CN109736726A - 抽油杆防脱防偏磨装置 - Google Patents

Abstract

一种抽油杆防脱防偏磨装置。包括防脱组件、扶正防偏磨组件和防砂组件，防脱组件包括两个连接杆、两个连接杆套筒以及支撑筒，两个连接杆上下对称且能自由转动，连接杆套筒和支撑筒起到连接和支撑的作用；扶正防偏磨组件包括固定套筒、开有螺旋槽的扶正防偏磨主体和滚珠，扶正防偏磨组件套在连接杆套筒上依靠固定套筒限位且与油管接触时能发生相对转动；防砂组件包括接箍套、弹簧压盖和弹簧，接箍套具有圆台状外形和表面的螺旋槽结构，弹簧压盖和弹簧能在下冲程时缓冲该装置受到的下行冲击力。本装置结构紧凑、便于拆卸，且能同时实现装置防砂和预防抽油杆断脱的效果，可提高有杆泵采油井生产的工作效率。

Description

抽油杆防脱防偏磨装置

技术领域

本发明涉及一种应用于有杆泵采油领域中的抽油杆防脱防偏磨装置。

背景技术

有杆泵采油在采油工程中一直占据主导地位，在油田生产中的应用约占80%。在工作过程中，抽油杆由于受到其自身重力及液体阻力等复杂载荷的作用，杆柱上下受力不一致，导致中和点下部抽油杆发生弯曲变形，与油管接触产生摩擦，摩擦严重时会直接造成抽油杆的断裂现象。与此同时，中和点下部抽油杆受压到一定程度时，在径向会产生扭矩，当抽油杆径向扭矩力大于与接箍螺纹的摩擦力时，抽油杆就会脱扣。杆柱的断裂和脱扣，统称为抽油杆的断脱现象，抽油杆的断脱会直接造成油井停产，增加维修工作量，严重影响油井的正常生产，造成巨大的经济损失。目前油田中主要采用扶正器、内衬油管、加重杆、液力反馈式泵、连续抽油杆、双向保护接管、空心杆润滑、加缓蚀剂等技术来预防抽油杆断脱，各种工艺和方法均存在应用的局限或效果不显著。因此，油田急需一种成本低、功能多样、实用性强的新型装置。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种抽油杆防脱防偏磨装置，该种装置相比于其他现有装置的设计结构紧凑、便于拆卸，且能同时实现装置防砂和预防抽油杆断脱的效果，可用于预防有杆泵抽油机井下抽油杆的断脱，延长抽油杆的使用周期，可极大提高油井生产的工作效率。

本发明的技术方案是：本种抽油杆防脱防偏磨装置，包括防脱组件、扶正防偏磨组件和防砂组件；

所述防脱组件包括第一连接杆4、第一连接杆套筒6、支撑筒7、第二连接杆12以及第二连接杆套筒11；第一连接杆4和第一连接杆套筒6相连接构成第一防脱单元，第二连接杆12和第二连接杆套筒11相连接构成第二防脱单元，所述第一防脱单元和第二防脱单元的内部结构相同，所述第一防脱单元和第二防脱单元分别连接在支撑筒7的两端；

所述连接杆套筒6具有台肩604，用于固定所述扶正防偏磨部分；连接杆套筒6的内部开有内孔602和梯形螺纹603，以减少连接杆套筒6的内部与第一连接杆4的接触面积，便于连接杆4的自由转动；所述第一连接杆4的一端穿过连接杆套筒6的内孔602和梯形螺纹603与接箍套1进行螺纹连接，第一连接杆4的另一端具有锥形面401和球形面402，锥形面401和球形面402分别与第一连接杆套筒6的套筒锥形面601和支撑筒7的球形凹槽701相配合，从而使得第一连接杆4上具有锥形面401和球形面402的端面相对于第一连接杆套筒6的套筒锥形面601和支撑筒7的球形凹槽701可以自由转动，以实现锥形面401在上冲程时与套筒锥形面601接触，球形面402在下冲程时与球形凹槽701接触；所述支撑筒7的内部具有圆形通道，支撑筒7的两端分别具有连接螺纹以及球形凹槽701，所述支撑筒7通过两端的螺纹分别连接第一连接杆套筒6和第二连接杆套筒11，所述支撑筒7两端的球形凹槽701，用于与连接杆的球形面接触承力；

所述扶正防偏磨组件包括结构相同的两组部件，每一组部件均包括第一扶正防偏磨主体5、第二扶正防偏磨主体10、滚珠9和固定套筒8；所述扶正防偏磨组件套在连接杆套筒6上，且与连接杆套筒6保持同轴心，所述扶正防偏磨组件的两端分别依靠连接杆套筒6的台肩604和固定套筒8限位；第一扶正防偏磨主体5和第二扶正防偏磨主体10的外表面均开有三条均匀分布的螺旋槽501，6颗滚珠9均匀分布于螺旋槽501上台肩处球孔502中，所述螺旋槽的升角范围在50°至60°之间；

所述防砂组件亦包括结构相同的两组部件，每一组部件均包括一对接箍套1、弹簧压盖2和弹簧；接箍套1内部开有起到连接作用的螺纹，接箍套1的两端分别用于连接抽油杆和连接杆，接箍套1具有圆台状外形102，用于增加液体的过流面积和减少液体阻力，接箍套1的外表面开有螺旋槽101，用于将固体颗粒从接箍套表面甩出；套在连接杆上的弹簧压盖2和弹簧3位于连接杆套筒6与接箍套1之间。

本发明具有如下有益效果：本装置中防砂部分的结构具有防砂、减阻以及缓冲的功能，能有效预防装置出现砂卡现象。防脱部分的连接杆采用锥形面与球形面配合的结构，能同时兼顾防脱、传力、释放扭矩的功能。

具体应用时，本装置连接在两段抽油杆之间，抽油杆工作过程分为下冲程和上冲程两个阶段。下冲程时：本装置整体向下运动，接箍套圆台状外形和其表面螺旋槽结构能起到防砂和减阻作用；抽油杆带动连接杆向下运动，连接杆球形面与支撑筒球形凹槽接触，保证了力向下的传递，此时弹簧压盖和弹簧也能在接触瞬间起到一定的缓冲作用；中和点以下抽油杆受压力而变形，使得本装置与油管接触，扶正防偏磨部分的滚珠优先于油管进行滑动摩擦，同时滚珠和扶正防偏磨主体上的螺旋槽使得本装置在与油管接触时可以径向转动，从而达到局部偏磨的目的；此时抽油杆受压严重而产生的扭矩会带动第一连接杆转动，由于连接杆球形面与支撑筒球形凹槽之间接触面积较小，扭矩不能继续传递到第二连接杆，因此能起到释放扭矩的作用。上冲程时：本装置整体向上动，接箍套圆台状外形和其表面螺旋槽结构能起到防砂和减阻作用；抽油杆带动第一连接杆向上运动，上下连接杆的锥形面与连接杆套筒锥形面接触，保证力向上传递。若油井存在井斜角，则扶正防偏磨主体和滚珠直接与油管接触，由于扶正防偏磨主体和滚珠均具有很好的耐磨抗腐蚀性，因此减少甚至避免了抽油杆的磨损。

综上所述，本装置功能多样、设计巧妙、易于拆卸和安装，能同时达到抽油杆防脱、防偏磨以及装置防砂的目的，同时扶正防偏磨部分和连接杆套筒同轴心的设计，使该装置结构紧凑、节约成本，实用性强。

附图说明：

图1是本发明外观三维图；

图2是本发明上冲程时纵向剖视图；

图3是本发明下冲程时纵向剖视图；

图4是本发明三维结构爆炸图；

图5是本发明所述接箍套结构示意图；

图6是本发明所述防脱部分外观图；

图7是本发明所述防脱部分爆炸图；

图8是本发明所述防偏磨部分外观图；

图9是本发明所述防偏磨部分爆炸图。

1-接箍套；101-防砂槽；102-圆台面；2-弹簧压盖；3-弹簧；4-第一连接杆；401-锥形面；402-圆形面；403-杆体；5-第一扶正防偏磨主体；501-螺旋槽；502-球孔；6-第一连接杆套筒；601-锥形面；602-内孔；603-梯形螺纹；604-台肩；7-支撑筒；701-球形凹槽；8-定位套筒；9-滚珠；10-第二扶正防偏磨主体；11-第二连接杆套筒；12-第二连接杆。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明所述装置呈上下对称的结构，由防脱部分、扶正防偏磨部分和防砂部分组成。所述防脱部分由两个连接杆、两个连接杆套筒以及支撑筒构成。防脱部分的目的是通过两个连接杆的自由转动来释放抽油杆受压后产生的扭矩。所述连接杆穿过连接杆套筒，一端的螺纹与接箍套相连，另一端为球形面与锥形面配合的端面结构。两个端面在上下冲程中分别承力，上冲程时锥形面与连接杆套筒锥形面接触，锥形面的结构在接触时分解了其受到的轴向力；下冲程时球形面与支撑筒球形凹槽接触，其球形结构减少了其与支撑筒的接触面积，进而减少了摩擦力。连接杆端面一侧可以自由转动，当扭矩从抽油杆传递到连接杆时，能通过两个连接杆的相对转动达到释放扭矩的目的；所述连接杆套筒其内部开有内孔和梯形螺纹外部有台肩，内孔便于连接杆套筒与连接杆的安装，梯形螺纹的目的是减少连接杆套筒与连接杆的接触面积，其台肩部分用于固定扶正防偏磨部分；支撑筒通过螺纹连接上下两个连接杆套筒，其两端开有球形凹槽，用于与连接杆球形面接触承力，其内部圆形通道既能过流，也能存放进入装置内部的固体小颗粒。

所述扶正防偏磨部分由固定套筒、扶正器主体和滚珠构成，扶正防偏磨部分套在连接杆套筒上，是整个装置外径最大的部分，其能代替抽油杆或接箍直接与油管接触摩擦，并通过旋转达到局部偏磨的目的。所述扶正防偏磨主体外表面有三条均匀分布的螺旋槽，螺旋槽的升角为55°，6颗滚珠均匀分布并镶嵌于螺旋槽台肩处，各滚珠都能自由转动且各滚珠间的夹角均为60°。当抽油杆受压变形与油管接触时，滚珠外表面优先与油管接触并发生滚动摩擦，滚珠和扶正防偏磨主体上的螺旋槽都有助于该部分的径向转动，从而达到局部偏磨的目的。

防砂部分由接箍套、弹簧压盖、弹簧构成，所述接箍套呈圆台状且外表面开有防砂槽，能同时起到减阻和防砂的作用。接箍套内部的螺纹用于连接抽油杆和连接杆。套在连接杆上的弹簧与弹簧压盖位于连接杆套筒与接箍套之间，弹簧的作用是在连接杆与支撑筒的接触瞬间起到缓冲作用，减少连接杆的磨损

如图1结合图2、图3、图4、图6、图7所示，所述防脱部分由第一连接杆4、第一连接杆套筒6、支撑筒7、第二连接杆12、第二连接杆套筒11构成。防脱部分主要是通过第一连接杆4和第二连接杆12的自由转动来释放抽油杆受压后产生的扭矩。所述第一连接杆4一端穿过连接杆套筒6的内孔602和梯形螺纹603与接箍套1螺纹连接，另一端锥形面401和球形面402配合的端面相对于第一连接杆套筒6的锥形面602和支撑筒7的球形凹槽701可以自由转动。两个面在上下冲程中分别承力，连接杆锥形面401在上冲程时与连接杆套筒6锥形面602接触，两个锥形面在接触时分解了该装置受到的轴向力；连接杆的球形面402在下冲程时与支撑筒7的球形凹槽701接触，两个结构减少了接触面积，便于相对转动。所述连接杆套筒6的台肩604用于固定扶正防偏磨部分，连接杆套筒6内部开有内孔602和梯形螺纹603，这两部分的设计能减少其内部与连接杆4的接触面积，便于连接杆4的自由转动。所述支撑筒7通过螺纹连接连接杆套筒6和11，其两端的球形凹槽701，用于与连接杆4球形面402接触承力，其内部圆形通道既能过流，也能存放进入装置内部的固体小颗粒。

如图1结合图2、图3、图4、图6、图7所示，所述扶正防偏磨部分由第一扶正防偏磨主体5、第二扶正防偏磨主体10、滚珠9和固定套筒8构成，该部分套在连接杆套筒6上，且与连接杆套筒6保持同轴心，该部分两端分别依靠连接杆套筒6台肩604和固定套筒8限位。所述扶正防偏磨主体5和10外表面有三条均匀分布的螺旋槽501，6颗滚珠9均匀分布于螺旋槽台肩的球孔502处。当抽油杆受力变形使得该装置与油管接触时，滚珠9外表面优先与油管发生滚动摩擦，滚珠9和扶正防偏磨主体5上的螺旋槽501有助于该装置的径向转动，从而达到局部偏磨的目的。

如图1结合图2、图3、图4、图5所示，所述装置防砂部分主要是由接箍套1、弹簧压盖2和弹簧3构成，接箍套1内部的螺纹起到连接作用，两端分别连接抽油杆和连接杆4，接箍套1圆台状外形102，增加了液体的过流面积，减少了液体阻力，其外表面的螺旋槽101相当于一个固体分离器，能将固体颗粒从接箍套表面甩出。套在连接杆上的弹簧压盖2和弹簧3位于连接杆套筒6与接箍套1之间，弹簧3能在连接杆4与支撑筒7的接触瞬间起到缓冲作用，缓解连接杆4受到的下行冲击力，减少连接杆4的磨损。

下面简述一下本发明的工作原理：

下冲程时：如图3所示，该装置整体向下运动，接箍套1圆台状外形和其表面防砂槽101能起到防砂和减阻作用；抽油杆带动第一连接杆4向下运动，连接杆4球形面402与支撑筒7球形凹槽701接触，保证了力向下的传递，此时弹簧压盖2和弹簧3能在接触瞬间起到一定的缓冲作用；中和点以下抽油杆受压力而变形，使得该装置与油管接触，扶正防偏磨部分球孔502里面的滚珠9优先于油管进行滑动摩擦，减少了摩擦力，同时滚珠9和扶正防偏磨主体5上的螺旋槽501使得该装置在与油管接触时可以径向转动，从而达到局部偏磨的目的；此时抽油杆受压严重而产生的扭矩会带动第一连接杆4转动，由于第一连接杆4与支撑筒7之间接触面积较小，因此扭矩不能继续传递到第二连接杆12，故能起到释放扭矩的作用。

上冲程时：该装置整体向上运动，接箍套1圆台状外形102和其表面防砂槽101结构能起到防砂和减阻作用；抽油杆带动第一连接杆4向上运动，连接杆4的锥形面401与连接杆套筒6锥形面601接触，保证力向上传递。若油井存在井斜角，则扶正防偏磨主体5和滚珠9直接与油管接触，避免了抽油杆的磨损。

Claims (1)

1.一种抽油杆防脱防偏磨装置，包括防脱组件、扶正防偏磨组件和防砂组件；

所述防脱组件包括第一连接杆（4）、第一连接杆套筒（6）、支撑筒（7）、第二连接杆（12）以及第二连接杆套筒（11）；第一连接杆（4）和第一连接杆套筒（6）相连接构成第一防脱单元，第二连接杆（12）和第二连接杆套筒（11）相连接构成第二防脱单元，所述第一防脱单元和第二防脱单元的内部结构相同，所述第一防脱单元和第二防脱单元分别连接在支撑筒（7）的两端；

所述连接杆套筒（6）具有台肩（604），用于固定所述扶正防偏磨部分；连接杆套筒（6）的内部开有内孔（602）和梯形螺纹（603），以减少连接杆套筒（6）的内部与第一连接杆（4）的接触面积，便于连接杆（4）的自由转动；所述第一连接杆（4）的一端穿过连接杆套筒（6）的内孔（602）和梯形螺纹（603）与接箍套（1）进行螺纹连接，第一连接杆（4）的另一端具有锥形面（401）和球形面（402），锥形面（401）和球形面（402）分别与第一连接杆套筒（6）的套筒锥形面（601）和支撑筒（7）的球形凹槽（701）相配合，从而使得第一连接杆（4）上具有锥形面（401）和球形面（402）的端面相对于第一连接杆套筒（6）的套筒锥形面（601）和支撑筒（7）的球形凹槽（701）可以自由转动，以实现锥形面（401）在上冲程时与套筒锥形面（601）接触，球形面（402）在下冲程时与球形凹槽（701）接触；所述支撑筒（7）的内部具有圆形通道，支撑筒（7）的两端分别具有连接螺纹以及球形凹槽（701），所述支撑筒（7）通过两端的螺纹分别连接第一连接杆套筒（6）和第二连接杆套筒（11），所述支撑筒（7）两端的球形凹槽（701），用于与连接杆的球形面接触承力；

所述扶正防偏磨组件包括结构相同的两组部件，每一组部件均包括第一扶正防偏磨主体（5）、第二扶正防偏磨主体（10）、滚珠（9）和固定套筒（8）；所述扶正防偏磨组件套在连接杆套筒（6）上，且与连接杆套筒（6）保持同轴心，所述扶正防偏磨组件的两端分别依靠连接杆套筒（6）的台肩（604）和固定套筒（8）限位；第一扶正防偏磨主体（5）和第二扶正防偏磨主体（10）的外表面均开有三条均匀分布的螺旋槽（501），6颗滚珠（9）均匀分布于螺旋槽（501）上台肩处球孔（502）中，所述螺旋槽的升角范围在50°至60°之间；

所述防砂组件亦包括结构相同的两组部件，每一组部件均包括一对接箍套（1）、弹簧压盖（2）和弹簧；接箍套（1）内部开有起到连接作用的螺纹，接箍套（1）的两端分别用于连接抽油杆和连接杆，接箍套（1）具有圆台状外形（102），用于增加液体的过流面积和减少液体阻力，接箍套（1）的外表面开有螺旋槽（101），用于将固体颗粒从接箍套表面甩出；套在连接杆上的弹簧压盖（2）和弹簧（3）位于连接杆套筒（6）与接箍套（1）之间。