯夫拉纤维。具体地，合成纤维束2是包含多种不同分子量的化学纤维。在本实施例中，超高分子量聚乙烯属于一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，以及卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等优点。特别需要说明的是，超高分子量聚乙烯在140℃～275℃之间进行1min～30min的短期加热，其压制出的制品和未热处理过的超高分子量聚乙烯制品相比较，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低温机械性能大大提高了。同样地，对超高分子量聚乙烯的柔性连续抽油杆进行基础力学试验、电化学腐蚀试验、摩擦磨损试验，并调整材料配比，能够达到耐硫化氢、酸、碱、盐的腐蚀且提高了耐磨损性能。另外，凯夫拉纤维则更加适用于高温的抽油工况。
在本实施例的可选方案中，进一步地，抽油杆本体1的外侧设置保护层(未标注)。具体地，该保护层可以通过包覆工艺贴合地包裹在杆状的抽油杆本体1的表面。在本实施例中，抽油杆本体1的保护层具有保护作用，使多个合成纤维束2编织后形成结构紧凑的杆状结构，不容易分散，还增强了抽油杆本体1的耐磨性能，延长了抽油杆本体1的使用寿命。
在本实施例的可选方案中，如图1所示，进一步地，接头从上往下依次包括固定部3和接联部4，抽油杆本体1依次连接固定部3和接联部4。在本实施例中，由于抽油杆为柔性杆，而井下的抽油装置为金属固定部3件。将柔性抽油杆通过固定部3、接联部4连接到抽油装置上，避免将柔性杆件直接固定于钢性部件，减少了抽油过程中钢性部件对柔性杆的磨损、增加了两者之间的缓冲作用，也方便了抽油杆本体1的安装和拆换。
在本实施例的可选方案中，如图3、4所示，进一步地，固定部3的内部设置有带锥度的通腔5，且通腔5上小下大。抽油杆本体1通过注脂固化工艺填充于通腔5中，并从通腔5的上侧通孔伸出。在本实施例中，抽油杆本体1采用注脂固化工艺填充于锥形的通腔5内，由于通腔5上小下大，所以，当抽油杆本体1受到轴向拉力的时候，通腔5的内侧壁产生径向的挤压力将抽油杆本体1紧紧抱合，能够加强抽油杆本体1与固定部3的固定连接，保证固定部3的可靠性。另外，注脂固化工艺能够避免抽油杆本体1与钢性固定部3的内腔不匹配，杜绝发生断脱现象或者产生不必要的腐蚀或破损。并且，固定部3还可以使用具有不同内径凸台的套筒，使用内螺纹对抽油杆本体1进行加固连接。
在本实施例的可选方案中，如图1、4、5所示，进一步地，固定部3通过通腔5的下侧通孔与接联部4螺纹连接。具体地，通腔5的下侧通孔设置内螺纹，而接联部4的上侧设置有相配合的外螺纹6。其中，固定部3与接联部4还可以采用螺杆螺母连接、插销连接或者直接焊接。在本实施例中，固定部3与接联部4之间通过配合的螺纹进行连接，不仅能够在抽油杆本体1的拉力作用下，加强固定部3与接联部4之间的相互稳定性，还方便了固定部3与接联部4之间的安装和拆卸。
在本实施例的可选方案中，如图1所示，进一步地，通腔5的轴线与接联部4的轴线重合。通腔5的轴线与接联部4的轴线重合，当抽油杆固化于固定部3的通腔5时，形成固定部3、接联部4和抽油杆同轴的结构，使得整根合成纤维柔性连续抽油杆受力直接、不容易出现摆动和倾斜。
在本实施例的可选方案中，优选地，固定部3和接联部4的材料均为金属，具体可以采用不锈钢。其中，固定部3和接联部4还可以采用硬质塑料或者其他高分子材料。在本实施例中，由于柔性抽油杆是柔性杆件，而井下抽油装置属于钢性固定件，所以，金属材质的固定部3、接联部4能够加强柔性抽油杆和井下抽油装置的固定连接和拉力传递。
在本实施例的可选方案中，如图1、5所示，进一步地，接联部4的下部设置有外螺纹6，用于与井下抽油装置对应的内螺纹实现连接，方便了安装和拆卸。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种合成纤维柔性连续抽油杆，其特征在于，从上往下依次包括抽油杆本体和接头；所述抽油杆本体通过所述接头连接井下的抽油装置；所述抽油杆本体由合成纤维制成；
所述接头从上往下依次包括固定部和接联部；所述抽油杆本体依次连接所述固定部和所述接联部，所述固定部的内部设置有带锥度的通腔，所述通腔上小下大；所述抽油杆本体通过注脂固化工艺填充所述通腔，并从所述通腔的上侧通孔伸出；
所述抽油杆本体由多个合成纤维束编织成杆状；
所述合成纤维束的材料为凯夫拉纤维或为在140℃－275℃之间进行1min－30min加热处理的超高分子聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的合成纤维柔性连续抽油杆，其特征在于，所述抽油杆本体的外侧设置保护层。
3.根据权利要求1所述的合成纤维柔性连续抽油杆，其特征在于，所述固定部通过所述通腔的下侧通孔与所述接联部螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的合成纤维柔性连续抽油杆，其特征在于，所述通腔的轴线与所述接联部的轴线重合。
5.根据权利要求4所述的合成纤维柔性连续抽油杆，其特征在于，所述固定部和所述接联部的材料均为金属。
6.根据权利要求5所述的合成纤维柔性连续抽油杆，其特征在于，所述接联部的下部设置有外螺纹，用于与井下的抽油装置连接安装。
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