1、有杆抽油系统有杆抽油系统抽油杆抽油杆 抽油杆是抽油设备的重要部件，它将抽油机的运动和抽油杆是抽油设备的重要部件，它将抽油机的运动和能量传递给井下抽油泵。抽油杆的疲劳强度和使用寿命决能量传递给井下抽油泵。抽油杆的疲劳强度和使用寿命决定和影响了整套抽油设备的最大下泵深度和排量。定和影响了整套抽油设备的最大下泵深度和排量。 在抽油过程中，抽油杆柱承受的是不对称循环载荷的在抽油过程中，抽油杆柱承受的是不对称循环载荷的作用，其工作介质为原油、地层水和天然气。作用，其工作介质为原油、地层水和天然气。抽油杆的断脱事故抽油杆的断脱事故会严重影响原油的生产，增加修井作业费用，提高了原油会严重影响原油的生产，增加
2、修井作业费用，提高了原油的成本。为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命，国内的成本。为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命，国内外在抽油杆的材料、制造、使用、管理及维护等方面开展外在抽油杆的材料、制造、使用、管理及维护等方面开展了大量的研究工作，取得了可喜的成果。了大量的研究工作，取得了可喜的成果。第第2 2章章 抽油杆抽油杆 多根抽油杆通过接箍连成抽油杆柱，上面通过光杆多根抽油杆通过接箍连成抽油杆柱，上面通过光杆与抽油机相连，下接抽油泵的柱塞，与抽油机相连，下接抽油泵的柱塞， 普通抽油杆的杆体为实心圆形断面的钢杆，两端为镦普通抽油杆的杆体为实心圆形断面的钢杆，两端为镦粗的杆头。粗的杆头。 普通抽
3、油杆的结构示意图普通抽油杆的结构示意图 用来与接箍相连接，用来与接箍相连接，用来减轻由于螺纹和用来减轻由于螺纹和截面变化引起的应力集中，提高抽油杆的疲劳强度。截面变化引起的应力集中，提高抽油杆的疲劳强度。在接箍与抽油杆连接时，使得接箍端面与推承面台肩的端面间产在接箍与抽油杆连接时，使得接箍端面与推承面台肩的端面间产生足够大的应力，从而有效防止抽油杆在使用过程中脱扣及井液生足够大的应力，从而有效防止抽油杆在使用过程中脱扣及井液对螺纹的腐蚀。对螺纹的腐蚀。用来装卸抽油杆时卡抽油杆钳用。用来装卸抽油杆时卡抽油杆钳用。是作业时用来抽油杆的吊装。是作业时用来抽油杆的吊装。是避免构件截面和刚度是避免构件截
4、面和刚度的急剧变化，减小应力集中。的急剧变化，减小应力集中。1-1-外螺纹接头；外螺纹接头；2-2-卸荷槽；卸荷槽；3-3-推承面台肩；推承面台肩；4-4-扳手方扳手方径；径；5-5-凸缘；凸缘；6-6-圆弧过渡圆弧过渡区区抽油杆的杆体直径分别为抽油杆的杆体直径分别为1313、1616、1919、2222、2525、29mm29mm，长度一般为长度一般为8m8m或或7.62m7.62m。为了调节抽油杆柱的长度，还有。为了调节抽油杆柱的长度，还有长度各为长度各为0.410.41、0.610.61、0.910.91、1.221.22、1.831.83、2.442.44、3.053.05、3.66m
5、3.66m的短抽油杆。的短抽油杆。 抽油杆结构尺寸抽油杆结构尺寸 抽油杆的主要尺寸抽油杆的主要尺寸 （mmmm）普通抽油杆分为普通抽油杆分为CC级级、D D级级和和K K级级三个等级。三个等级。CC级级抽油杆用于轻、中负荷的油井；抽油杆用于轻、中负荷的油井；D D级级杆用于中、重负荷的油井；杆用于中、重负荷的油井；K K级级杆用于轻、中负荷并有腐蚀性的油井。杆用于轻、中负荷并有腐蚀性的油井。 接箍是抽油杆组合时的连接零件，按其结构特征可分为：接箍是抽油杆组合时的连接零件，按其结构特征可分为：、和和。 1. 1. 用于连接等直径的抽油杆。其中用于连接等直径的抽油杆。其中型带扳型带扳手平面；手平面
6、；型不带扳手平面，又称小井眼接箍。型不带扳手平面，又称小井眼接箍。 2. 2. 用于连接不同直径的抽油杆。同普通接箍用于连接不同直径的抽油杆。同普通接箍一样，异径接箍也分为一样，异径接箍也分为型和型和型。型。 3.3. 特种接箍主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍特种接箍主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，又称滚轮式扶正器和滚珠式扶正器，用于斜井或普通油井，又称滚轮式扶正器和滚珠式扶正器，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。4.4.接箍的材料及性能要求接箍的材料及性能要求: :一般都选用中碳结构钢，国内大都选用一般都选用中
7、碳结构钢，国内大都选用4545钢。钢。满足强度要求和连接要求。满足强度要求和连接要求。 具有一定的耐磨性。对于特种接箍还应具有扶正与具有一定的耐磨性。对于特种接箍还应具有扶正与减磨作用。减磨作用。 抽油杆工作时承受变动载荷，并处在不同的腐蚀介抽油杆工作时承受变动载荷，并处在不同的腐蚀介质中，工作条件恶劣。因次，要求抽油杆柱要有足够的疲质中，工作条件恶劣。因次，要求抽油杆柱要有足够的疲劳强度和抗腐蚀能力，同时，还要求有足够的螺纹连接强劳强度和抗腐蚀能力，同时，还要求有足够的螺纹连接强度。抽油杆制造工艺是保证抽油杆成品质量的关键环节。度。抽油杆制造工艺是保证抽油杆成品质量的关键环节。 抽油杆是一种
8、长径比很大的细长杆，刚度低、柔性大，抽油杆是一种长径比很大的细长杆，刚度低、柔性大，易弯曲，制造过程中易变形。易弯曲，制造过程中易变形。 为了保证抽油杆柱的连接强度及抽油杆螺纹和卸荷槽部为了保证抽油杆柱的连接强度及抽油杆螺纹和卸荷槽部位的强度，要求抽油杆端部的截面积要比杆体截面积大很多，位的强度，要求抽油杆端部的截面积要比杆体截面积大很多，即推承面台肩外圆处的截面积与杆体截面积的比值为即推承面台肩外圆处的截面积与杆体截面积的比值为4 4左右。左右。 为了便于作业时抽油杆的连接、悬紧、吊装，抽油杆端为了便于作业时抽油杆的连接、悬紧、吊装，抽油杆端部要求带有外螺纹接头、扳手方径和凸缘。因次抽油杆端
9、部部要求带有外螺纹接头、扳手方径和凸缘。因次抽油杆端部是一个变截面的阶梯回转体、正方体与圆弧回转体相互衔接是一个变截面的阶梯回转体、正方体与圆弧回转体相互衔接的复杂形状。的复杂形状。 材料检验冷校直定长锻造热处理热校直抛丸强化杆头机加工装配上护帽包装防腐 抽油杆的工作环境及其结构对抽油杆的制造工艺提出抽油杆的工作环境及其结构对抽油杆的制造工艺提出了很高的要求。另外，不同等级的抽油杆除了材料不同外，了很高的要求。另外，不同等级的抽油杆除了材料不同外，其工艺方法及工艺流程也有所不同。抽油杆制造的典型工其工艺方法及工艺流程也有所不同。抽油杆制造的典型工艺流程如图所示。艺流程如图所示。 检查原材料化学
10、成分、机械性能、尺寸精检查原材料化学成分、机械性能、尺寸精度。度。 对验收合格但直线度不符合标准要求且在允对验收合格但直线度不符合标准要求且在允许冷校直范围内的杆料进行校直。许冷校直范围内的杆料进行校直。 将校直后的杆料根据锻造比确定毛坯长度。将校直后的杆料根据锻造比确定毛坯长度。 将杆料的一端放入加热炉加热至锻造始锻温度。将杆料的一端放入加热炉加热至锻造始锻温度。将被加热的杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。将被加热的杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。将杆料的另一端加热至锻造始锻温度。将杆料的另一端加热至锻造始锻温度。 将被加热的另一端杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。将被加热的另一端杆头镦粗
11、并锻造成形，监控终锻温度。 使整个抽油杆通过加热炉加热，整体正火、使整个抽油杆通过加热炉加热，整体正火、正火正火+ +回火或调质处理，使其达到预期的机械性能。回火或调质处理，使其达到预期的机械性能。 热处理后的抽油杆在热状态下进行拉伸校直，热处理后的抽油杆在热状态下进行拉伸校直，或放置在冷却台上空冷到大约或放置在冷却台上空冷到大约120120滚动校直。滚动校直。 抽油杆一端的外螺纹按预紧力要求上好接箍。抽油杆一端的外螺纹按预紧力要求上好接箍。抽油杆未上接箍一端外螺纹接头带上护帽，防碰伤螺纹。抽油杆未上接箍一端外螺纹接头带上护帽，防碰伤螺纹。接箍端上好护堵。接箍端上好护堵。 抽油杆典型工艺路线从
12、钢抽油杆发明时起，一直是工抽油杆典型工艺路线从钢抽油杆发明时起，一直是工业上通用的工艺路线。业上通用的工艺路线。 工艺流程通用性强，通过选择不同的材料，工艺流程通用性强，通过选择不同的材料，相应的调整热处理工艺方法，不改变工序就可以制造出相应的调整热处理工艺方法，不改变工序就可以制造出CC级、级、D D级等不同等级的抽油杆。另外，防腐工序中应用热级等不同等级的抽油杆。另外，防腐工序中应用热浸漆、热浸铝或涂敷其它防腐材料的工艺方法，便可制造浸漆、热浸铝或涂敷其它防腐材料的工艺方法，便可制造出抗不同介质腐蚀的防腐抽油杆。出抗不同介质腐蚀的防腐抽油杆。 在典型抽油杆工艺路线的基础上，增加表面加热淬火
13、工在典型抽油杆工艺路线的基础上，增加表面加热淬火工序，并调整部分工序便可形成超高强度抽油杆的制造工艺路序，并调整部分工序便可形成超高强度抽油杆的制造工艺路线。制造线。制造的典型工艺流程，如图所示。的典型工艺流程，如图所示。 材 料 检 验冷 校 直定 长锻 造调 质 处 理热 校 直杆 头 机 加 工表 面 淬 火装 配上 护 帽包 装防 腐抛 丸 强 化 超高强度抽油杆典型工艺流程超高强度抽油杆典型工艺流程用压缩空气将钢丸或玻璃丸喷到零件上，以去除氧化皮用压缩空气将钢丸或玻璃丸喷到零件上，以去除氧化皮及其他污物的工艺过程叫及其他污物的工艺过程叫。也可将钢铁丸送至高速。也可将钢铁丸送至高速旋转
14、的圆盘上，利用离心力的作用，使高速抛出的钢丸旋转的圆盘上，利用离心力的作用，使高速抛出的钢丸撞击零件表面，达到光饰的目的，这种工艺叫撞击零件表面，达到光饰的目的，这种工艺叫。这。这两种工艺都能使零件表面产生压应力，而且没有含硅粉两种工艺都能使零件表面产生压应力，而且没有含硅粉末，对环境污染小。末，对环境污染小。 使零件表面产生压应力，可提高它们使零件表面产生压应力，可提高它们的疲劳强度及抗拉应力腐蚀的能力；的疲劳强度及抗拉应力腐蚀的能力；对扭曲的薄壁零对扭曲的薄壁零件进行校正；件进行校正；代替一般的冷、热成型工艺，对大型薄代替一般的冷、热成型工艺，对大型薄壁零件进行成型加工，不仅可避免零件表面
15、有残余拉应壁零件进行成型加工，不仅可避免零件表面有残余拉应力，而且可获得对零件有利的压应力。力，而且可获得对零件有利的压应力。第第2 2章章 抽油杆抽油杆 普通抽油杆的缺点普通抽油杆的缺点：( (发展特种抽油杆的原因发展特种抽油杆的原因) )适应不了深井采油、大泵强采需要适应不了深井采油、大泵强采需要适应不了斜井开采的需要适应不了斜井开采的需要适应不了高粘油井开采需要适应不了高粘油井开采需要适应不了高腐蚀性油井开采需要适应不了高腐蚀性油井开采需要适应不了严重结蜡油井的开采需要适应不了严重结蜡油井的开采需要超高强度抽油杆超高强度抽油杆玻璃钢抽油杆玻璃钢抽油杆空心抽油杆空心抽油杆 电热抽油杆电热抽
16、油杆连续抽油杆连续抽油杆柔性抽油杆柔性抽油杆 不锈钢抽油杆不锈钢抽油杆 非金属带状抽油杆非金属带状抽油杆铝合金抽油杆铝合金抽油杆KDKD级抽油杆级抽油杆焊接抽油杆焊接抽油杆 主要型号：主要型号：OilwellOilwell公司生产的公司生产的超高强度抽油杆；超高强度抽油杆；NorrisNorris公司生产的公司生产的超高强度抽油杆；超高强度抽油杆；LTVLTV公司生产的公司生产的超高强度抽油杆。超高强度抽油杆。特点：特点：疲劳强度与屈服强度均较高，分别比疲劳强度与屈服强度均较高，分别比API API 高高37%37%与与38.5%38.5%；应力腐蚀的敏感性小，耐腐蚀性好；应力腐蚀的敏感性小，
17、耐腐蚀性好；适应于深井、稠油井和大泵强采井适应于深井、稠油井和大泵强采井minm a x345 38 0 3766.min345 38 0 3766.min型号 许用应力MPaEL I0-260279.4EL II0-260344.96970-345HS0-345 在载荷比在载荷比R R0.10.1，频率，频率20Hz20Hz下，以下，以10106 6循环周次为基循环周次为基数，测得数，测得ELEL级超高强度抽油杆的疲劳强度。级超高强度抽油杆的疲劳强度。型号型号疲劳应力疲劳应力MPaMPaEL IEL I441.0441.0EL IIEL II548.8548.8 对对EL IIEL II型超
18、高强度抽油杆进行现场试验，采用型超高强度抽油杆进行现场试验，采用APIAPI第第8686号杆柱。结果使杆柱总重量减轻了号杆柱。结果使杆柱总重量减轻了1515，光杆峰值载，光杆峰值载荷减小了荷减小了9 9，减速箱平均功率减少了，减速箱平均功率减少了6 6，抽油杆，抽油杆704704天天未断脱。未断脱。 7070年代初期，美国和加拿大使用的年代初期，美国和加拿大使用的EL IEL I型和型和EL IIEL II型超型超高强度抽油杆，已超过高强度抽油杆，已超过60.9660.96万米，失效一直很少。万米，失效一直很少。3) 3) 超高强度抽油杆的现场试验超高强度抽油杆的现场试验 与金属材料相比，玻璃
19、钢制品具有重量轻、抗腐蚀、与金属材料相比，玻璃钢制品具有重量轻、抗腐蚀、疲劳性能好等独特优点，近十几年的开发研究，已成功疲劳性能好等独特优点，近十几年的开发研究，已成功地用玻璃钢材料试制成抽油杆，现场使用证明，玻璃钢地用玻璃钢材料试制成抽油杆，现场使用证明，玻璃钢杆有很大发展潜力。杆有很大发展潜力。 迄今已有多家公司生产玻璃钢抽油杆，其中最具代迄今已有多家公司生产玻璃钢抽油杆，其中最具代表性的是美国表性的是美国FlexFlex公司。公司。 玻璃钢抽油杆是由玻璃钢杆体和两端带外螺纹的钢接头玻璃钢抽油杆是由玻璃钢杆体和两端带外螺纹的钢接头组合而成，如图所示。组合而成，如图所示。 玻璃钢抽油杆结构示
20、意图玻璃钢抽油杆结构示意图11头部；头部；22杆体；杆体；33护套护套 接头内腔由数级锥面组成，利用特殊粘接工艺，使环氧接头内腔由数级锥面组成，利用特殊粘接工艺，使环氧树脂粘接剂牢固地粘在玻璃钢杆体上，形成相应的锥面。服树脂粘接剂牢固地粘在玻璃钢杆体上，形成相应的锥面。服役时靠钢接头内腔与环氧树脂粘接剂的多级锥面承受工作应役时靠钢接头内腔与环氧树脂粘接剂的多级锥面承受工作应力。其结构如图所示。力。其结构如图所示。玻璃钢抽油杆接头结构示意图玻璃钢抽油杆接头结构示意图11外螺纹；外螺纹；22台肩；台肩；33扳手方径；扳手方径；44空腔部分；空腔部分；55护套护套拉挤杆体；拉挤杆体；加工金属接头；加
21、工金属接头； 将两个金属接头粘接到杆体的两端。将两个金属接头粘接到杆体的两端。 杆体是用杆体是用做做，用，用作作，以拉挤方法成型。，以拉挤方法成型。杆体拉挤过程杆体拉挤过程 玻璃纤维通过梳理板后进入浸渍槽，浸渍了树脂的玻璃纤维通过梳理板后进入浸渍槽，浸渍了树脂的玻璃纤维在高频加热炉中预热，然后在模具内成型，最玻璃纤维在高频加热炉中预热，然后在模具内成型，最后由牵引机将固化的玻璃钢杆向外拉。后由牵引机将固化的玻璃钢杆向外拉。 杆头粘接工艺：先在钢接头内孔表面涂一薄层脱膜杆头粘接工艺：先在钢接头内孔表面涂一薄层脱膜剂，并将杆体两端喷砂。预先估计好树脂粘接剂用量，剂，并将杆体两端喷砂。预先估计好树脂
22、粘接剂用量，灌入接头内孔，将杆头插入钢接头内孔。树脂固化在杆灌入接头内孔，将杆头插入钢接头内孔。树脂固化在杆体上，从而完成了钢接头和杆体的粘接。体上，从而完成了钢接头和杆体的粘接。 按杆身直径、最高工作温度和端部接头的级别划分。按杆身直径、最高工作温度和端部接头的级别划分。 例如：例如： 其中：其中：7 78 8杆身直径；杆身直径； 9393最高工作温度；最高工作温度； AA端部接头强度级别，端部接头强度级别，A A级为级为620620 793MPa793MPa，B B级为级为793793 965MPa965MPa。 杆体密度为杆体密度为2.022.02 2.052.0510103 3kg/m
23、kg/m3 3，加上金属接头，加上金属接头其单位长度的重量约为普通钢杆的其单位长度的重量约为普通钢杆的1/31/3。因此采用玻璃。因此采用玻璃钢杆后，可减小抽油机的悬点载荷，降低峰值扭矩和功钢杆后，可减小抽油机的悬点载荷，降低峰值扭矩和功率消耗。率消耗。 D D级杆的弹性模量为级杆的弹性模量为20.8620.8610104 4MPaMPa，而玻璃钢杆，而玻璃钢杆的弹性模量为的弹性模量为4.964.9610104 4MPaMPa，因此玻璃钢抽油杆具有更，因此玻璃钢抽油杆具有更好的弹性。好的弹性。 玻璃钢杆比普通杆具有更低的固有频率。普通抽油玻璃钢杆比普通杆具有更低的固有频率。普通抽油杆的工作频率
24、与固有频率之比杆的工作频率与固有频率之比N/NN/N0 00.51Sp/S1。 机械共振对柱塞冲程的影响机械共振对柱塞冲程的影响 由于玻璃钢杆的刚度由于玻璃钢杆的刚度比普通钢杆小得多，所以比普通钢杆小得多，所以在相同液柱载荷作用下，在相同液柱载荷作用下，玻璃钢杆的无量刚伸长玻璃钢杆的无量刚伸长Fo/SKrFo/SKr比钢杆柱要大得多，比钢杆柱要大得多，减小减小Fo/SKrFo/SKr值有利于提高值有利于提高Sp/SSp/S。因此。因此。玻璃钢杆体抗腐蚀性能好，杆头采用玻璃钢杆体抗腐蚀性能好，杆头采用K K级杆钢，耐腐蚀。级杆钢，耐腐蚀。玻璃钢杆适于在酸性油井玻璃钢杆适于在酸性油井 （含硫化氢、
25、二氧化碳等）中（含硫化氢、二氧化碳等）中使用。使用。 由于玻璃钢杆不能承受轴向压缩载荷，因此一般与由于玻璃钢杆不能承受轴向压缩载荷，因此一般与钢杆组成混合杆柱使用，而且在保证玻璃钢杆不受压力钢杆组成混合杆柱使用，而且在保证玻璃钢杆不受压力的情况下，尽量加大玻璃钢杆在混合杆柱中的比例。的情况下，尽量加大玻璃钢杆在混合杆柱中的比例。 1) 1) 价格贵；价格贵；2) 2) 使用温度不能超过限定温度；使用温度不能超过限定温度；3) 3) 报废杆不能熔化回收利用。报废杆不能熔化回收利用。空心抽油杆是为开采稠油井和结蜡井而研制的。空心抽油杆是为开采稠油井和结蜡井而研制的。 这里只介绍两种典型结构这里只介
26、绍两种典型结构 前苏联空心抽油杆结构如图所示，杆头一端为内螺纹，前苏联空心抽油杆结构如图所示，杆头一端为内螺纹，另一端为外螺纹，组成抽油杆柱时，不需要接箍。另一端为外螺纹，组成抽油杆柱时，不需要接箍。 前苏联空心抽油杆结构图前苏联空心抽油杆结构图1 1、3-3-焊接杆头；焊接杆头；2-2-杆体杆体 奥地利空心抽油杆结构如图所示。外形结构与普通抽奥地利空心抽油杆结构如图所示。外形结构与普通抽油杆相似，需要用接箍将它们连接成抽油杆柱。油杆相似，需要用接箍将它们连接成抽油杆柱。奥地利空心抽油杆结构图奥地利空心抽油杆结构图1-1-焊接杆头；焊接杆头；2-2-杆体杆体161116318311691431
27、871规规 格格杆 体杆 体直直 径径杆 体杆 体壁壁 厚厚 螺 纹螺 纹名 义名 义直直 径径d(in)卸 荷卸 荷槽直槽直 径径 D卸 荷卸 荷槽长槽长 度度 L1扳 手扳 手方 径方 径长度长度 L4扳 手扳 手方 径方 径宽度宽度 S空心抽油杆长空心抽油杆长度度 L常常 规规抽抽 油油 杆杆短 抽短 抽油油 杆杆KG2222423.2418383480007500710010001600200025003100KG2525426.4238KG28284.531.1741KG3232535.9246KG36365.540.6850KG4040643.6858 由空心圆管制成，成本较高，具
28、有降低抽油机悬点载荷、节由空心圆管制成，成本较高，具有降低抽油机悬点载荷、节能等优点。能等优点。 除传递动力外，还可以通过其内孔加入各种化学剂等降低原除传递动力外，还可以通过其内孔加入各种化学剂等降低原油的粘度，有助于改善井筒中原油的流动性质。降低原油的油的粘度，有助于改善井筒中原油的流动性质。降低原油的粘度，清除油井结蜡。粘度，清除油井结蜡。 和无管泵配套使用，使原油从空心抽油杆的内孔流出，空心和无管泵配套使用，使原油从空心抽油杆的内孔流出，空心抽油杆既起抽油杆的作用，又起油管的作用。抽油杆既起抽油杆的作用，又起油管的作用。 空心抽油杆的流道小，流速快，不易沉积砂粒，适用于含砂空心抽油杆的流
29、道小，流速快，不易沉积砂粒，适用于含砂油井油井 。 空心杆抗扭能力比普通杆大，适用于驱动井下螺杆抽油泵。空心杆抗扭能力比普通杆大，适用于驱动井下螺杆抽油泵。 便于向井中安装各种控制器。便于向井中安装各种控制器。 适用于高含蜡井、稠油井、小井眼井、套管变形井、带动螺适用于高含蜡井、稠油井、小井眼井、套管变形井、带动螺杆泵。杆泵。 油套环空化学或稀油降粘工艺管油套环空化学或稀油降粘工艺管( (杆杆) )柱结构示意图柱结构示意图 1 1掺液器；掺液器；2 2深井泵；深井泵；3 3封隔器封隔器泵上泵上降粘降粘 泵下降粘泵下降粘空心杆化学或稀油降粘工艺管（杆）结构示意图空心杆化学或稀油降粘工艺管（杆）结
30、构示意图11化学剂入；化学剂入；22空心抽油杆；空心抽油杆；33油管；油管；44抽油泵；抽油泵；55环流泵环流泵p空心抽油杆既当抽油杆，又当油管时，必须与相空心抽油杆既当抽油杆，又当油管时，必须与相应的深井泵相匹配，才能得到合理使用。应的深井泵相匹配，才能得到合理使用。p在制造过程中必须解决杆体与杆头的连接质量和在制造过程中必须解决杆体与杆头的连接质量和同心度问题。同心度问题。 电热抽油杆电热抽油杆：是在抽油杆轴向上的孔内装有电阻加热元件。是在抽油杆轴向上的孔内装有电阻加热元件。 电热抽油杆的种类电热抽油杆的种类：一种是输入直流电产生电阻热的直流电热杆（简称一种是输入直流电产生电阻热的直流电热
31、杆（简称直流杆）；直流杆）；另一种是输入交流电产生集肤效应热的交流电热杆另一种是输入交流电产生集肤效应热的交流电热杆（简称交流杆）（简称交流杆） 两种杆的异同点两种杆的异同点：两种杆的基本功能相同，都是用于开采原油时加热两种杆的基本功能相同，都是用于开采原油时加热升温；升温；结构相似，都是在钢杆中穿入电阻元件（直流杆）结构相似，都是在钢杆中穿入电阻元件（直流杆）或电缆（交流杆），底部短路，上部在钢管和电热或电缆（交流杆），底部短路，上部在钢管和电热元件之间加电源，使电热杆发热。元件之间加电源，使电热杆发热。 作用作用：降粘、防止结蜡。：降粘、防止结蜡。电热杆加热降粘 电热杆的长度和每电热杆的长
32、度和每米加热功率对井筒温度米加热功率对井筒温度分布和降粘效果有较大分布和降粘效果有较大影响影响。 图 3 电热杆加热 产出液 电热杆泵上加热电热杆泵上加热 电热杆过泵加热电热杆过泵加热电热杆加热结构示意图电热杆加热结构示意图 11电热杆；电热杆；22油管；油管；33抽油泵；抽油泵；44环流泵；环流泵；55泵下电热杆泵下电热杆 电热杆之间连接结构如图所示。在每根抽油杆的内孔电热杆之间连接结构如图所示。在每根抽油杆的内孔中安装有电阻加热元件。为避免电阻加热元件与抽油杆直中安装有电阻加热元件。为避免电阻加热元件与抽油杆直接接触，在电阻丝周围包有电绝缘体。为使组成杆柱的相接接触，在电阻丝周围包有电绝缘
33、体。为使组成杆柱的相邻抽油杆中的电阻丝连接起来，在接箍的中心安装有轴向邻抽油杆中的电阻丝连接起来，在接箍的中心安装有轴向电导元件，从而使相邻抽油杆中的电阻丝相连。该电导元电导元件，从而使相邻抽油杆中的电阻丝相连。该电导元件利用绝缘体置于轴向位置，这样既可以使电阻丝连接起件利用绝缘体置于轴向位置，这样既可以使电阻丝连接起来，又可以与接箍和抽油杆相隔开。来，又可以与接箍和抽油杆相隔开。电热抽油杆连接结构图电热抽油杆连接结构图 形成回路的终端结构如图所示。一根电缆线与抽油杆的电阻形成回路的终端结构如图所示。一根电缆线与抽油杆的电阻丝相连，另一根电缆线与光杆的外表相连，而每根抽油杆的外表丝相连，另一根
34、电缆线与光杆的外表相连，而每根抽油杆的外表是相连的，所以需要有一种装置使连接电阻丝的电缆线与连接抽是相连的，所以需要有一种装置使连接电阻丝的电缆线与连接抽油杆外表的电缆线相连才能构成回路。整体式电导体装置把电阻油杆外表的电缆线相连才能构成回路。整体式电导体装置把电阻丝与接箍连接起来构成回路。丝与接箍连接起来构成回路。 电热抽油杆形成回路的终端结构图电热抽油杆形成回路的终端结构图 连续抽油杆是用连续的圆钢制成的，没有抽油杆接箍，连续抽油杆是用连续的圆钢制成的，没有抽油杆接箍，从而减少了抽油杆丝扣连接所引起的事故，加速了起下操从而减少了抽油杆丝扣连接所引起的事故，加速了起下操作业过程，也减小了抽油
35、杆与油管间的摩擦及流体流动的作业过程，也减小了抽油杆与油管间的摩擦及流体流动的阻力。阻力。 连续抽油杆的规格如下表所示。连续抽油杆的规格如下表所示。规规 格格mmmm编编 号号重重 量量N/mN/m横截面横截面积积mmmm2 2短轴半短轴半径径0.50.5mmmm长轴半长轴半径径0.50.5mmmm26.9826.9825.4025.4029.3029.3022.2022.2020.6320.6319.0519.057#7#6#6#5#5#4#4#3#3#2#2#44.044.039.039.034.334.329.8929.8925.7725.7721.9521.95572572507507
36、44544538838833533528528535.635.632.332.329.729.725.425.424.124.122.922.918.918.918.818.818.518.518.518.516.516.515.215.2连续抽油杆的规格表连续抽油杆的规格表 根据调查，普通抽油杆连接部分失效，占抽油杆总失根据调查，普通抽油杆连接部分失效，占抽油杆总失效数的效数的60%60% 80%80%。抽油杆能消除螺纹连接从根本上解决这。抽油杆能消除螺纹连接从根本上解决这一问题。一问题。 普通抽油杆在油管中工作时，由于井身轨迹等原因会造普通抽油杆在油管中工作时，由于井身轨迹等原因会造成抽油
37、杆柱与油管发生接触。通常接触只发生在接箍与油成抽油杆柱与油管发生接触。通常接触只发生在接箍与油管之间，这样抽油杆柱对油管的正压力集中作用在接箍上，管之间，这样抽油杆柱对油管的正压力集中作用在接箍上，造成接触部分磨损加剧造成接触部分磨损加剧 。 从油管横截面看，由于接箍与油管内表面是点接触，这从油管横截面看，由于接箍与油管内表面是点接触，这更加剧了磨损。而连续抽油杆的横截面为半椭圆形更加剧了磨损。而连续抽油杆的横截面为半椭圆形, ,曲率半径曲率半径为为38.1mm38.1mm，而任何油管的内径均小于，而任何油管的内径均小于76.2mm76.2mm。因此。因此, , 如图。连续抽油杆与油管如图。连
38、续抽油杆与油管的接触面积可能为普通抽油杆的的接触面积可能为普通抽油杆的100100 150150倍，所以其对油管倍，所以其对油管磨损的严重程度也远小于普通抽油杆。磨损的严重程度也远小于普通抽油杆。 连续抽油杆在油管中的接触情况连续抽油杆在油管中的接触情况 连续抽油杆柱的重量比相应普通杆柱减小连续抽油杆柱的重量比相应普通杆柱减小8%8% 10%10%。 由于连续抽油杆没有接箍，每口井所用的为一根连续抽由于连续抽油杆没有接箍，每口井所用的为一根连续抽油杆柱，劳动强度大大降低。油杆柱，劳动强度大大降低。 普通杆杆体上结蜡很少，而多发生在接箍周围。这是由普通杆杆体上结蜡很少，而多发生在接箍周围。这是由
39、于接箍周围区域压力降低，且会导致气体析出，使这个区域于接箍周围区域压力降低，且会导致气体析出，使这个区域被冷却而结蜡。而连续抽油杆没有接箍，且表面又喷镀了一被冷却而结蜡。而连续抽油杆没有接箍，且表面又喷镀了一层层3M2053M205号溶性环氧树脂涂料，更利于除蜡。号溶性环氧树脂涂料，更利于除蜡。 由于连续抽油杆取消了接箍，使杆、管环空截面积增大由于连续抽油杆取消了接箍，使杆、管环空截面积增大，因而减小了流体的流动阻力。，因而减小了流体的流动阻力。p运输困难运输困难 装有连续抽油杆卷盘的拖车高装有连续抽油杆卷盘的拖车高4.58m4.58m，宽，宽3.66m3.66m，由于铁路隧道高度有限，有些公
40、路路面狭窄，因此铁由于铁路隧道高度有限，有些公路路面狭窄，因此铁路和公路运输都比较困难。路和公路运输都比较困难。p焊缝局部热处理质量有待进一步提高焊缝局部热处理质量有待进一步提高 无论是在制造厂，还是在现场焊接时，都必须对无论是在制造厂，还是在现场焊接时，都必须对焊缝进行局部热处理，由于局部加热而引起的过渡区焊缝进行局部热处理，由于局部加热而引起的过渡区金相组织的变化，会降低疲劳性能。因此，要进一步金相组织的变化，会降低疲劳性能。因此，要进一步提高局部热处理的质量。提高局部热处理的质量。 具有代表性的柔性抽油杆是具有代表性的柔性抽油杆是。钢丝绳抽油。钢丝绳抽油杆是由多根高强度的钢丝作成的一根单
41、根钢丝绳。断面如图杆是由多根高强度的钢丝作成的一根单根钢丝绳。断面如图所示。所示。柔性抽油杆柔性抽油杆 （钢丝绳抽油杆）的特点：（钢丝绳抽油杆）的特点： 接头少，可消除常规抽油杆接头的断脱事故接头少，可消除常规抽油杆接头的断脱事故钢丝绳可连续起下，减少修井作业的时间与工作量钢丝绳可连续起下，减少修井作业的时间与工作量钢丝绳本身缺少稳定刚性，易变形与弯曲，配适当钢丝绳本身缺少稳定刚性，易变形与弯曲，配适当加重杆可使抽油杆在常拉力工况下工作加重杆可使抽油杆在常拉力工况下工作由于钢丝绳结构关系，需专门设计井口密封装置由于钢丝绳结构关系，需专门设计井口密封装置 带状抽油杆是一种由石墨复合材料制成的抽油
42、杆。带状抽油杆是一种由石墨复合材料制成的抽油杆。 带状抽油杆没有接头，这样可减少由于接头所引起的杆柱带状抽油杆没有接头，这样可减少由于接头所引起的杆柱断脱现象。断脱现象。带状抽油杆材料的许用应力很高，这样就可大幅度减轻抽带状抽油杆材料的许用应力很高，这样就可大幅度减轻抽油杆自身重量，（油杆自身重量，（15.2m15.2m不足不足68Kg)68Kg)从而降低了抽油设备的从而降低了抽油设备的工作载荷和能耗。工作载荷和能耗。连续的带状抽油杆可绕在直径连续的带状抽油杆可绕在直径2.43m2.43m的卷筒上，便于装卸、的卷筒上，便于装卸、运输和起下作业。运输和起下作业。耐腐蚀，使用寿命长耐腐蚀，使用寿命
43、长抗疲劳强度高，提高了泵抽深度抗疲劳强度高，提高了泵抽深度 铝合金抽油杆的接头，采用与铝电势相近的不锈钢，铝合金抽油杆的接头，采用与铝电势相近的不锈钢，以防止电化学腐蚀。铝合金抽油杆具有以下优点：以防止电化学腐蚀。铝合金抽油杆具有以下优点： (1) (1) 重量轻，仅为钢质抽油杆的三分之一；重量轻，仅为钢质抽油杆的三分之一； (2) (2) 抗盐水、硫化氢、二氧化碳等介质的腐蚀能力是钢抗盐水、硫化氢、二氧化碳等介质的腐蚀能力是钢质抽油杆的质抽油杆的3535倍。倍。 KDKD级抽油杆既有级抽油杆既有D D级抽油杆的强度，又有级抽油杆的强度，又有K K级抽油杆级抽油杆耐腐蚀性能。所以耐腐蚀性能。所
44、以KDKD级抽油杆可用于负荷较大且具有腐蚀级抽油杆可用于负荷较大且具有腐蚀性的油井性的油井。具有抗腐蚀和疲劳性能；具有抗腐蚀和疲劳性能；适用于强化采油和含适用于强化采油和含COCO2 2较多的油井上使用较多的油井上使用 前苏联研制。两种材料制造，接头易损坏，采用高级前苏联研制。两种材料制造，接头易损坏，采用高级合金材料，抽油杆本体采用合金材料，抽油杆本体采用4545号钢，两者利用摩擦焊实号钢，两者利用摩擦焊实现焊接连接，强度高，没有气孔等缺陷，大大提高使用现焊接连接，强度高，没有气孔等缺陷，大大提高使用寿命。寿命。第第2 2章章 抽油杆抽油杆 产品丧失其规定功能的现象称为产品丧失其规定功能的现
45、象称为。 疲劳断裂一般总是起源于构件的表疲劳断裂一般总是起源于构件的表层，由于表层的材料缺陷、尺寸和几何形状的变化引起应层，由于表层的材料缺陷、尺寸和几何形状的变化引起应力集中，而形成裂纹并不断扩展，直到剩余的材料不再能力集中，而形成裂纹并不断扩展，直到剩余的材料不再能承担应力或应变而突然发生断裂。承担应力或应变而突然发生断裂。、以及以及。 （1 1）在工作时，抽油杆柱在油管中上下往复运动，上）在工作时，抽油杆柱在油管中上下往复运动，上行时整个杆柱全部承受拉应力，但应力分布是由上至下行时整个杆柱全部承受拉应力，但应力分布是由上至下逐渐增大，靠自重下行时，杆柱下部又出现压应力，而逐渐增大，靠自重
46、下行时，杆柱下部又出现压应力，而在杆柱在杆柱以上仍为拉应力，但此时的拉应力远远小以上仍为拉应力，但此时的拉应力远远小于上行程时的拉应力，因此，于上行程时的拉应力，因此，抽油杆柱在工作时，上部抽油杆柱在工作时，上部杆柱承受的是忽大忽小的脉动应力，而下部杆柱主要承杆柱承受的是忽大忽小的脉动应力，而下部杆柱主要承受交变应力。受交变应力。（2 2）当油稠、泵径大、下行速度快时，下行阻力会很）当油稠、泵径大、下行速度快时，下行阻力会很大，需要很长的抽油杆柱自重才能克服这一阻力。细长大，需要很长的抽油杆柱自重才能克服这一阻力。细长的抽油杆在自重作用下，将会产生多次弯曲，使这部分的抽油杆在自重作用下，将会产
47、生多次弯曲，使这部分抽油杆工作条件更加恶化，有可能在工作中首先疲劳破抽油杆工作条件更加恶化，有可能在工作中首先疲劳破坏。另外，杆柱在上下运动时还会产生与油管壁的摩擦坏。另外，杆柱在上下运动时还会产生与油管壁的摩擦阻力。阻力。（1 1）：包括钢材的化学成分、冶炼质量、轧：包括钢材的化学成分、冶炼质量、轧制质量等制质量等（2 2）：主要包括锻造、热处理和干头机加工质：主要包括锻造、热处理和干头机加工质量的影响量的影响（3 3）：抽油杆各个截面承受的应力水平和应力幅：抽油杆各个截面承受的应力水平和应力幅度的影响度的影响（4 4）：抽油井中的腐蚀主要有氧、硫化氢、：抽油井中的腐蚀主要有氧、硫化氢、二氧
48、化碳和微生物腐蚀二氧化碳和微生物腐蚀 抽油杆及其接箍的失效类型有两种：一种是抽油杆及其接箍的失效类型有两种：一种是；另；另一种是一种是。 抽油杆断裂主要是疲劳断裂。抽油杆断裂主要是疲劳断裂。通通常是在外螺纹接头、扳手方颈、锻造热影响区和杆体。常是在外螺纹接头、扳手方颈、锻造热影响区和杆体。大多数是从内部与外螺纹接头第一个完整螺大多数是从内部与外螺纹接头第一个完整螺纹相重合的地方开始，也有发生在外表面的磨损、凹坑、纹相重合的地方开始，也有发生在外表面的磨损、凹坑、刻痕处或扳手平面的圆角处。刻痕处或扳手平面的圆角处。a.a.螺纹根部疲劳断裂螺纹根部疲劳断裂 b.b.扳手方径疲劳断裂扳手方径疲劳断裂
49、 c.c.热影响区疲劳断裂热影响区疲劳断裂 d.d.扳手平面圆角处断裂扳手平面圆角处断裂e.e.严重磨损的抽油杆和接箍严重磨损的抽油杆和接箍 抽油杆及其接箍的断裂部位抽油杆及其接箍的断裂部位 1)1)预紧力过大或不足；预紧力过大或不足； 2)2)材料缺陷或热处理质量不符合要求；材料缺陷或热处理质量不符合要求； 3)3)螺纹加工质量差；螺纹加工质量差； 4)4)台肩侧面与接箍端面接触不紧密，流入井液，引起腐蚀；台肩侧面与接箍端面接触不紧密，流入井液，引起腐蚀； 5)5)抽汲载荷超载。抽汲载荷超载。 1)1)由锻造缺陷引起，主要是折叠和裂纹；由锻造缺陷引起，主要是折叠和裂纹； 2)2)扳手方径两端
50、过度圆角太小，引起应力集中；扳手方径两端过度圆角太小，引起应力集中； 3)3)机械损伤。机械损伤。 1)1)晶粒粗大，表面存在残余拉应力；晶粒粗大，表面存在残余拉应力； 2)2)锻造后在热影响区的杆体上有压痕或局部直径变小；锻造后在热影响区的杆体上有压痕或局部直径变小； 3)3)锻造加热温度太高，产生过热组织；锻造加热温度太高，产生过热组织； 1)1)由于制造、运输和储存过程引起弯曲；由于制造、运输和储存过程引起弯曲； 2)2)使用过程中造成的杆体弯曲；使用过程中造成的杆体弯曲； 3)3)材料缺陷或热处理质量不符合要求；材料缺陷或热处理质量不符合要求； 4)4)表面刻痕、凹坑引起应力集中；表面
