空心碳纤维连续抽油杆接头及其自动焊接设备的制作方法

本发明属于机械采油设备领域，尤其涉及有杆泵机械采油使用的空心碳纤维连续抽油杆接头及其自动焊接设备。

背景技术：

抽油杆主要用于油田注采输系统中的机械采油工序，一般多采用金属制成，但是由于作业环境恶劣，金属抽油杆在使用过程中会出现腐蚀、偏磨、能耗高等问题，需要不断更换，导致采油效率低且成本提高。碳纤维连续抽油杆系拉挤成型碳纤维复合材料，外覆耐蚀抗磨之热塑性塑料，具备轻质高强、耐疲劳强度高、防腐蚀、防偏磨、节能降耗等特点，主要用于油田注采输系统中的机械采油工序，从根本上解决金属抽油杆使用中的腐蚀、偏磨、能耗高等问题。在有杆泵采油领域具有广阔市场前景。

工作人员根据实际作业环境和工况的影响，依据井深、泵的沉没度等参数，截取适当长度的碳纤维连续抽油杆代替金属抽油杆使用，即碳纤维连续抽油杆上端需与金属的光杆连接，下端需与金属的抽油泵柱塞连接，通过抽油机驴头的上下运动带动有杆抽油泵的往复运动实现机械采油。现有技术中，碳纤维连续抽油杆上、下与金属杆连接常通过接头的特殊结构，如倒刺、防滑纹、锥体夹块或楔形夹紧块等对碳纤维连续抽油杆和金属杆进行夹紧，或者直接采用碳纤维连续抽油杆与金属杆进行胶粘接，但是在实际应用过程中，碳纤维连续抽油杆与金属杆连接处需要承受巨大的交变载荷、振动载荷、冲击载荷等复杂的外力作用，大大缩短了碳纤维连续抽油杆的寿命，对碳纤维连续抽油杆的推广应用造成了较大的阻碍。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空心碳纤维连续抽油杆接头及其自动焊接设备，本发明所述接头是将金属杆端部制成管状与空心碳纤维连续抽油杆（即碳纤维管）进行胶粘接，同时还利用保护套筒对接头处碳纤维管与金属管端部的胶粘部位进行加固防护，提高金属管与碳纤维管粘接处的机械强度和寿命，而且制备工艺简单并智能化，符合市场和作业环境的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

空心碳纤维连续抽油杆接头，所述接头包括对接的碳纤维管和金属管，金属管一体设置于金属杆端部，且金属管于其对接口处的管体外壁上焊接设有保护套筒，碳纤维管与保护套筒和金属管之间的间隙配合并粘接。

本发明中的接头采用管式胶粘结构，取代了现有技术中夹头夹紧或单层胶粘接的连接方式，使得接头处的碳纤维管只承受轴向力，其周向、径向受力较小，避免现有技术中碳纤维杆的端部在对接处受到过大的负荷导致断裂，提高了碳纤维连续抽油杆与金属管杆的连接稳定性，同时也正是由于碳纤维与金属连接处的负荷多为轴向，所以采用空心的碳纤维抽油杆取代现有技术中的实心碳纤维杆使用，并且可以很好的用于非常规油气多气合采，空心碳纤维连续抽油杆内作为页岩气产气通道，碳纤维连续抽油杆和油管形成的杆管环空作为煤层气产液通道，油管和套管形成的油套环空作为煤层气的产气通道。

所述空心碳纤维连续抽油杆接头的自动焊接设备，包括传送对接机构，传送对接机构包括两段对向设置的传送辊，两段传送辊之间设有喷胶机构和焊接机构。

优选的，两段传送辊的辊筒分别周向设有与碳纤维管和金属管配合的缺口。传送辊上设有缺口，可以保证管件直线移动，防止管件晃动造成后续管口对接时精准性下降。

优选的，所述喷胶机构包括设置于第一支座上的第一固定环，第一固定环的环体一侧与第一从动齿轮同轴榫接，环体顶部固设有第一电机，第一电机的转杆与第一主动齿轮连接，第一主动齿轮与第一从动齿轮啮合，第一从动齿轮的内环面上设有喷胶头，喷胶头与胶液源管道连接。

优选的，所述焊接机构包括设置于第二支座上的第二固定环，第二固定环的环体一侧与第二从动齿轮同轴榫接，环体顶部固设有第二电机，第二电机的转杆与第二主动齿轮连接，第二主动齿轮与第二从动齿轮啮合，第二从动齿轮的内环面上设有焊接头。

优选的，所述从动齿轮通过楔形键与相应的固定环环面上的楔形键槽配合。从动齿轮可以利用楔形键做周向转动，进而带动相应的喷胶头或焊接头对相应管作环绕式作业。

优选的，所述喷胶头和焊接头分别通过长度可调节的伸缩构件与相应的从动齿轮的内环面连接，伸缩构件沿从动齿轮径向设置。伸缩构件的设置，可以调整喷胶头或焊接头与相应管的间距，以适应不同管径的管制备作业，而且在完成喷胶或焊接作业后，喷胶头或焊接头可以快速与管拉开距离，不阻碍管件移动并进行下道工序。

优选的，第一固定环和第二固定环同轴设置，且第一从动齿轮和第二从动齿轮背向设置于相应的固定环上。

优选的，工作状态下，放置于传送辊上的金属管和碳纤维管与固定环同轴设置。

优选的，所述喷胶头包括上下设置且连通的上胶头和下胶头，上胶头与下胶头的出胶方向相同且两者之间的间隙与碳纤维管的管壁配合。喷胶头在工作时，将碳纤维管的管壁置于上胶头和下胶头之间的间隙处，可以一次性对碳纤维管的内、外壁进行喷胶。

本发明在使用时，首先将根据油井深度所定制长度的碳纤维管和金属管分别放置于喷胶机构和焊接机构一侧的相应传送辊上，然后利用传送辊将碳纤维管和金属管对向移动。当碳纤维管移动至喷胶头下方时，相应的伸缩构件如液压缸或气缸等伸长，将喷胶头移动至碳纤维管的管口处，利用上、下胶头同时对碳纤维管的内、外壁进行喷喷胶液，喷胶完毕后的喷胶头在传送辊的带动下继续移动至与金属管对接；同样的，当金属管移动至焊接头下方时，将保护套筒套至金属管上，然后相应的伸缩构件伸长，将焊接头对保护套筒和金属管进行焊接，焊接完毕后的金属管在传送辊的带动下移动至金属管与碳纤维管对接处，碳纤维管的喷胶管体插入金属管与保护套筒的间隙内实现胶粘接。

所述金属管和保护套筒进行焊接或碳纤维管进行喷胶时，相应固环上的电动机启动，利用主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮受到楔形键的固定，只能做周向转动，继而带动相应的焊接头或喷胶头绕金属管的焊接处或碳纤维管的管体进行环式焊接或喷胶。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）本发明所述碳纤维连续抽油杆接头，将金属管与碳纤维管采用胶粘接，取代了现有技术中夹头夹紧或单层粘接的连接方式，同时还利用保护套筒对碳纤维管与金属管的胶粘部位进行加固防护，使得保护套筒先于碳纤维管与金属管的胶粘部位破坏而破坏，延长金属管与碳纤维管的粘接处的机械强度和使用寿命。

2）利用所述自动焊接设备制备空心碳纤维连续抽油杆接头过程简便，喷胶机构和焊接机构采用电机驱动齿轮，从而带动相应的喷胶头或焊接头绕传送辊上的管件作圆周运动并周向作业，机械化控制不仅可以提高喷胶均匀性和焊接水平，而且节省人工、提高了生产效率；

3）在本领域首次采用空心的碳纤维杆结构，不仅降低抽油杆质量，同时也能保证抽油杆的整体强度维持在工艺要求标准之上，降低抽油能耗。

附图说明

图1为具体实施方式中空心碳纤维连续抽油杆接头剖视结构示意图；

图2为具体实施方式中空心碳纤维连续抽油杆接头自动焊接设备的结构示意图；

图3为图2中喷胶机构的结构示意图；

图4为图2中第一固定环与第一从动齿轮的连接结构剖视示意图；

图5为图2中焊接机构的结构示意图；

图中标注为：传送辊1、辊筒101、支架102，喷胶机构2、第一电机201、第一主动齿轮202、第一固定环203、第一从动齿轮204、第一液压缸205、第一支座207、喷胶头208，焊接机构3、第二电机301、第二主动齿轮302、第二固定环303、第二从动齿轮304、第二液压缸305、第二支座307、焊接头308，碳纤维管4，保护套筒5，金属管6，楔形键7。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，空心碳纤维连续抽油杆接头，所述接头包括对接的碳纤维管4和金属管6，金属管6一体设置于金属杆端部，且金属管6于其对接口处的管体外壁上焊接设有保护套筒5，碳纤维管4的管口与保护套筒5和金属管6之间的间隙配合并粘接。

如图2-5所示，所述的空心碳纤维连续抽油杆接头的自动焊接设备，所述设备包括包括两段对向设置的传送辊1，两段传送辊1之间设有喷胶机构2和焊接机构3，两段传送辊的辊筒101与支架102转动连接，且相应传送辊上的辊筒101分别周向设有与碳纤维管和金属管配合的缺口。

所述喷胶机构2包括设置于第一支座207上的第一固定环203，所述第一从动齿轮204通过楔形键7与第一固定环203环面上的楔形键槽配合。第一固定环203顶部通过第一电机座固定连接第一电机201，第一电机201的转杆与第一主动齿轮202连接，第一主动齿轮202与第一从动齿轮204啮合，第一从动齿轮204的内环面上通过径向设置的第一液压缸205与喷胶头208，喷胶头208与胶液源管道连接。喷胶头208包括上下设置且连通的上胶头和下胶头，上胶头与下胶头的出胶方向相同且两者之间的间隙与碳纤维管4的管壁配合。

所述焊接机构3包括设置于第二支座307上的第二固定环303，所述第一从动齿轮304通过楔形键7与第一固定环303环面上的楔形键槽配合。第二固定环303顶部通过第二电机座固定连接第二电机301，第二电机301的转杆与第二主动齿轮302连接，第二主动齿轮302与第二从动齿轮304啮合，第二从动齿轮304的内环面上通过径向设置的第二液压缸305与焊接头208。

第一固定环203和第二固定环303同轴设置，且第一从动齿轮204和第二从动齿轮304背向设置于相应的固定环上，工作状态下，放置于传送辊1上的金属管和碳纤维管与固定环同轴设置。

本发明在使用时，首先将根据油井深度所定制长度的空心碳纤维抽油杆（即碳纤维管）和金属管分别放置于喷胶机构和焊接机构一侧的相应传送辊上，然后利用传送辊将空心碳纤维抽油杆和金属管对向移动。当碳纤维管移动至喷胶头下方时，相应的伸缩构件如液压缸或气缸等伸长，将喷胶头移动至碳纤维管的管口处，利用上、下胶头同时对碳纤维管的内、外壁进行喷喷胶液，喷胶完毕后的喷胶头在传送辊的带动下继续移动至与金属管对接；同样的，当金属管移动至焊接头下方时，将保护套筒套至金属管上，然后相应的伸缩构件伸长，将焊接头对保护套筒和金属管进行焊接，焊接完毕后的金属管在传送辊的带动下移动至金属管与碳纤维管对接处，碳纤维管的喷胶管体插入金属管与保护套筒的间隙内实现胶粘接。

所述金属管和保护套筒进行焊接或碳纤维管进行喷胶时，相应固环上的电动机启动，利用主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮受到楔形键的固定，只能做周向转动，继而带动相应的焊接头或喷胶头绕金属管的焊接处或碳纤维管的管体进行环式焊接或喷胶。

传送辊上设有缺口，可以保证管件直线移动，防止管件晃动造成后续对接时精准性下降。伸缩构件的设置，可以调整喷胶头或焊接头与相应管件的间距，以适应不同管径的管件制备作业，而且在完成喷胶或焊接作业后，喷胶头或焊接头可以快速与管件拉开距离，不阻碍管件移动并进行下道工序。