专利名称：复合功能单元抽油杆柱的制作方法
技术领域：
-.
本发明涉及一种油田采油机械，尤其是一种复合功能单元抽油杆
柱
背景技术：
随着油田的不断开采，原油产量逐年下降，低产量油井在不断增 加，为了适应低产能油井的生产，就要对现有抽油机的结构进行改进， 现有的油油杆为硬直杆，几十根甚至上百根抽油杆由接箍连接，长期 承受载荷以及振动冲击等，往往发生脱扣和断裂等现象，占杆柱失效 的50%以上，因而接箍是钢性抽油杆的最弱环节。另外，接箍直径比 抽油杆直径大，在抽油过程中易产生活塞效应，耗能大、易结蜡，并 且大量接箍导致起下作业慢、效率低。以柔性抽油杆(钢丝绳)代替传 统的抽油杆，减少了耗能。但是，现有的抽油机上的抽油杆为钢质杆， 依靠其自身的重量及强度可实现抗拉、助推功能及欠载、过载保护，
而柔性杆的耐用性差，存在很多问题 一是本身不能抗压、难以推动 泵柱塞下行；二是泵柱塞发生卡阻事故时造成杆柱欠载、过载时保护 问题无法解决；三是解决偶然发生卡阻时的自解卡问题。
发明内容
为了解决现有的倍程抽油机柔性抽油杆抗拉、助推的效果差及欠 载、过载保护不可靠的问题，本发明提供了一种复合功能单元抽油杆 柱，该复合功能单元抽油杆柱具有重量轻、耗能少、效率高的特点， 并且由于其功能分节实现，动作可靠。
本发明的技术方案是 一种复合功能单元抽油杆柱，包括防掉短 节、抽油杆短节，抽油杆短节下部连接两端分别有圆销接头及鸡心环 的柔性抽油杆，圆销接头下部连接两端有变径接头的三级加重杆，变 径接头下部连接两端分别连接有圆销接头及鸡心环的碳纤维绳，碳纤 维绳下部通过接头连接多级伸縮链及两端有变径接头的二级加重杆， 二级加重杆下部螺纹连接击振器，击振器下端依次螺纹连接一级加重 杆、柱塞短节、柱塞。本发明具有如下有益效果由于采取上述方案，该复合功能单元 抽油杆柱重量轻、耗能少、效率高，并且由柔性抽油杆、加重杆分别 实现抗拉、助推功能；碳纤维绳为过载保护单元，其抗拉能力为全杆
柱中最弱的一环，当井下发生严重卡阻，杆柱拉力达到一定的临界最 大拉力时，这一部分先行拉断，保护其它部分不受损，起到过载保护
的功能，并且当碳纤维绳拉断时，其剩余部分可用来打捞；多级伸縮 链为欠载保护单元，当泵柱塞偶尔发生下行卡阻时，多节链重叠，保 证其上部的抽油杆能够正常下行，避免钢丝绳受压或折叠损坏，实现 欠载保护；当井下泵柱塞下行遇卡而速度变慢时，击振器连同其上部 的二级加重杆一起对下部的一级加重杆产生类似锤击的冲击作用，之 后形成复合加重助推作用，从而多数卡阻能够自行解卡。由于复合功 能单元抽油杆柱功能分解，因而动作可靠。
附图1是本发明的结构示意附图2是本发明附图1中长节距链8的结构示意图中1-泵柱塞，2-柱塞短节，3-—级加重杆，4-击振器，5-二
级加重杆，6-变径接头，7-扁销接头，8-多级伸缩链，9-接箍，10-
圆销接头，11-鸡心环，12-碳纤维绳，13-三级加重杆，14-柔性抽油
杆，15-抽油杆短节，16-防掉短节，17-密封体。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步说明
由图1所示， 一种复合功能单元抽油杆柱，其基本功能是做往复 运动从而带动井下泵柱塞1抽油运动，包括密封体17及与其连接的 防掉短节16、抽油杆短节15，抽油杆短节15的作用是调整泵柱塞1 的工作位置。抽油杆短节15下部连接两端分别有圆销接头10及鸡心 环11的柔性抽油杆14，柔性抽油杆14为钢丝绳复合材料，取代了 原有的抽油杆，具有重量轻、抗拉的功能；圆销接头10下部连接两 端有变径接头6的三级加重杆13，三级加重杆13的功能是使柔性抽 油杆14始终处于受拉状态；变径接头6下部连接两端分别连接有圆 销接头10及鸡心环11的强力碳纤维绳12，碳纤维绳12是复合功能 单元抽油杆柱中的过载保护单元，其抗拉能力为全部复合功能单元抽
4油杆柱中最弱的一环，当井下发生严重卡阻，杆柱拉力达到一定的临 界最大拉力时，这一部分先行拉断，保护其它部分不受损，起到过载 保护的功能，并且当碳纤维绳12拉断时，其剩余部分可用来打捞；
碳纤维绳12下部通过接头(IO， 7)连接多级伸縮链8，圆销接头10 及扁销接头7之间通过接箍9连接，多级伸縮链8是复合功能单元抽 油杆柱中的欠载保护单元，为长节距链，当井下泵柱塞l偶尔发生下 行卡阻时，多节链重叠，保证其上部的抽油杆能够正常下午，避免钢 丝绳受压或折叠损坏，实现欠载保护，欠载状态消失后，恢复原来传 递和连接作用；多级伸縮链8下端通过扁销接头7及变径接头6连接 二级加重杆5， 二级加重杆5下部螺纹连接击振器4，击振器4可通 过锤击产生瞬间巨大向下的冲击力，实现解卡；击振器4下端依次螺 纹连接一级加重杆3、柱塞短节2、柱塞1， 一级加重杆3在正常工 作时起到推动泵柱塞1下行的助推作用。
柔性抽油杆14是复合功能单元抽油杆柱的主要部分，大约占整 个抽油杆柱长度的90%，把地面抽油机上下往复运动传递到抽油泵柱 塞，带动抽油泵柱塞上下往复运动进行抽吸工作。其特点是重量轻， 仅有350kg/km，拉力大，具有较强的抗拉抗疲劳性能，是复合功能 单元抽油杆柱替代钢杆和减轻重量的主要部件。两端制作成专门的抗 疲劳接头，延长柔性抽油杆14的使用寿命，其使用上完全替代了钢 性抽油杆的传递拉力功能。柔性抽油杆具有连续性的特点，起下速度 远高于普通抽油杆，同时，不用工人繁忙操作，省工省力。
击振器4上部套筒连接二级加重杆5，下部为芯轴，芯轴可在套 筒内滑动，套筒下端通过接头与一级加重杆3螺纹连接。抽油泵正常 工作中，击振器4只起传递和连接作用，与一级加重杆3同步运行， 芯轴与套筒处脱开状态，没有助推作用。当井下柱塞1由于下行遇卡 而速度变慢时，上冲程时击振器4在地面动力的拖动下正常运行，而 不会卡住；下冲程时，柱塞1和一级加重杆3下行速度慢于抽油杆柱 下行速度，击振器4的套筒锤击下部芯轴及一级加重杆3，锤击重量 等于二级加重杆5，此过程芯轴起扶正作用，同时，二级加重杆5的 重量也加入其中，增加了助推重量，起到助推作用，具有锤击和助推 双层作用。锤击后柱塞1和一级加重杆3下行速度加快，加快到大于杆柱下行速度时，二级加重杆5脱离加重作用，脱离行程大于套筒长 度时，击振器4和二级加重杆5恢复传递和连接作用，完成一次振击 过程； 一次锤击过程解决不了，如果二级加重杆5以下继续慢行，随 着地面抽油机的运转改变成上行，继续慢行部分没有到达下死点就被 强迫上行，而脱离软卡段，则进行二次或多次锤击解软卡工作，从而 使多数卡阻能够自行解卡。而发生锤击的条件有两个 一是柱塞1 和一级加重杆3的下行速度小于上部的二级加重杆5的下行速度；二 是距离下死点以上L长度(为击振器套筒长度)的距离内和距离上死 点以下L长度的距离内不能发生锤击动作。由于柱塞1始终是往复运 行，因此，击振器4的锤击动作是自动进行、自动恢复的，无需人工 控制。
抽油泵柱塞1抽吸的采出液中含有原油和蜡，原油和蜡附着在抽 油泵筒上，对柱塞1上下行运动有阻碍作用。柱塞1上行运动时，抽 油杆柱被地面抽油机带动，可以克服其阻碍作用；柱塞1下行运动时， 柱塞1靠液柱向下压力和杆柱重量推动其下行，柔性抽油杆14重量 很轻，不能有效地起到下行助推作用，尤其在抽油泵工作初期，液柱 向下压力不能完全推动柱塞1下行，柱塞1下行速度慢于抽油杆柱甚 至停止不动，会造成抽油泵不完全工作或不工作，也会影响到杆柱和 抽油机。而加重杆(3， 5， 13)为实心硬直杆，其重量大，可以依靠其 重力下行，起到助推的作用，解决了柔性抽油杆为柔性钢丝绳、重量 轻，不能自动下行的问题。
由图2所示，多级伸縮链8为长节距链，在抽油机正常工作时， 只起传递和连接作用，当多级伸縮链8以下杆柱下行速度慢于抽油杆 柱下行速度时(包括锤击过程)，我们认为就是欠载状态，抽油机欠 载时，油管内的某一段钢丝绳下行时会产生折叠，往复拉伸折叠后钢 丝绳会被折断，而此时多级伸縮链8收縮叠加，保护钢丝绳不受压和 折叠，欠载状态消失后，恢复原来传递和连接作用，有效的保护了钢 丝绳，降低了生产成本。
该复合功能单元抽油杆柱重量轻、耗能少、效率高，并且由柔性 抽油杆、加重杆、欠载、过载保护单元分别实现抗拉、助推功能及欠 载、过载保护，功能分节，动作可靠。
权利要求
1、一种复合功能单元抽油杆柱，包括防掉短接(16)、抽油杆短接(15)，其特征在于抽油杆短接(15)下部连接两端分别有圆销接头(10)及鸡心环(11)的柔性抽油杆(14)，圆销接头(10)下部连接两端有变径接头(6)的三级加重杆(13)，变径接头(6)下部连接两端分别连接有圆销接头(10)及鸡心环(11)的碳纤维绳(12)，碳纤维绳(12)下部通过接头(10，7)连接多级伸缩链(8)及两端有变径接头(6)的二级加重杆(5)，二级加重杆(5)下部螺纹连接击振器(4)，击振器(4)下端依次螺纹连接一级加重杆(3)、柱塞短接(2)、柱塞(1)。
全文摘要
本发明涉及一种复合功能单元抽油杆柱。主要用以解决倍程抽油机柔性抽油杆抗拉、助推的效果差及欠载、过载保护不可靠的问题。其特征在于抽油杆短接(15)下部连接两端分别有圆销接头(10)及鸡心环(11)的柔性抽油杆(14)，圆销接头(10)下部连接两端有变径接头(6)的三级加重杆(13)，变径接头(6)下部连接碳纤维绳(12)，碳纤维绳(12)下部通过接头(10，7)连接多级伸缩链(8)及二级加重杆(5)，二级加重杆(5)下部螺纹连接击振器(4)，击振器(4)下端依次螺纹连接一级加重杆(3)、柱塞短接(2)、柱塞(1)。该复合功能单元抽油杆柱具有重量轻、耗能少、效率高的特点。
文档编号E21B43/00GK101550807SQ200910072049
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者张佳民, 白存安, 胡松华 申请人:大庆油田有限责任公司