钢丝增强复合抽油杆的制作方法
【专利摘要】一种钢丝增强复合抽油杆，所述抽油杆包括增强用的钢丝和作为包覆材料的聚合物层，所述钢丝具有多边形的截面且形成相互紧密接触。此种抽油杆满足了目前的需求，即适用于深井，提高抽油效率，节约使用成本。
【专利说明】 钢丝增强复合抽油杆
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钢丝增强复合抽油杆。
【背景技术】
[0002]抽油杆是抽油机井的细长杆件，通过往复运动传递动力，起到泵油的作用。
[0003]随着石油需求的增加，油井越来越深,开采难度越来越大,对抽油杆的性能要求也越来越严苛。
[0004]现有技术US3234723A公开了一种抽油杆，尽管它由钢丝和塑性材料组成，但是并未达到现有的要求。
[0005]通过增加钢丝数量可能可以解决这个问题，却也增加了新的缺点，即增加了抽油杆本身的重量和尺寸，这将导致抽油效率大大降低。
[0006]现有技术CN102086296也已经公开了使用复合材料的抽油杆，它由玻璃纤维和树脂材料组成，可是缺点是玻璃纤维很脆且刚性不好，不利于运输且影响抽油效率。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的之一是避免现有技术的缺点。
[0008]本实用新型的特别目的是提供一种适用于现有油井需求，特别是深井需求的抽油杆。
[0009]本实用新型的另一目的是提供一种提高抽油效率的抽油杆。
[0010]本实用新型的另一目的是提供一种无松散的抽油杆。
[0011]本实用新型的另一目的是提供一种连续的抽油杆。
[0012]本实用新型的另一目的是提供一种防腐的抽油杆。
[0013]本实用新型的另一目的是提供一种节约使用成本的抽油杆。
[0014]根据本实用新型，这里提供一种钢丝增强复合抽油杆，所述抽油杆可以包括增强用的钢丝和作为包覆材料的聚合物层，所述钢丝可以具有多边形的截面且形成相互紧密接触。
[0015]这里的“相互紧密接触”是指钢丝之间没有空隙，相邻钢丝之间面与面紧密接触，没有缝隙。当然也有可能会出现一些聚合物的渗入，这取决于工艺过程。
[0016]因为钢丝之间相互紧密接触，在一定的截面积下(一定的抽油杆直径)，钢丝数量增多，提高了抽油杆整体强度和破断力。
[0017]本实用新型的复合抽油杆使用钢丝作为增强材料，因此只需要很少的接箍联接，从而是连续的抽油杆，并且使用钢丝增强，能保证抽油杆具有合适刚度的同时又不失柔性，容易打包收盘。
[0018]这里的钢丝或者可以通过拉拔或者通过轧制高碳钢得到。
[0019]本实用新型的复合抽油杆使用钢丝作为增强材料，相比较于传统全钢抽油杆，相同强度的情况下，节约成本。
[0020]本实用新型的一个最优实施例是，所有的钢丝可以具有相同的多边形截面，即为同一种形状的钢丝，这可以简化生产工艺。
[0021]这里的多边形截面可以是三角形，四边形，或者等边六边形。最好的是等边六边形，优点是，等边六边形截面的钢丝表面应力分布比较均匀，避免了应力集中的现象。
[0022]最好的是，这里的钢丝可以有一种防腐涂层。例如，防腐的金属涂层:锌涂层、锌合金涂层、镍涂层或者镍合金涂层。锌合金涂层的例子有:锌铝涂层，例如90%到95%的锌配上10%到5%的铝。锌铝镁合金涂层也是可以的。
[0023]根据本实用新型的另一个优选实施例，抽油杆可以具有狭长的截面，这个截面可以是椭圆形的。
[0024]具有椭圆形截面的抽油杆优点在于抽油杆跟油管内壁之间的接触面减少，这样达到了减少摩擦的效果，从而减少抽油杆的磨损，延长使用寿命。
[0025]具有椭圆形截面的抽油杆的另一个优点是，相较于普通圆形截面，提供了更多的抽油空间。
[0026]本实用新型中复合抽油杆的聚合物可以是热固性聚合物，例如树脂，环氧树脂。这种情况下，本实用新型的复合抽油杆可以通过拉挤成型工艺生产。
[0027]本实用新型中复合抽油杆的聚合物可以是热塑性聚合物，例如TPU。这种情况下，本实用新型的复合抽油杆可以使用挤出工艺生产。
[0028]这里的钢丝可以是无捻的。所述钢丝可以是有捻的。由所述钢丝形成的股也可以是混合捻的，可以达到避免抽油杆断裂后松散的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]附图1是示意性截面图，图示了一种具有三角形截面的钢丝和此钢丝如何形成紧密接触。
[0030]附图2是示意性截面图，图示了一种具有四边形截面的钢丝和此钢丝如何形成紧密接触。
[0031]附图3是示意性截面图，图示了本实用新型中一种抽油杆的截面。
[0032]附图4是示意性截面图，图示了本实用新型中最优的一种抽油杆在油管的截面。
【具体实施方式】
[0033]本实用新型的抽油杆是由具有多边形截面的钢丝增强的。
[0034]具有多边形截面的钢丝可以由如下方法生产得到。
[0035]原材料为高碳钢盘条，成分为:含碳量至少为0.45%，含锰量从0.30%到0.70%,含硅量从0.15%到1.0%，最大含硫量0.03%，最大含磷量0.03%，所有百分比为质量百分比。其他的元素如铬、钒也有可能，含量为0.40%。
[0036]此种盘条经过一系列冷轧后到达一定的直径。
[0037]如果需要的话，中间也许经历热处理的过程以达到进一步的变形。
[0038]多边形截面钢丝可以通过拉拔或者轧制得到，且都需要经历不同的步骤。所述轧制可以热轧也可以冷轧。
[0039]最终的具有多边形截面的钢丝的边长范围为0.20mm到3.0mm,例如0.30mm到2.0mm0
[0040]最终的钢丝抗拉强度为从1500MPa到4000MPa，例如从2000MPa到3500MPa，也可以从 2200MPa 到 3300MPa。
[0041 ] 这里的钢丝也可以加上防腐涂层，例如锌涂层、锌合金涂层。涂层可以通过热镀或者电镀工艺得到。涂层可以在钢丝生产中间阶段完成，如在轧制之前，或者涂层也可以最后一道工序完成，如在乳制之后。
[0042]附图1图示了具有多边形截面钢丝的第一个例子。钢丝10具有三角形的截面。附图1的右边图示了具有三角形截面的钢丝如何形成紧密接触12，最好的情况是形成没有空隙的紧密接触12。
[0043]附图2图示了具有多边形截面钢丝的第二个例子。钢丝20具有四边形的截面。附图2的右边图示了具有四边形截面的钢丝如何形成紧密接触22，最好的情况是形成没有空隙的紧密接触22。
[0044]在附图3中，具有正六边形截面的钢丝30形成了紧密接触32。
[0045]最终的抽油杆可以通过拉挤成型工艺生产。从放线轮上来的钢丝30进入液态树脂浴，这样钢丝覆上了热固性树脂材料制成的包覆聚合物34，接着覆上的包覆聚合物34形成所需要的形状，此后经过热模拉挤。在热模中，钢丝和树脂材料经过充分硫化。最终的结果就是抽油杆36由具有正六多边形的钢丝增强并且具有圆形的截面。
[0046]所述热固性树脂材料可以为环氧树脂、聚脂、聚乙烯酯、聚亚安酯、聚酰亚胺、改性丙烯酸、苯酚、三聚氰胺和硅树脂等。
[0047]最终的抽油杆也可以通过聚合物挤出工艺生产。一种固态颗粒状的聚合物均匀地熔化后，在高压下，聚合物以均匀的、稳定的速度流出模子，可以通过螺旋地方式达到。紧密接触的具有多边形截面的钢丝同时也通过此模子，这样其上就被覆盖上一层聚合物涂层。模子开放的样式决定了最终抽油杆形成的截面形状。比如热塑性聚亚安酯是一种适用的聚合物。
[0048]作为一个例子，根据本实用新型，可以替代C级19mm直径全钢抽油杆的参数如下:
[0049]正六边形边长=0.61mm ；
[0050]抽油杆直径=11.43mm ；
[0051]抽油杆破断拉力=22.6KN ；
[0052]抽油量提高21.3% ；
[0053]重量减少14.5%。
[0054]附图4图示了本实用新型的一个实施例。
[0055]具有正六边形截面的钢丝40形成紧密接触42。紧密接触42上包覆上一层包覆聚合物44，从而形成复合抽油杆46。这种最优的抽油杆46具有一个类似椭圆的截面。此截面的长轴长度大于短轴长度。
[0056]抽油杆46的一个优点是，它减少了与油管48内壁之间的摩擦，因为相比于普通圆形截面，此种椭圆形截面与油管内壁48之间的摩擦要小。
[0057]抽油杆46的另一个优点是，相比于普通圆形截面，椭圆形的截面可以增加油流量面积。
[0058]下面给出了可以用于替代C级全钢抽油杆的具有椭圆截面抽油杆46的尺寸范围:
[0059]
全钢抽油杆等级全钢抽油杆直径本实用新型抽油本实用新型抽油
(mm)_杆长轴a (mm) 杆短轴b (ιηηι)
__16.00__:__:_
_C_19.00__<19.00__11.43 -<19.00
J:_ 22.00__<22.00__13.51 - <22.00
J:_ 25.00__<25.00__13.51 - <25.00
^__29.00_ <29,00_ 15.59-<29.00
[0060]数字编号信息
[0061]10具有三角形截面的钢丝
[0062]12具有三角形截面的钢丝的紧密接触
[0063]20具有四边形截面的钢丝
[0064]22具有四边形截面的钢丝的紧密接触
[0065]30具有正六边形截面的钢丝
[0066]32具有正六边形截面的钢丝的紧密接触
[0067]34包覆聚合物
[0068]36抽油杆
[0069]40具有正六边形截面的钢丝
[0070]42具有正六边形截面的钢丝的紧密接触
[0071]44包覆聚合物
[0072]46抽油杆
[0073]48油管
【权利要求】
1.一种钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述抽油杆包括增强用的钢丝和作为包覆材料的聚合物层，所述钢丝具有多边形的截面且形成相互紧密接触。
2.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所有的钢丝具有相同的多边形截面。
3.根据权利要求2所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的多边形截面为三角形、四边形或者等边六边形。
4.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的钢丝具有防腐的涂层。
5.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的抽油杆具有狭长的截面。
6.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的聚合物层为热固性聚合物层。
7.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的聚合物层为热塑性聚合物层。
8.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的钢丝是无捻的。
9.根据权利要求1所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，所述的钢丝是有捻的。
10.根据权利要求9所述的钢丝增强复合抽油杆，其特征在于，由所述钢丝形成的股是混合抢的。
【文档编号】E21B17/00GK203939440SQ201320628009
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】陈如柑, 李国一, 程志超, 王鹏飞 申请人:贝卡尔特公司