[發(fā)明專利]金屬鎧裝纖維增強復合連續(xù)抽油桿

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• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113090198A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建功;張銳
• 申請（專利權(quán)）人: 大慶市匯成科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: E21B17/00
• 分類號: E21B17/00;E21B17/02;E21B17/043;E21B17/10
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本發(fā)明公開了金屬鎧裝纖維增強復合連續(xù)抽油桿，包括抽油桿主體和接頭，所述抽油桿主體包括心部和包圍所述心部的金屬鎧裝防護層，所述接頭設(shè)置在所述抽油桿主體的端部，所述心部由樹脂基纖維增強復合材料構(gòu)成，所述接頭為機械鎖定式接頭或粘接式接頭，所述機械鎖定式接頭通過機械鎖定的方式與所述抽油桿主體相連，所述粘接式接頭通過粘接的方式與所述抽油桿主體相連，機械鎖定式接頭包括內(nèi)套筒、頂桿和外套筒，所述粘接式接頭包括接頭主體和粘合劑。本發(fā)明提供的金屬鎧裝纖維增強復合連續(xù)抽油桿連接牢固不易松脫，密封效果好，抗拉強度高，實用性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油開采技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及金屬鎧裝纖維增強復合連續(xù)抽油桿。

背景技術(shù)

有桿泵采油技術(shù)是當前國內(nèi)外應用最廣泛的機械采油技術(shù)。抽油桿是桿泵采油系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。

傳統(tǒng)的鋼質(zhì)抽油桿由特種鋼材制成并采用分段式不連續(xù)構(gòu)造，每段(根)抽油桿的長度為7至9米。這種抽油桿主要存在如下缺點：(1)鋼材的密度高，拉伸強度較低——這不僅導致應用抽油桿的過程中的能耗增加，而且由于抽油桿自身的重量和拉伸強度的限制，抽油桿的最大使用深度小于2500米；(2)這種鋼材不耐酸、堿、硫化氫等物質(zhì)的腐蝕；(3)在使用抽油桿時，每根抽油桿之間以接箍連接，進而由多根抽油桿串接形成抽油桿柱，由此方能與地下數(shù)百米至數(shù)千米深處的抽油泵相連——這導致抽油桿柱易磨損斷脫，現(xiàn)場安裝作業(yè)量大，并且操作者的勞動強度高；(4)每個接箍的長度為150毫米左右，接箍的直徑比抽油桿的直徑大，結(jié)果，當抽油桿柱在油管內(nèi)上下運動時，接箍與油管內(nèi)壁之間會發(fā)生磨擦，這極易導致接箍和/或油管壁磨損，進而導致抽油桿柱斷脫或油管壁磨漏，尤其在斜井、水平井、深井和稠油井中更容易發(fā)生上述事故。

現(xiàn)有技術(shù)中還存在由玻璃鋼制成的抽油桿。這種抽油桿也采用分段式不連續(xù)構(gòu)造，每段(根)抽油桿的長度為7至9米，抽油桿的兩端都粘接有金屬接頭，以便與外部部件連接。這種抽油桿主要存在如下缺點：(1)在使用抽油桿時，每根抽油桿之間以接箍連接，進而由多根抽油桿串接形成抽油桿柱，由此方能與地下數(shù)百米至數(shù)千米深處的抽油泵相連——這導致現(xiàn)場操作者的勞動強度增大；(2)接箍處容易發(fā)生磨損或斷脫，油管壁容易磨漏；(3)抽油桿對側(cè)向力和軸向力的抵抗性差，拉伸強度和疲勞強度低。

現(xiàn)有技術(shù)中還存在由碳纖維復合材料制成的連續(xù)柔性帶狀抽油桿。由于受當時的樹脂的柔韌性的限制，所以為了滿足抽油桿桿體的盤繞半徑的要求，只好將抽油桿桿體的橫截面做成扁方形(即，抽油桿整體上呈帶狀)。然而，這會導致如下缺點：(1)因為抽油桿桿體的寬面方向單薄，所以它對垂直于寬面的徑向力的抵抗性差，容易發(fā)生彎曲并斷裂；(2)當對抽油桿桿體的寬面施力不均時，容易產(chǎn)生縱向撕裂；(3)當對抽油桿桿體施加軸向力時，抽油桿桿體容易向?qū)捗娣较虻囊粋?cè)彎曲而發(fā)生折斷。另外，復合材料與金屬材料的連接問題一直是世界性的技術(shù)難題，特別是對由纖維復合材料制成的幾百米甚至幾千米的連續(xù)柔性抽油桿而言，全憑位于抽油桿桿體端部的十幾厘米長的結(jié)合部來與金屬接頭相連，而結(jié)合部通常要承受幾十噸力的動態(tài)拉力，因而實現(xiàn)起來技術(shù)難度很大——這也是抽油桿能否可靠地應用的關(guān)鍵。另外，由于這種抽油桿桿體的機械力學性能可能具有各向異性，所以抽油桿的與金屬接頭相連的結(jié)合部的可靠性可能會降低很多。由于抽油桿桿體與金屬接頭相結(jié)合的部位是應力最集中的部位，所以當抽油桿桿體發(fā)生擺動或振動時，該部位最容易受損——由碳纖維復合材料制成的連續(xù)柔性帶狀抽油桿更是如此。通過多年的現(xiàn)場應用，證明：由碳纖維復合材料制成的連續(xù)柔性帶狀抽油桿桿體的承載功能單一，機械力學性能及其與金屬接頭連接后的可靠性都很差。結(jié)果，這種抽油桿遠不能滿足當前油田開采的使用要求，進而導致它的使用范圍有限。

現(xiàn)有技術(shù)中還存在柔性電伴熱抽油桿。這種抽油桿的電加熱材料為無氧銅線。無氧銅線位于抽油桿桿體的中心并包覆有絕緣層，抽油桿的外層包覆有用作承載主體的鋼絲繩層。這種抽油桿主要存在如下缺陷：(1)作為承載主體的鋼絲繩層在承載之后伸長率增大，致使抽油泵的效率降低；(2)鋼絲繩層不耐磨損，使用壽命短——只要磨斷一根鋼絲，鋼絲繩層便整體報廢；(3)無氧銅線的電導率高，但電熱轉(zhuǎn)換效率低，因而不適合用作電熱轉(zhuǎn)換體。因此，這種抽油桿的工業(yè)實用性不高。