CN207436937U - 一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，包括油管，油管内套设有抽油杆，且油管的内表面和抽油杆的外表面均设有表面织构结构。本实用新型用激光束在抽油杆和油管内表面加工出微米级凹坑，改变其抽油杆表面和油管内表面结构，目的是降低抽油杆与油管内表面的摩擦系数，提升抽油杆和油管内表面的抗磨性能，延长抽油管杆使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及抽油机井有杆抽油技术领域，具体涉及一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱。
背景技术
全世界90％以上的油田，有杆泵采油系统是有抽油机、抽油杆和抽油泵为主要部件的采油系统。其中抽油杆柱是将抽油机的往复运动传递给抽油泵使得活塞作往复运动进行抽汲，使油管柱中的液体增压，将油层产液抽汲至地面。然而由于油管内径狭小，所以抽油杆与油管之间不可避免的存在一定的接触，出现摩擦现象和磨损。
长庆油田油井开井接近5万口,90％以上的油井为丛式定向井，机采系统主要是有杆抽油系统，但在应用过程中，有杆采油系统不可避免的存在油管与抽油杆偏磨问题。据2015年油水井大调查数据统计，长庆油田存在偏磨井1.5万口(严重井0.4万口)，占开井总数33.4％，因偏磨导致全年更换的油管有243.88万米，抽油杆231.08万米，年更换费用需要2.16亿元。
另外，因偏磨导致的普通维护性作业次数占全年总作业次数的20％以上，超过8000井次，需要费用0.96亿元。同时，因井眼轨迹复杂杆管偏磨的高频井(3次以上/年)2000余口，年修井维护费用过亿元。
分析抽油井管杆磨损的原因，一是井身结构是管杆偏磨的主要影响因素。长庆油田多以定向丛式井开发，井眼轨迹复杂，易偏磨井段多，并且随着油井井斜角的增加，偏磨越严重；二是管杆受力运动失稳玩去，造成管杆接触磨损。在杆柱下冲程受综合阻力作用，中性点以下失稳弯曲，造成管杆偏磨。三是防偏磨工艺技术还不完善。在用耐磨材料种类繁多、受温度、腐蚀等井筒因素影响大，同时缺乏相应的检测评价体系，区块上防偏磨效果差异较大。四是井液腐蚀介质加剧管杆偏磨，磨损、腐蚀共同作用结果，腐蚀加剧磨损。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，用于解决现有技术的问题，本实用新型用激光束在抽油杆和油管内表面加工出微米级凹坑，改变其抽油杆表面和油管内表面结构，目的是降低抽油杆与油管内表面的摩擦系数，提升抽油杆和油管内表面的抗磨性能，延长抽油管杆使用寿命。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，包括油管，油管内套设有抽油杆，且油管的内表面和抽油杆的外表面均设有表面织构结构。
进一步地，所述表面织构结构为均布的若干微米级凹坑。
进一步地，所述微米级凹坑为圆形凹坑。
进一步地，相邻的圆形凹坑的中心之间的间距为300μm。
进一步地，所述的圆形凹坑的直径为100μm。
进一步地，所述的圆形凹坑的深度为8～9μm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型由激光束加工的微米级凹坑可以在抽油杆表面和油管内表面产生动压润滑效果，产生附加流体动压力，提高润滑油膜的承载能力，从而降低摩擦阻力，提高耐磨损性能；另外与井液的混合使得微米级凹坑可以作为微储油池向光杆表面和油管内表面提供润滑油，降低摩擦系数；管杆偏磨的降低，可以降低管杆更换的数量和维护性作业的井次，降低了生产维护成本，保证了生产时率。
进一步地，通过设置微米级凹坑的尺寸，在保证摩擦面光洁度的情况下，最大限度降低抽油杆和油管的摩擦。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；其中：1、油管，2、抽油杆；
图2为图1中油管和抽油杆的表面织构示意图；
图3为有激光表面织构的摩擦副和无织构的摩擦副的对比图；
图4为无表面织构摩擦副摩擦400小时后的无表面织构金属表面观测图，其中(a)为金属表面400小时摩擦试验前形貌观测图；(b)无表面织构金属表面形貌观测图；
图5为有表面织构摩擦副摩擦550小时后的表面织构的金属表面摩擦前后对比试验形貌观测图，其中(a)为有表面织构金属500小时摩擦试验后表面形貌观测图；(b)为有表面织构金属表面形貌观测图；
图6为表面织构三维轮廓图，其中(a)为金属表面织构表面图；(b)为金属表面织构三维轮廓图(局部)；
图7为表面织构摩擦性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
参见图1，一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，包括油管1，油管1内套设有抽油杆2，且油管1的内表面和抽油杆2的外表面均设有表面织构结构，表面织构结构为均布的若干微米级凹坑，微米级凹坑为圆形凹坑，相邻的圆形凹坑的中心之间的间距为300μm，直径为100μm，深度为8～9μm。
下面对本实用新型的操作过程做详细描述：
本实用新型应用激光束在全井段抽油杆和油管内表面加工出微米级凹坑，改变抽油杆和油管内表面的表面结构，从而降低抽油杆与油管内表面的摩擦系数和摩擦阻力，提高耐磨损性能，降低偏磨对生产的影响。从室内模拟试验结果图3可以看出，有激光表面织构的摩擦副扭矩要明显低于无织构的摩擦副，从图4-图5可以看出，无表面织构的密封面摩擦400小时后表面出现明显磨损沟槽，而有表面织构的密封面摩擦550小时后，两摩擦面无明显磨损特征，这表明表面织构在降低摩擦力和提高耐磨损性能方面起到重要作用。通过实验室建立模型计算研究表明，由激光束加工的微米级凹坑可以产生动压润滑效果，提高润滑油膜的承载能力，从而降低摩擦阻力，提高耐磨损性能，并且可以储存磨损造成的磨屑，减轻磨屑对摩擦面的磨损。因此将高能激光束加工微米级表面织构技术可以应用于油井抽油杆柱表面，这样就能减轻油管与抽油杆之间的摩擦，降低偏磨对油井生产的影响，并提高抽油机举升效率。
测试表面织构试样在干摩擦条件下与脂润滑条件下的摩擦性能，并与光杆试样(打磨后)进行对比，对磨材料为钢球，工况条件为：载荷1kg，往复行程2.2mm，往复频率2Hz。如图7所示，从测试结果来说，表面织构的存在有效的改善了金属材料的摩擦系数，由于表面孔洞具有存储润滑剂的作用，能够实现辅助润滑的效果，可以降低油管柱之间的摩擦，减少管柱之间的磨损现象。
Claims (4)
1.一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，其特征在于，包括油管(1)，油管(1)内套设有抽油杆(2)，且油管(1)的内表面和抽油杆(2)的外表面均设有表面织构结构；所述表面织构结构为均布的若干微米级凹坑；所述微米级凹坑为圆形凹坑。
2.根据权利要求1所述的一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，其特征在于，相邻的圆形凹坑的中心之间的间距为300μm。
3.根据权利要求1所述的一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，其特征在于，所述的圆形凹坑的直径为100μm。
4.根据权利要求1所述的一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱，其特征在于，所述的圆形凹坑的深度为8～9μm。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201721143720.9U CN207436937U (zh) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | 一种表面织构化的耐磨油井抽油管柱 |
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Publications (1)
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ID=62301363
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111188578A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-22 | 北京工商大学 | 具有高韧夹持段的镍基合金涂层抽油光杆及其加工方法 |
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2017
- 2017-09-07 CN CN201721143720.9U patent/CN207436937U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111188578A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-22 | 北京工商大学 | 具有高韧夹持段的镍基合金涂层抽油光杆及其加工方法 |
| CN111188578B (zh) * | 2020-01-07 | 2021-05-25 | 北京工商大学 | 具有高韧夹持段的镍基合金涂层抽油光杆及其加工方法 |
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