[發明專利]一種機械強扭式柱塞旋轉器

有效

• 申請號: 201310427159.7
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103452834A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 鄭瑞波;夏志剛;劉培厚;張煒;賀春;謝義華;鄧衛東;易湘粵
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化江漢油田分公司江漢采油廠
• 主分類號: F04B53/14
• 分類號: F04B53/14;F04B47/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明屬于石油工業中抽油機井有桿泵機械采油桿柱防偏磨技術領域，具體涉及一種具有防止抽油泵柱塞或者下部抽油桿柱偏磨功能的機械強扭式柱塞旋轉器。

背景技術

在抽油機工作過程中，上沖程時整個抽油桿柱自下而上始終承受拉力作用，桿柱末端，即抽油泵柱塞承受拉力最小，桿柱頂端，即井口光桿懸點承受拉力最大。下沖程時由于桿柱受與運動方向相反的摩擦力、浮力，柱塞摩擦力，以及井液流經凡爾產生的局部阻力等綜合作用，當下部桿柱重力無法抵消向上的阻力時，桿柱上將產生中和點，桿柱在該點處軸向力為零，中和點以上部分桿柱承受拉力，中和點以下部分桿柱承受壓力，桿柱末端，即抽油泵柱塞承受壓力最大，桿柱頂端，即井口光桿懸點承受拉力最大。中和點的存在，尤其是在斜井、深井中，使得中和點以下部分抽油桿柱，即中和點位置至柱塞長度范圍內的桿柱容易發生失穩彎曲，由此造成的這部分桿柱偏磨不僅會導致抽油桿在接箍處發生斷脫，而且也會使偏磨桿柱對應位置的油管發生磨損漏失。

再者，對于短柱塞抽油泵而言，由于連接柱塞的最后一根抽油桿，即滑桿在工作過程中要隨柱塞進入泵筒內，其外徑一般較細，剛度較弱，且不能安裝抽油桿扶正器。為了緩解下部桿柱偏磨對機采系統造成的危害，傳統工藝上采用抽油桿柱底部加重技術，即，中和點或中和點以上十幾米范圍內至底部滑桿之間范圍內的抽油桿柱采用較大外徑實芯鋼制抽油桿或較大密度金屬抽油桿，并在適當位置安裝一定量的抽油桿扶正器，這在一定程度上起到了減輕底部桿柱偏磨危害的作用。然而，由于受抽油泵泵徑過流、泵型結構的限制，滑桿相對其上部的加重桿外徑較細、剛度較弱，且不能安裝抽油桿扶正器，又由于下沖程時滑桿和柱塞承受著最大的壓力，所以，滑桿將產生最大的屈曲變形，由此容易引起滑桿磨損泵筒內壁，從而增大柱塞與泵筒的間隙漏失量。滑桿的周期性壓力屈曲與拉力伸長也會引起其與柱塞上凡爾罩螺紋連接的松動，從而增大該處脫扣的幾率。

另外，滑桿受壓變形后，由于泵筒和油管內壁的約束限制，將對底部柱塞形成以滑桿底端，即柱塞上凡爾罩螺紋連接處為支點的彎扭力矩。又由于油井并非是理想直井，往往都具有一定的斜度，抽油泵下深位置，即泵深處所在井段的井斜將使抽油泵始終保持在傾斜狀態下工作。柱塞的斜置，再加之壓力作用下滑桿對柱塞上凡爾罩形成的彎扭力矩，將使柱塞上凡爾罩在下沖程時受力惡化，加大柱塞上凡爾罩向一側彎曲變形的趨勢。這樣，在柱塞上凡爾罩彎向的一側，將增大柱塞與泵筒間的摩擦力，從而形成柱塞的單邊偏磨現象，而由于泵筒對柱塞密封段形成約束支承導向作用，柱塞的單邊偏磨現象主要反映在柱塞上不起密封作用、外徑比密封段小、具有周向出液口、結構強度相對較弱的上凡爾罩上。柱塞的單邊偏磨不僅會刮傷泵筒內壁，降低間隙密封性能，增大抽油泵的漏失量，而且，磨損下來的碎金屬屑，裹夾在井液中的泥砂中，極易造成卡泵。另一方面，抽油泵從柱塞上凡爾罩處斷裂的井次一直占據油井維護作業總井次的較大比重，而統計泵斷井次發現，有八成至九成的泵斷井次在柱塞上凡爾罩斷口處及其附近有嚴重偏磨現象。分析主要原因，一方面是，柱塞上凡爾罩處偏磨后，承載截面積減小；另一方面是，下沖程時柱塞上凡爾罩受滑桿壓力向一側微彎曲，而上沖程時受滑桿拉力又向反方向伸直或呈反方向微彎曲趨勢，如此周而復始的拉壓彎扭循環作用，極易造成柱塞上凡爾罩的金屬疲勞，而表面偏磨所造成的劃傷溝槽則形成了疲勞源，疲勞源處微觀裂紋的逐漸擴大最終導致抽油泵從柱塞上凡爾罩處發生斷裂失效。

抽油桿柱底部加重并配套扶正器扶正技術可以在一定程度上緩解中和點至滑桿間桿柱的偏磨，但是滑桿自身的偏磨，以及由滑桿壓力形成的柱塞偏磨卻得不到有效解決。目前，有一種安裝在井口光桿上的抽油桿旋轉器，它利用一端連接在自身搖桿上，一端連接在抽油機驢頭上的鏈條傳遞動力，依靠驢頭運動至下死點時拉緊鏈條并掰動搖桿，進而靠搖桿聯動的旋轉器內部裝置將包括上至光桿，下至柱塞在內的整個抽油桿柱旋轉一定角度，達到抽油桿柱整體防偏磨的效果。但是，由于抽油機井懸點負荷一般較大，實際生產中，最高可超過120kN，而且，斜井、大斜度井，甚至是水平井越來越多。而從抽油桿旋轉器的實際應用效果來看，其對懸點負荷在80kN以下，且抽油桿柱所處井段最大井斜不超過30°的油井效果較明顯，即該種抽油桿旋轉器無法滿足懸點負荷在80kN以上的直井或泵深范圍內井斜在30°以上的斜井的抽油桿柱防偏磨的需要。而處于中后期開發的油田隨著深抽挖潛、強采提液的需要，斜井、深井、超深井等高懸點負荷油井所占的比例越來越大。這類油井由于泵深較深、井斜較大，中和點以下桿柱的失穩偏磨以及抽油泵柱塞上凡爾罩處的偏磨、斷裂失效等故障急需要解決。