CN206246065U - 抽油系统及其抽油杆接头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种抽油系统。该抽油系统包括抽油杆主体(1)和接头(2)。抽油杆主体包括心部(11)和包围心部的防护层(12)。具有电伴热功能的抽油杆还包括金属管铠装电热电缆(13)。具有流体伴热和稀释(若需稀释)功能的抽油杆还包括金属管(14)。接头设置在抽油杆主体的端部。心部由树脂基碳纤维复合材料构成。防护层由纤维增强复合材料或金属材料构成。接头为机械锁定式接头或粘接式接头，其中，机械锁定式接头通过机械锁定的方式与抽油杆主体相连，而粘接式接头通过粘接的方式与抽油杆主体相连。
Description
技术领域
本发明涉及一种抽油系统，更具体地涉及适用于石油开采领域的由树脂基碳纤维复合材料等构成的连续柔性抽油杆。
背景技术
有杆泵采油技术是当前国内外应用最广泛的机械采油技术。抽油杆是杆泵采油系统中的关键部件之一。
传统的钢质抽油杆由特种钢材制成并采用分段式不连续构造，每段(根)抽油杆的长度为7至9米。这种抽油杆主要存在如下缺点：(1)钢材的密度高，拉伸强度较低——这不仅导致应用抽油杆的过程中的能耗增加，而且由于抽油杆自身的重量和拉伸强度的限制，抽油杆的最大使用深度小于2500米；(2)这种钢材不耐酸、碱、硫化氢等物质的腐蚀；(3)在使用抽油杆时，每根抽油杆之间以接箍连接，进而由多根抽油杆串接形成抽油杆柱，由此方能与地下数百米至数千米深处的抽油泵相连——这导致抽油杆柱易磨损断脱，现场安装作业量大，并且操作者的劳动强度高；(4)每个接箍的长度为150毫米左右，接箍的直径比抽油杆的直径大，结果，当抽油杆柱在油管内上下运动时，接箍与油管内壁之间会发生磨擦，这极易导致接箍和/或油管壁磨损，进而导致抽油杆柱断脱或油管壁磨漏，尤其在斜井、水平井、深井和稠油井中更容易发生上述事故。
现有技术中还存在由玻璃钢制成的抽油杆。这种抽油杆也采用分段式不连续构造，每段(根)抽油杆的长度为7至9米，抽油杆的两端都粘接有金属接头，以便与外部部件连接。这种抽油杆主要存在如下缺点：(1)在使用抽油杆时，每根抽油杆之间以接箍连接，进而由多根抽油杆串接形成抽油杆柱，由此方能与地下数百米至数千米深处的抽油泵相连——这导致现场操作者的劳动强度增大；(2)接箍处容 易发生磨损或断脱，油管壁容易磨漏；(3)抽油杆对侧向力和轴向力的抵抗性差，拉伸强度和疲劳强度低。
现有技术中还存在由碳纤维复合材料制成的连续柔性带状抽油杆。由于受当时的树脂的柔韧性的限制，所以为了满足抽油杆杆体的盘绕半径的要求，只好将抽油杆杆体的横截面做成扁方形(即，抽油杆整体上呈带状)。然而，这会导致如下缺点：(1)因为抽油杆杆体的宽面方向单薄，所以它对垂直于宽面的径向力的抵抗性差，容易发生弯曲并断裂；(2)当对抽油杆杆体的宽面施力不均时，容易产生纵向撕裂；(3)当对抽油杆杆体施加轴向力时，抽油杆杆体容易向宽面方向的一侧弯曲而发生折断。另外，复合材料与金属材料的连接问题一直是世界性的技术难题，特别是对由纤维复合材料制成的几百米甚至几千米的连续柔性抽油杆而言，全凭位于抽油杆杆体端部的十几厘米长的结合部来与金属接头相连，而结合部通常要承受几十吨力的动态拉力，因而实现起来技术难度很大——这也是抽油杆能否可靠地应用的关键。另外，由于这种抽油杆杆体的机械力学性能可能具有各向异性，所以抽油杆的与金属接头相连的结合部的可靠性可能会降低很多。由于抽油杆杆体与金属接头相结合的部位是应力最集中的部位，所以当抽油杆杆体发生摆动或振动时，该部位最容易受损——由碳纤维复合材料制成的连续柔性带状抽油杆更是如此。通过多年的现场应用，证明：由碳纤维复合材料制成的连续柔性带状抽油杆杆体的承载功能单一，机械力学性能及其与金属接头连接后的可靠性都很差。结果，这种抽油杆远不能满足当前油田开采的使用要求，进而导致它的使用范围有限。
现有技术中还存在柔性电伴热抽油杆。这种抽油杆的电加热材料为无氧铜线。无氧铜线位于抽油杆杆体的中心并包覆有绝缘层，抽油杆的外层包覆有用作承载主体的钢丝绳层。这种抽油杆主要存在如下缺陷：(1)作为承载主体的钢丝绳层在承载之后伸长率增大，致使抽油泵的效率降低；(2)钢丝绳层不耐磨损，使用寿命短——只要磨断一根钢丝，钢丝绳层便整体报废；(3)无氧铜线的电导率高，但电热转换效率低，因而不适合用作电热转换体。因此，这种抽油杆的工业 实用性不高。
现有技术中还存在空心电加热型抽油杆。这种抽油杆是由多段空心的钢质抽油杆段串连而成的抽油杆柱，总长度可达几百米至几千米。各抽油杆段是一个独立的单元。各抽油杆段的空心部位填充有经过绝缘处理的电加热材料。在使用这种抽油杆时，利用专用的接箍来实现各抽油杆段之间的电气连接、机械连接以及密封。这种抽油杆除了存在上文所述的钢质抽油杆所共有的缺陷外，抽油杆段之间的连接部位密封性要求高且容易失效。
现有技术中还存在一种高强耐磨连续柔性抽油杆，(实用新型授权公告号：CN201883953U，专利号：ZL201020643806.X。该实用新型专利的发明人与本发明的发明人相同)。这种抽油杆主要由碳纤维、环氧树脂、无碱玻璃纤维和芳纶绒布组成，并存在下述缺陷：
(1)复合材料与金属的连接问题是世界性技术难题。在上述实用新型专利中，没有涉及抽油杆杆体与外部金属件的连接方法——而这将直接影响抽油杆的使用效果。
(2)经实验证明，上述抽油杆的防护层对高压水的防护性能差，不适合对杆体通电加热。
(3)芳纶绒布与环氧树脂浸润性差，需经特殊物化方法处理后，浸润性才能改善，致使制造过程复杂，技术难度大、费用高。
(4)芳纶绒布价格昂贵。
(5)性价比低，不适合大量使用。
(6)体形状单一，使用范围受限。
在我国，高含水度油井、高液粘度油井、深油井(深度大于2500米)、超深油井(深度大于3000米)、斜油井、海洋油井和高腐蚀性油井的数量逐渐增加，井矿环境恶劣，开采难度大，抽油机超载井的数量日趋增多。因此，迫切需要一种拉伸强度高、防偏磨、质量轻、防腐蚀、抗疲劳、运行能耗低、现场操作简便并且安全环保的抽油杆。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供一种由树脂基碳纤维复合材料等 构成的连续柔性抽油杆。
根据本发明的第一方面，提供一种抽油系统，其包括抽油杆主体和接头，所述抽油杆主体包括心部和包围所述心部的防护层，所述接头设置在所述抽油杆主体的端部。本发明的抽油系统特征在于，
所述心部由树脂基碳纤维复合材料构成；并且
所述接头为机械锁定式接头或粘接式接头，所述机械锁定式接头通过机械锁定的方式与所述抽油杆主体相连，而所述粘接式接头通过粘接的方式与所述抽油杆主体相连。
优选地，所述抽油杆主体包括通信线路。
优选地，所述防护层由树脂基绝缘纤维增强复合材料构成，并用作电绝缘层。
优选地，所述心部用作电热转换体。
优选地，所述机械锁定式接头包括：
内套筒(25)，所述内套筒包围并夹持所述抽油杆主体的端部，并且所述内套筒的外周面具有锥度；
顶杆(21)，其端面抵靠所述内套筒的端面；以及
外套筒(24)，所述外套筒的第一端的内周面具有与所述内套筒(25)的外周面相同的锥度，以便与所述内套筒的外周面卡合，并且所述外套筒的第二端利用内螺纹与所述顶杆(21)相连。更优选地，在所述机械锁定式接头与所述抽油杆主体完成连接后，所述内套筒(25)的第一端从所述外套筒(24)的第一端的出口伸出；或者所述机械锁定式接头还包括：
锁紧螺母(22)，其设置在所述外套筒与所述顶杆之间；以及
紧定螺钉(23)，其用于在所述锁紧螺母锁紧之后锁紧所述锁紧螺母。
可选择地，所述抽油系统是具有电伴热功能的抽油杆或具有流体伴热和稀释功能的抽油杆，在所述顶杆(21)的轴向中心部位设有与所述抽油杆主体的横截面相同形状的孔，以使所述抽油杆主体穿过；或者从所述内套筒的两端开始分别设置至少一条缝隙(251、252)，所述缝隙沿所述内套筒的长度方向延伸并贯穿所述内套筒的一部分，更优选地从所述内套筒的外径较大的一端开始，沿圆周方向设置四条第一缝隙(251)，所述第一缝隙中相邻的两条第一缝隙都隔开90度圆心角；
从所述内套筒的外径较小的一端开始，沿圆周方向设置两条第二缝隙(252)，所述两条第二缝隙彼此隔开180度圆心角；
所述两条第二缝隙中的一条第二缝隙与所述四条第一缝隙中的一条第一缝隙隔开45度圆心角；并且
所述第一缝隙的长度小于所述第二缝隙的长度。
优选地所述粘接式接头包括：
接头主体(34)，其包围所述抽油杆主体的端部；以及
粘合剂，其涂布在所述接头主体的内周面与所述抽油杆主体的外周面之间，更优选地所述接头主体的内周面采用有锥度的台阶式结构(35)，或所述粘合剂中含有短切碳纤维纱。
优选地，所述粘接式接头的与所述抽油杆主体连接的端部的外表面上设有波浪状凹槽(36)，所述凹槽中缠有碳纤维和玻璃纤维复合材料。
优选地，所述抽油杆主体的长度为1米以上。
优选地，构成所述心部的材料包括碳纤维、热固型或热塑型树脂、固化剂和脱模剂，更优选地热固型树脂是环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、乙烯基脂树脂和不饱和树脂中的最少其中一种；或热塑型树脂是尼龙、聚酰亚胺和氟塑料中的最少其中一种。
优选地，所述防护层(12)由树脂基纤维增强复合材料或金属合金材料制成。
优选地所述防护层(12)和所述心部(11)的基体树脂可以相同，也可以不同。
优选地，所述心部的横截面形状为圆形、椭圆形、扁圆形或八方形。
更优选地，具有电伴热功能的抽油杆包括金属管铠装电热电缆(13)；并且具有流体伴热和稀释功能的抽油杆包括金属管(14)。
本发明的另外一方面提供一种抽油杆接头，其设置在抽油杆主体的端部，所述抽油杆主体具有由树脂基碳纤维复合材料构成的心部以及包围所述心部的防护层，其特征在于，
所述抽油杆接头为机械锁定式接头或粘接式接头，所述机械锁定式接头通过机械锁定的方式与所述抽油杆主体相连，而所述粘接式接头通过粘接的方式与所述抽油杆主体相连。
附图说明
在下文中，将结合附图详细地描述本发明的示例性实施例。在附图中，以相同或相似的附图标记指示相同或相似的部件。另外，附图只是示例性的，而不是限制性的。附图中的部件的尺寸和比例关系不一定精确。
图1是根据本发明的示例性实施例的抽油杆的局部剖侧视图。
图2A是根据本发明的示例性实施例的抽油杆主体的一部分的侧剖视图。
图2B是沿着图2A中的平面A-A截取的抽油杆主体的剖视图。
图3A是根据本发明的另一个示例性实施例的电加热式抽油杆主体 的一部分的侧剖视图。
图3B是沿着图3A中平面B-B截取的抽油杆主体的剖视图。
图4A是根据本发明的另一个示例性实施例的具有伴热、稀释(若需稀释)流体流通的通道伴热抽油杆侧剖视图。
图4B是沿着图4A中平面C-C截取的抽油杆主体的剖视图。
图5是机械锁定式接头的侧剖视图。
图6A是图5中的机械锁定式接头的内套筒的透视图。
图6B是图5中的机械锁定式接头的内套筒的端视图。
图7是根据本发明的示例性实施例的粘接式接头的局部剖侧视图。
图8是根据本发明的示例性实施例的抽油杆主体的横截面形状的示意图。
具体实施方式
<抽油杆的整体构造>
图1是根据本发明的示例性实施例的抽油杆的局部剖侧视图。如图1所示，抽油杆包括抽油杆主体1和设置在抽油杆主体1两端的接头2。
图2A是抽油杆主体1的一部分的侧剖视图。图2B是沿着图2A中的平面A-A截取的抽油杆主体1的剖视图。如图2A和图2B所示，抽油杆主体1包括心部11和包围心部11的防护层12。心部11由树脂基碳纤维复合材料经拉挤工艺制造而成。心部11的基体树脂可以是耐温等级要求达到180摄氏度以上的热固型树脂(例如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、乙烯基脂树脂和不饱和树脂等)或热塑型树脂(例如尼龙、聚酰亚胺和氟塑料等)。另外，心部11的疲劳强度高：经过100赫兹，107次动态拉伸后，剩余强度为原来的90％；而在同样的测试条件下，钢质心部的剩余强度只有原来的30％至40％。因此，由树脂基碳纤维复合材料制成的心部11适合用作承载主体。防护层12可以由树脂基纤维增强复合材料制成。防护层12和心部11的基体树脂可以相同，也可以不同，防护层12中的增强纤维要求强度高、耐高温、电绝缘性能好、加工工艺简单、防磨损性能好、与树脂浸润性好、性 价比高等，以便起到电绝缘和防撞击的作用。根据上述要求，防护层12中的增强纤维可以采用无碱玻璃纤维纱、无碱玻璃纤维布或无碱玻璃纤维毡等。
图3A是根据本发明的另一个示例性实施例的电加热式抽油杆主体的一部分的侧剖视图。图3B是沿着图3A中平面B-B截取的抽油杆主体的剖视图。在图3A和图3B所示的示例性实施例中，抽油杆主体1除了包括心部11和防护层12之外，还包括电伴热电缆13(电伴热电缆13的使用数量为一根以上)。电伴热电缆13具有金属管铠装，使用硅橡胶、氟塑料、玻璃纤维复合材料、云母、陶瓷或氧化铝粉中的一种或数种作为绝缘，并使用无氧铜镀镍线作为电流导线兼电热转换体。电伴热电缆13排布在心部11和防护层12之间，如果使用两根以上电伴热电缆13，则这些电伴热电缆13对称分布在心部11的周围。电伴热电缆13通电后可将电能转换成热能。外部供电电源(未示出)、电伴热电缆13的无氧铜镀镍线和金属管铠装共同构成电加热回路。防护层12包敷住心部11和电伴热电缆13。电伴热电缆13产生的热量经防护层12传导并加热油管内的原油。金属管铠装的金属管的耐压强度大于30兆帕。
另外，由于碳纤维属于半导体材料，其电热转换效率可达98％以上，是迄今为止已知的电热转换效率最高的电发热体(经测试，直径为19毫米的心部11的电阻率是0.1欧姆/米)。也就是说，碳纤维能够将电能高效地转化为热能。因此，心部11还可以用作电热转换体，从而将抽油杆做成电加热式抽油杆。这种方法的最大优点是电热转换效率高；主要缺点是生产工艺复杂、加工难度大、生产设备昂贵及技术实施困难，产品技术性能稳定性差，性价比较低。因此，这种方案在目前加工技术水平下不宜采用。
图4A是根据本发明的另一个示例性实施例的流体伴热式抽油杆主体的一部分的侧剖视图。图4B是沿着图4A中的平面C-C截取的抽油杆主体的剖视图。在图4A和图4B所示的示例性实施例中，抽油杆主体1除了包括心部11和防护层12之外，还包括伴热流体、稀释(若需稀释)流体流通的通道，即金属管14(金属管14的使用数量为一根 以上)。图中金属管14由不锈钢或其他金属制成。如果使用两根以上的金属管14时，则这些金属管14对称分布在心部11的周围。心部11和金属管14被防护层12包覆成一体。金属管14(耐压强度大于30兆帕)可以由圆形或其他异型管制成。这种抽油杆的制造过程如下：首先制成心部11，然后将金属管14排布在心部11的两侧，再用无碱玻璃纤维和环氧树脂经缠绕拉挤工艺构成防护层12包裹住心部11和金属管14。当抽油杆杆体在油井中工作时，伴热流体自金属管14的上端进入。在伴热流体流动的过程中，伴热流体的热量经金属管14的管壁和防护层12传导加热油管内的原油；同时，自金属管14下端流出的伴热流体进入油管内，以加热和稀释(若需稀释)油管内的原油。
<机械锁定式接头的构造>
图5是根据本发明的示例性实施例的机械锁定式接头的侧剖视图。如图5所示，机械锁定式接头包括顶杆21、外套筒24和内套筒25(内套筒也可称为锁紧筒)。内套筒25紧套在抽油杆主体的端部周围。外套筒24右端的内周面具有锥度，内套筒25的外周面也具有锥度。例如，外套筒24的内周面和内套筒25的外周面的锥度都可以是1:40。这样，内套筒25的外径较小的一端(图4中为右端)可以沿着由左向右的方向插入外套筒24中并最终紧卡在外套筒24中。顶杆21的左右两端都设置有螺纹。顶杆21的左端可以与其他部件相连，顶杆21的右端旋入外套筒24的左端。随着顶杆21的旋入，顶杆21的端面抵靠内套筒25的左端面，并将插入外套筒24中的内套筒25连同抽油杆主体1一起向右推。由于外套筒25右端的内周面和内套筒25的外周面的锥度的存在，内套筒25连同抽油杆主体1最终紧卡在外套筒24中。
机械锁定式接头还可以包括：锁紧螺母22，其设置在外套筒25与顶杆21之间；紧定螺钉23，其用于在锁紧螺母22旋紧之后将锁紧螺母22锁紧，以防止锁紧螺母22松动；内套筒25卡紧抽油杆主体1后，内套筒25的右端从外套筒24的右端出口伸出至少25毫米，以使抽油杆主体1中集中在内套筒25右端出口处的应力逐渐减小。特别是当抽油杆主体1发生振动或摆动时，伸出部分的弹性可以保护抽油杆主体1免受应力集中的破坏。
顶杆21、锁紧螺母22、紧定螺钉23、外套筒24和内套筒25可以由金属材料和或合金材料制成。
图6A是图5中的机械锁定式接头的内套筒的透视图。图6B是图5中的机械锁定式接头的内套筒的端视图。如图6A和图6B所示，从内套筒25的两端开始，可以分别设置至少一条缝隙，这些缝隙都沿着内套筒25的长度方向延伸并贯穿内套筒25的一部分。
在图4A和图4B所示的实施例中，从内套筒25的外径较大的一端开始，沿圆周方向均匀地设置有四条短缝隙251，也就是说，这四条短缝隙251中相邻的两条缝隙251都隔开90度圆心角。这四条短缝隙251的终端距内套筒25的外径较小的一端(图4A中为右端)的端面有20毫米的距离。同时，从内套筒25的外径较小的一端(图4A中为右端)开始，沿圆周方向设置有两条相隔180度圆心角的长缝隙252。每条短缝隙251的长度比每条长缝隙252的长度小5毫米。另外，当沿着内套筒25的轴向看去时，任意一条长缝隙252与其相邻的一条短缝隙隔开45±5度圆心角，如图4B所示。
由于上述缝隙251和252的存在，当内套筒25沿着外套筒24的内周面向右移动时，内套筒25的外周壁可以在径向挤压力的作用下向内收缩，从而进一步夹紧抽油杆主体1的端部。
<粘接式接头的构造>
图7是根据本发明的示例性实施例的粘接式接头的局部剖侧视图。如图7所示，粘接式接头包括：接头主体34，其套在抽油杆主体1的端部；以及粘合剂，其涂布在接头主体34的内周面与抽油杆主体1的外周面之间，从而将抽油杆主体1和接头主体34粘接起来。为了提高粘接强度，粘合剂由高强度耐高温树脂和一定比例的短切碳纤维纱制成。另外，接头主体34的内周面采用了有锥度的台阶式结构35。
此外，粘接式接头的与抽油杆主体连接的端部(图7中为右端)的外表面上设有波浪状凹槽36。凹槽36中缠有碳纤维和玻璃纤维复合材料。
<其他构造>
尽管上文中出于简明的目的而没有提及以下构造，但本领域的技 术人员可以理解的是，本发明所涉及的所有需要旋紧的部件都在适当的部位设置有适于利用卡扳手等工具进行旋紧操作的方形面，这些方形面符合美国石油协会制定的API标准。
本发明所涉及的部件的螺纹方向可以根据实际需要来选择左旋式螺纹和/或右旋式螺纹，以便于现场安装操作。
本发明的抽油杆主体还可以包括通信线路(例如，通信电缆或光纤)，用以实现抽油杆段与油井的压力传感器或温度传感器等之间的通信、抽油杆段之间的通信、以及抽油杆与外部信息处理装置之间的通信。
本发明的电伴热抽油杆中的电热电缆与电源供电线路通过防爆接线盒相连。
本发明的电伴热抽油杆由交流或直流等电源供电。
本发明的流体伴热抽油杆中的金属管与外部管线通过连接件相连。
此外，本发明的抽油杆的心部的形状可以根据实际需要来灵活地选择，例如，可以选择圆形、椭圆形、扁圆形或八方形等，如图8所示。
<抽油杆主体的制造方法>
抽油杆主体的制造方法主要包括以下步骤：
首先，使用优质碳纤维纱和耐高温树脂为原料，采用缠绕拉挤工艺技术制造。将碳纤维纱、从纱架引出，穿过导纱架进入烘干箱烘干后进入胶槽浸胶，并经预成型后成为心部11；然后，使用缠绕机将无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维毡包覆心部11形成防护层12，进入模具加温固化，再经后固化后收卷。拉拔机构使用往复式液压牵引机构。拉挤工艺是制造纤维增强复合材料的常用工艺之一，例如，可以参考《新型碳纤维抽油杆的研制》(陈厚等，化工科技，2001，9(2)：pp13-15)。
当制造电伴热抽油杆时，使用优质碳纤维纱和耐高温树脂为原料，采用缠绕拉挤工艺技术制造。将碳纤维纱、从纱架引出，穿过导纱架进入烘干箱烘干后进入胶槽浸胶，经预成型后成为心部11；然后，将金属管铠装电热电缆13与心部11并排同步进入缠绕机，将无碱玻璃 纤维或无碱玻璃纤维毡包覆心部11和金属管铠装电热电缆13而形成防护层12，进入模具加温固化，再经后固化后收卷。拉拔机构使用往复式液压牵引机构。
当制造流体伴热和稀释(若需稀释)的抽油杆时，使用优质碳纤维纱和耐高温树脂为原料，采用缠绕拉挤工艺技术制造。将碳纤维纱、从纱架引出，穿过导纱架进入烘干箱烘干后进入胶槽浸胶，经预成型后成为心部11；然后，将金属管14与心部11并排同步进入缠绕机，用无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维毡包覆心部11和金属管14而形成防护层12，进入模具加温固化，再经后固化后收卷。拉拔机构使用往复式液压牵引机构。
根据上述方法制成的抽油杆，每段(根)抽油杆的连续长度可达几米、几十米、几百米或几千米以上，明显比钢质抽油杆段长。同时，根据上述方法制成的抽油杆的盘绕弯曲半径可以小于1.5米，这表明本发明的抽油杆的柔韧性明显地好于传统的钢质抽油杆。正是基于上述原因，本发明的抽油杆被称为“连续柔性抽油杆”。
<工业实用性>
本发明的抽油杆具有如下优点：
1.具有高比模量、高比强度。具体地说，本发明的抽油杆的抗拉强度可达1800兆帕，是传统的钢质抽油杆的2倍以上；另外，本发明的抽油杆的千米质量为200千克至1000千克，相当于相同长度的钢质抽油杆杆重量的1/20至1/4。当用于深井或超深井采油时，可以容易地实施大泵深抽技术。因此，在方便经济地提高石油开采效率和油田采收率的同时，实现了节能降耗，安全环保。
2.心部的横截面形状为圆形等，比现有的带状抽油杆的机械力学性能更优越。
3.抗疲劳性能好。经100赫兹、26-80千牛交变载荷、107次的疲劳实验后，剩余强度仍有90％(而在同样测试条件下，钢质抽油杆的剩余强度仅为30％至40％)。因此，可以延长设备的使用寿命，减少作业时间和次数，提高抽油机井的运转时率，增加产油量。
4.耐腐蚀性强。可以在酸、碱和硫化氢等腐蚀性环境中长期使用。
5.柔韧性好，最小盘绕半径可达1.5米。因此，便于运输及安装时的起下作业。
6.在与其他部件连接时只需连接抽油杆两端的两个接头，因而使连接更加简单牢靠，操作更容易，能够减少作业量。
7.具备电加热功能，适用于稠油开采。
8.抽油杆的横截面积小，仅为传统的钢质抽油杆的横截面积的1/5。因此，可以减小液体的流动阻力和抽油杆的运动阻力，从而可以降低能耗。
9.碳纤维杆体由高耐磨性材料包覆，因而可以延长设备的使用寿命，减少油井作业量和费用，增加产油量。
10.具有多功能，可方便实现电半热、流体伴热、稀释(若需稀释)、通讯功能。
11.绿色环保，废旧抽油杆可以回收再利用。
<实例>
本发明的连续柔性抽油杆在低系统效率井试验13口，在产量增高需换大泵油井试验1口，超深井3口，斜井4口。
在低系统效率葡170-06井试验中，该井泵深1143米，试验前消耗功率为4.856千瓦，日耗电量为116.5千瓦时。试验后消耗功率3.078千瓦，日耗电量为73.8千瓦时，节能36.6％，系统效率提高2.85个百分点。试验前抽油杆偏磨严重；试验510天后，于2013年11月经作业起出，抽油杆表面光滑，有效地减轻了杆管偏磨，然后继续下井使用，迄今已使用1300多天。
在低系统效率葡扶172-492井试验中，该井泵深1491米，使用Φ19毫米连续柔性抽油杆1100米，连续柔性抽油杆下方连接Φ22毫米钢质抽油杆676.84米。试验后经两次110摄氏度高温化清热洗，系统均运行正常。试验后，上电流由试验前的29安下降到9安，有功功率由6.266千瓦下降到3.057千瓦，节电率达到51.21％；另外，系统效率由试验前的3.08％提高到6.41％，提高了3.33％。2014年6月该井由于测静压关井反生蜡卡，经300多千牛拉拔解卡后，仍在使用，体现出较高的抗拉强度和耐疲劳强度，目前已正常运行1200多天。
在高产液需换机换泵井葡57-斜942井上试验中，该井井斜27度。抽油机为6型机，泵深1183米。实验前使用常规钢质抽油杆时，杆管磨损严重。为提高产油量，井泵径由Φ57毫米调整到Φ70毫米。如果使用传统的钢质抽油杆，则该井的理论载荷将达到70.59千牛，需更换大泵后更换大型抽油机。在试验过程中，使用Φ19毫米连续柔性抽油杆800米，下部连接Φ22毫米钢质抽油杆383米。试验后，测得悬点最大载荷仅为53.88千牛，比理论载荷低16.71千牛，悬点最大载荷比使用钢质抽油杆降低了24％。在使用连续柔性抽油杆后，实现了小机型带动Φ70毫米抽油泵，从而节省了一次性大型抽油机成本投入。为了有效地控制油井沉没度，2014年7月10日对该试验井进行换大泵措施，起出井下管柱后发现Φ19毫米连续柔性抽油杆表面光滑，无磨损现象，钢质抽油杆下部Φ22毫米HY级抽油杆第9根接箍处磨脱，油管磨漏。与同一井中使用的钢质抽油杆相比，连续柔性抽油杆表现出了较强的耐磨性和抗拉强度。为了配合Φ83毫米抽油泵，该井设计使用Φ19毫米连续柔性抽油杆800米，下部连接Φ25毫米钢质抽油杆300米，设计泵深1100米，运行参数冲程3.5米，冲刺4次/分，使用后测试悬点载荷为57.73千牛。创造了1100井深的泵挂，沉没度200米，地面使用5型机，配井下Φ83毫米抽油泵的世界水平。目前，该井已正常运行1200多天。
<经济效益分析>
项目投入费用：2口试验井所使用连续柔性抽油杆及其配套工具共花费人民币16万元。
根据在系统效率较低的葡扶172-492井上的应用情况，单井日节电77.02千瓦时，预计年可节电28112.3千瓦时。以电费0.6381元/千瓦时计算，年可节约电费1.8万元；节约Φ19毫米钢质抽油杆1100米的费用2.7万元；节省扶正器的费用1.5万元。合计效益6万元。
根据在高产液需换机换泵的葡57-斜942井上的应用情况，与全厂平均水平相比，单井日节电112.4千瓦时，预计年节电41023千瓦时。以电费0.6381元/千瓦时计算，年节约电费2.6万元。另外，可节约更换大型抽油机成本14.4万元，节约Φ22毫米钢质抽油杆800米费用3.0 万元；节省扶正器1.5万元。换大泵后，该井日增油1.2吨，以Φ70毫米抽油泵的保修期为280天计算，预计可累积增油336吨，可创经济效益121万元。合计效益143万元。
根据在喇7-P261井上的应用情况，该井采出液浓度为428毫克/升。从2012年12月至试验起始日之前，由于杆管偏磨，致使钢质抽油杆断脱检泵3次，平均检泵周期213天，杆管偏磨比较严重。为了客观评价连续柔性抽油杆试验效果，设计使用Φ25毫米金属抽油杆250米作为加重杆。为了防止加重杆磨损，在与之匹配的管柱段采用了内喷涂油管。加重杆部分不布置扶正器，而使用双向保护接箍。该试验井于5月16日成功投产，对比试验前后功图，交变载荷下降7千牛，比试验前下降了20％，比该井的平均检泵周期超出500天。
以上出于示例和说明的目的描述了本发明的多个示例性实施例。然而，对本领域的技术人员而言，许多修改和变型是显而易见的。选择并描述上述实施例只是为了便于本领域的技术人员理解本发明的原理及其实际应用，而不意图将本发明的范围限制为上述具体实施例。可以理解的是，本发明的范围由权利要求书及其等同内容限定。本领域技术人员也知道，说明书特别是发明内容部分公开的本发明的每一项技术特征都可以随意搭配和组合。
Claims (30)
1.一种抽油系统，包括抽油杆主体(1)和接头(2)，所述抽油杆主体包括心部(11)和包围所述心部的防护层(12)，所述接头(2)设置在所述抽油杆主体(1)的端部，其特征在于，
所述心部(11)由树脂基碳纤维复合材料构成；并且
所述接头为机械锁定式接头或粘接式接头，所述机械锁定式接头通过机械锁定的方式与所述抽油杆主体相连，而所述粘接式接头通过粘接的方式与所述抽油杆主体相连。
2.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述抽油杆主体包括通信线路。
3.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述防护层由树脂基绝缘纤维增强复合材料构成，并用作电绝缘层。
4.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述心部用作电热转换体。
5.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述机械锁定式接头包括：
内套筒(25)，所述内套筒包围并夹持所述抽油杆主体的端部，并且所述内套筒的外周面具有锥度；
顶杆(21)，其端面抵靠所述内套筒的端面；以及
外套筒(24)，所述外套筒的第一端的内周面具有与所述内套筒(25)的外周面相同的锥度，以便与所述内套筒的外周面卡合，并且所述外套筒的第二端利用内螺纹与所述顶杆(21)相连。
6.根据权利要求5所述的抽油系统，其中，
在所述机械锁定式接头与所述抽油杆主体完成连接后，所述内套筒(25)的第一端从所述外套筒(24)的第一端的出口伸出。
7.根据权利要求5所述的抽油系统，其中，
所述机械锁定式接头还包括：
锁紧螺母(22)，其设置在所述外套筒与所述顶杆之间；以及
紧定螺钉(23)，其用于在所述锁紧螺母锁紧之后锁紧所述锁紧螺母。
8.根据权利要求5所述的抽油系统，其中，
所述抽油系统是具有电伴热功能的抽油杆或具有流体伴热和稀释功能的抽油杆，在所述顶杆(21)的轴向中心部位设有与所述抽油杆主体的横截面相同形状的孔，以使所述抽油杆主体穿过。
9.根据权利要求5所述的抽油系统，其中，
从所述内套筒的两端开始分别设置至少一条缝隙(251、252)，所述缝隙沿所述内套筒的长度方向延伸并贯穿所述内套筒的一部分。
10.根据权利要求9所述的抽油系统，其中，
从所述内套筒的外径较大的一端开始，沿圆周方向设置四条第一缝隙(251)，所述第一缝隙中相邻的两条第一缝隙都隔开90度圆心角；
从所述内套筒的外径较小的一端开始，沿圆周方向设置两条第二缝隙(252)，所述两条第二缝隙彼此隔开180度圆心角；
所述两条第二缝隙中的一条第二缝隙与所述四条第一缝隙中的一条第一缝隙隔开45度圆心角；并且
所述第一缝隙的长度小于所述第二缝隙的长度。
11.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述粘接式接头包括：
接头主体(34)，其包围所述抽油杆主体的端部；以及
粘合剂，其涂布在所述接头主体的内周面与所述抽油杆主体的外周面之间。
12.根据权利要求11所述的抽油系统，其中，
所述接头主体的内周面采用有锥度的台阶式结构(35)。
13.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述粘接式接头的与所述抽油杆主体连接的端部的外表面上设有波浪状凹槽(36)，所述凹槽中缠有碳纤维和玻璃纤维复合材料。
14.根据权利要求11所述的抽油系统，其中，
所述粘合剂中含有短切碳纤维纱。
15.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述抽油杆主体的长度为1米以上。
16.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述防护层(12)由树脂基纤维增强复合材料或金属合金材料制成。
17.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述防护层(12)和所述心部(11)的基体树脂可以相同，也可以不同。
18.根据权利要求1所述的抽油系统，其中，
所述心部的横截面形状为圆形、椭圆形、扁圆形或八方形。
19.根据权利要求8所述的抽油系统，其中，
具有电伴热功能的抽油杆包括金属管铠装电热电缆(13)；并且
具有流体伴热和稀释功能的抽油杆包括金属管(14)。
20.一种用于设置在具有由树脂基碳纤维复合材料构成的心部(11)以及包围所述心部的防护层(12)的抽油杆主体的端部的抽油杆接头(2)，其特征在于，
所述抽油杆接头为机械锁定式接头或粘接式接头，所述机械锁定式接头通过机械锁定的方式与所述抽油杆主体相连，而所述粘接式接头通过粘接的方式与所述抽油杆主体相连。
21.根据权利要求20所述的抽油杆接头(2)，其中，
所述机械锁定式接头包括：
内套筒(25)，所述内套筒包围并夹持所述抽油杆主体的端部，并且所述内套筒的外周面具有锥度；
顶杆(21)，其端面抵靠所述内套筒的端面；以及
外套筒(24)，所述外套筒的第一端的内周面具有与所述内套筒(25)的外周面相同的锥度，以便与所述内套筒的外周面卡合，并且所述外套筒的第二端利用内螺纹与所述顶杆(21)相连。
22.根据权利要求21所述的抽油杆接头(2)，其中，
在所述机械锁定式接头与所述抽油杆主体完成连接后，所述内套筒(25)的第一端从所述外套筒(24)的第一端的出口伸出。
23.根据权利要求21所述的抽油杆接头(2)，其中，
所述机械锁定式接头还包括：
锁紧螺母(22)，其设置在所述外套筒与所述顶杆之间；以及
紧定螺钉(23)，其用于在所述锁紧螺母锁紧之后锁紧所述锁紧螺母。
24.根据权利要求21所述的抽油杆接头(2)，其中，
在所述顶杆(21)的轴向中心部位设有与所述抽油杆主体的横截 面相同形状的孔，以使所述抽油杆主体穿过。
25.根据权利要求21所述的抽油杆接头(2)，其中，
从所述内套筒的两端开始分别设置至少一条缝隙(251、252)，所述缝隙沿所述内套筒的长度方向延伸并贯穿所述内套筒的一部分。
26.根据权利要求21所述的抽油杆接头(2)，其中，
从所述内套筒的外径较大的一端开始，沿圆周方向设置四条第一缝隙(251)，所述第一缝隙中相邻的两条第一缝隙都隔开90度圆心角；
从所述内套筒的外径较小的一端开始，沿圆周方向设置两条第二缝隙(252)，所述两条第二缝隙彼此隔开180度圆心角；
所述两条第二缝隙中的一条第二缝隙与所述四条第一缝隙中的一条第一缝隙隔开45度圆心角；并且
所述第一缝隙的长度小于所述第二缝隙的长度。
27.根据权利要求20所述的抽油杆接头(2)，其中，
所述粘接式接头包括：
接头主体(34)，其包围所述抽油杆主体的端部；以及
粘合剂，其涂布在所述接头主体的内周面与所述抽油杆主体的外周面之间。
28.根据权利要求27所述的抽油杆接头(2)，其中，
所述接头主体的内周面采用有锥度的台阶式结构(35)。
29.根据权利要求27所述的抽油杆接头(2)，其中，
所述粘接式接头的与所述抽油杆主体连接的端部的外表面上设有波浪状凹槽(36)，所述凹槽中缠有碳纤维和玻璃纤维复合材料。
30.根据权利要求27所述的抽油杆接头(2)，其中，
所述粘合剂中含有短切碳纤维纱。
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