本发明涉及一种石油工业采油设备中的用于抽油杆间安全连接的安全接头，特别涉及一种具有三级锁槽结构的安全接头。
背景技术：
在采油机械领域，随着油田的长期注水开发、大量应用压裂酸化等正常措施、放大生产参数提高采出量，导致油层出砂日益严重，过量的泥沙会致使许多抽油机井卡停抽油泵。当出现卡泵问题时，继续作业极易造成抽油杆过载时的杆体断裂问题，因此在油田修井作业中，对于卡泵井通常采用杆管同步起、或倒扣器的方法，通常采用杆管同步起时，工序较正常施工复杂，而且由于抽油杆和油管长度不一致导致接箍位置不一致，必须用气焊将抽油杆割断，造成报废的同时由于在进口动火，极易造成井喷失火；使用倒扣器时抽油杆脱扣的位置不定，增加施工难度，而且在倒扣时抽油杆积蓄很大的反转能量，容易造成倒扣失败抽油杆反转伤人。针对这些不足，迫切需要一种能够连接碳纤维复合材料抽油杆与井下大深度处钢质抽油杆的安全度较高的接头结构，避免出现因卡泵而导致抽油杆杆体断裂使得整体报废问题的出现。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于抽油杆间安全连接的安全接头，该接头形式可用于钢质抽油杆和碳纤维抽油杆的安全连接，对于提高碳纤维抽油杆的连接安全性，避免碳纤维抽油杆的冲击拉断问题，提高碳纤维抽油杆井下接头部位的抗冲击性度具有重要作用。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用于抽油杆间安全连接的安全接头，包括依次连接的接头主体件Ⅰ、接头加固件和接头主体件Ⅱ，所述接头主体件Ⅰ在与接头加固件的连接处设有三个锁槽Ⅰ，所述接头加固件上设有与锁槽Ⅰ位置和形状相对应的三个锁槽Ⅱ，锁槽Ⅰ和锁槽Ⅱ处通过安全连接组件连接。
所述接头加固件上的锁槽Ⅱ从端部至中部依次为一级锁槽Ⅱ、二级锁槽Ⅱ和三级锁槽Ⅱ，相对应的接头主体件Ⅰ上的锁槽Ⅰ依次为一级锁槽Ⅰ、二级锁槽Ⅰ和三级锁槽Ⅰ；所述一级锁槽Ⅰ和一级锁槽Ⅱ的截面形状为O型，其他锁槽Ⅰ和锁槽Ⅱ的截面形状为U型；设置三级锁槽和安全连接件，可以使抽油杆接头具备三重抗疲劳冲击载荷的特性；抽油杆的运动环境中有泥沙、石块等，在抽油杆的往复运动中会有多重阻力，设置三级锁槽可以在扰动的冲击力下防止抽油杆直接断裂，使抽油杆可以阶梯式断裂，抽油杆在三级锁槽处均断裂后才需要更换，使抽油杆的使用可靠性提高；同时设置U型锁槽使抽油杆可以有一定的滑动距离，对冲击力起到一定的缓冲作用。
优选的，所述二级锁槽Ⅰ的截面尺寸小于三级锁槽Ⅰ的截面尺寸，所述二级锁槽Ⅱ的截面尺寸小于三级锁槽Ⅱ的截面尺寸；三级锁槽比二级锁槽的尺寸大，使抽油杆在其内的滑动距离更长，对冲击力的缓冲作用也更大。
所述O型的直径尺寸为9-17mm。
所述U型的圆弧段直径尺寸为9-17mm。
所述二级锁槽Ⅰ和二级锁槽Ⅱ的截面U型的直线段的长度尺寸为15-30mm。
所述三级锁槽Ⅰ和三级锁槽Ⅱ的截面U型的直线段的长度尺寸为25-40mm；锁槽的尺寸与载荷量、抗剪切强度、设计安全定位有关系，在设置为如上尺寸时，在满足实际情况前提下抽油杆的抗疲劳冲击载荷的特性达到最优。
所述接头加固件为平板式结构，所述接头主体件Ⅰ的一侧设有与抽油杆相配合的孔，接头主体件Ⅰ的另一侧被两个接头加固件所夹持；所述接头主体件Ⅱ的一侧被两个接头加固件所夹持，接头主体件Ⅱ的另一侧设有与抽油杆相配合的孔；所述接头主体件Ⅰ的锁槽Ⅰ和接头加固件的锁槽Ⅱ处通过安全连接组件连接；所述接头加固件与接头主体件Ⅱ通过连接件连接。
所述安全连接组件包括安全锁栓，所述安全锁栓穿过接头加固件和接头主体件Ⅰ且安全锁栓两端均用安全锁扣进行锁紧。
优选的，所述安全锁栓上在安全锁扣的内侧套有弹簧垫防松锁紧件；该锁紧件可以有效保证接头主体件和接头加固件的紧固连接，从而保证整体安全接头结构的完整性以避免因抽油杆往复动作而产生结构松动问题。
所述接头主体件Ⅰ、接头加固件和接头主体件Ⅱ均由耐腐蚀金属材质制成；具有较高的强度和耐腐蚀性能。
所述安全锁栓由耐腐蚀金属材质制成。
本发明的有益效果为：
本发明的安全接头具有三级锁槽结构，安全接头结构的三级锁槽通过带弹簧防松锁紧件的锁栓配合锁扣连接，锁紧装置保证接头主体件和加固件在往复抽油动作过程中的牢固连接，同时通过三级锁槽的梯度“O型孔，U型孔，U型孔”形状配置，使抽油杆接头具备三重抗疲劳冲击载荷的特性，最终抗剪切强度为6-20吨可调，可有效保证接头安全度。
附图说明
图1为本发明抽油杆安全接头的结构示意图；
图中，1为接头主体件Ⅰ，2为接头加固件，3为锁槽，4为安全锁栓，5为安全锁扣，6为弹簧垫防松锁紧件，7为连接螺栓，8为接头主体件Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，连接抽油杆的安全接头由接头主体件Ⅰ1、安全锁栓4、安全锁扣5和接头加固件2、接头主体件Ⅱ8组成，其中接头主体件Ⅰ1和接头加固件2上同时设有三级锁槽3，三级锁槽3通过安全锁栓4、安全锁扣5将接头主体件Ⅰ1和接头加固件2连接为整体，其中安全锁栓4两端和安全锁扣5通过弹簧垫防松锁紧件6进行组合。接头加固件2与接头主体件Ⅱ8通过连接螺栓7连接，连接螺栓7采用35CrMo钢三次发蓝处理，螺栓外径18mm。在连接钢质抽油杆与碳纤维抽油杆时，接头主体件Ⅰ1与碳纤维抽油杆连接，接头主体件Ⅱ8与钢质抽油杆连接。
接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2为耐腐蚀金属材质制成，可选用耐腐蚀不锈钢或耐腐蚀合金结构钢中的任意一种，经过热处理之后，经过防腐处理，以提高金属材质的耐锈蚀性能。其中金属部件尤其是接头主体件和接头加固件具有较高的强度和耐腐蚀性能，其拉伸强度在600-900MPa，断裂伸长小于5％，同时可耐受酸、碱、盐的长期腐蚀。
接头主体件Ⅰ1和接头加固件2上同时设有三级锁槽3，三级锁槽3依次采用“O型孔，U型孔Ⅰ，U型孔Ⅱ”的形状配置，其中O型孔或U型孔圆弧段的内径为9-17mm，U型孔Ⅰ直线段的长度为15-30mm，U型孔Ⅱ直线段的长度为25-40mm，同时接头主体件Ⅰ1与接头加固件2相同位置上的三级锁槽处于同心，最终通过安全锁栓4、安全锁扣5将接头主体件Ⅰ1与接头加固件2连接为整体。
安全锁栓4采用耐腐蚀金属材质，可选用耐腐蚀不锈钢或耐腐蚀合金结构钢中的任意一种，经过淬火处理之后，经过三道发蓝处理或镀铬处理，安全锁栓4即为经过淬火处理及三次发蓝处理或镀铬处理的螺栓结构，锁栓外径为8-16mm范围内可调，锁栓金属材质基体含碳量为0.4-0.6％，拉伸强度为700-800MPa，断裂伸长小于2％，能够耐受酸、碱、盐的长期腐蚀。
安全锁扣5在安全锁栓4的两端连接，安全锁扣为金属材质，选用304不锈钢，经镀铬处理，安全锁扣基体材质中铬含量不低于15％，镍含量不低于8％，也可选用耐腐蚀不锈钢或耐腐蚀合金结构钢中任意一种，经过淬火处理之后，经过三道发蓝处理或镀铬处理。安全锁扣5即为经过镀铬处理的螺母结构。
安全锁扣5与安全锁栓4的两端通过弹簧垫防松锁紧件6进行连接，防松弹簧垫采用环状结构，穿于安全锁栓杆上并且位于安全锁扣内侧。弹簧垫防松锁紧件6即为弹簧垫圈结构。
实施例1：
本实施例中连接复合材料抽油杆的安全接头由接头主体件Ⅰ1、安全锁栓4、安全锁扣5和接头加固件2、接头主体件Ⅱ8组成。选用35铬钼合金结构钢，经过860℃的淬火处理和240℃的低温回火处理之后，进行三道发蓝处理制备抽油杆安全接头中的接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2，最终接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2的拉伸强度在850MPa，断裂伸长为3％。在接头主体件Ⅰ1和接头加固件2上同时设有三级锁槽3，三级锁槽3依次采用“O型孔，U型孔Ⅰ，U型孔Ⅱ”的形状配置，其中O型孔和U型孔圆弧段的内径均为10mm，具体地，U型孔Ⅱ直线段的长度为20mm，U型孔Ⅱ直线段的长度为30mm，接头主体件Ⅰ1和接头加固件2三级锁槽3处于同心，以备组装过程中采用安全锁栓4、安全锁扣5进行连接。选用材质基体含碳量为0.4％的40铬不锈钢制备外径为9mm的安全锁栓4，经过880℃淬火处理和200℃低温回火处理后，经过镀铬处理，最终锁栓的拉伸强度为800MPa，断裂伸长为0.1％。选用铬含量18％，镍含量7-9％的304不锈钢进行镀铬处理制备安全锁扣5。整个装配首先将接头主体件和接头加固件对合好后，将安全锁栓4穿入三级锁槽3中，之后将安全锁扣5在安全锁栓4的两端连接，连接之前将弹簧垫防松锁紧件6穿于安全锁栓4杆上并且位于安全锁扣5内侧，通过锁紧件保证接头主体件和接头加固件的紧固连接，通过连接螺栓7与接头主体件Ⅱ8连接，接头主体件Ⅰ1连接碳纤维抽油杆，接头主体件Ⅱ8连接钢质抽油杆，最终组装的安全接头结构位于钢质抽油杆和碳纤维抽油杆之间，完成二者有效连接，抗剪切强度可达到8吨。连接钢质抽油杆一端的连接螺栓7采用35CrMo钢三次发蓝处理，螺栓外径18mm。
实施例2
本实施例中连接复合材料抽油杆的安全接头由接头主体件Ⅰ1、安全锁栓4、安全锁扣5和接头加固件2、接头主体件Ⅱ8组成。选用316不锈钢，经过950℃的淬火处理和580℃的固溶处理之后，进行镀铬处理制备碳纤维抽油杆安全接头中的接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2，最终接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2的拉伸强度在650MPa，断裂伸长为4％。在接头主体件Ⅰ1和接头加固件2上同时设有三级锁槽3，三级锁槽3依次采用“O型孔，U型孔Ⅰ，U型孔Ⅱ”的形状配置，其中O型孔和U型孔圆弧段的内径均为12mm，具体地，U型孔Ⅰ的长度为25mm，U型孔Ⅱ的长度为35mm，接头主体件Ⅰ1和接头加固件2三级锁槽3处于同心，以备组装过程中采用安全锁栓4、安全锁扣5进行连接。选用材质基体含碳量为0.4％的40铬不锈钢制备外径为11mm的安全锁栓4，经过880℃淬火处理和200℃低温回火处理后，经过镀铬处理，最终锁栓的拉伸强度为750MPa，断裂伸长为2％。选用304不锈钢进行镀铬处理制备安全锁扣5。整个装配首先将接头主体件和接头加固件对合好后，将安全锁栓4穿入三级锁槽3中，之后将安全锁扣5在安全锁栓4的两端连接，连接之前将弹簧垫防松锁紧件6穿于安全锁栓4杆上并且位于安全锁扣5内侧，通过锁紧件保证接头主体件和接头加固件的紧固连接，通过连接螺栓7与接头主体件Ⅱ8连接，接头主体件Ⅰ1连接碳纤维抽油杆，接头主体件Ⅱ8连接钢质抽油杆，最终组装的安全接头结构位于钢质抽油杆和碳纤维抽油杆之间，完成二者有效连接，抗剪切强度可达到9吨。连接钢质抽油杆一端的连接螺栓7采用35CrMo钢三次发蓝处理，螺栓外径18mm。
实施例3
本实施例中连接复合材料抽油杆的安全接头由接头主体件Ⅰ1、安全锁栓4、安全锁扣5和接头加固件2、接头主体件Ⅱ8组成。选用35铬钼合金结构钢，经过860℃的淬火处理和240℃的低温回火处理之后，进行三道发蓝处理制备碳纤维抽油杆安全接头中的接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2，最终接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2的拉伸强度在850MPa，断裂伸长为2％。在接头主体件Ⅰ1和接头加固件2上同时设有三级锁槽3，三级锁槽3依次采用“O型孔，U型孔Ⅰ，U型孔Ⅱ”的形状配置，其中O型孔和U型孔圆弧段的内径均为13mm，具体地，U型孔Ⅰ的长度为23mm，U型孔Ⅱ的长度为33mm，接头主体件Ⅰ1和接头加固件2三级锁槽3处于同心，以备组装过程中采用安全锁栓4、安全锁扣5进行连接。选用材质基体含碳量为0.4％的40铬钢制备外径为12mm的安全锁栓4，经过880℃淬火处理和200℃低温回火处理后，经过镀铬处理，最终锁栓的拉伸强度为780MPa，断裂伸长为1.5％。选用304不锈钢进行镀铬处理制备安全锁扣5。整个装配首先将接头主体件和接头加固件对合好后，将安全锁栓4穿入三级锁槽3中，之后将安全锁扣5在安全锁栓4的两端连接，连接之前将弹簧垫防松锁紧件6穿于安全锁栓4杆上并且位于安全锁扣5内侧，通过锁紧件保证接头主体件和接头加固件的紧固连接，通过连接螺栓7与接头主体件Ⅱ8连接，接头主体件Ⅰ1连接碳纤维抽油杆，接头主体件Ⅱ8连接钢质抽油杆，最终组装的安全接头结构位于钢质抽油杆和碳纤维抽油杆之间，完成二者有效连接，抗剪切强度可达到10吨。连接钢质抽油杆一端的连接螺栓7采用35CrMo钢三次发蓝处理，螺栓外径18mm。
实施例4
本实施例中连接复合材料抽油杆的安全接头由接头主体件Ⅰ1、安全锁栓4、安全锁扣5和接头加固件2、接头主体件Ⅱ8组成。选用35铬钼合金结构钢，经过860℃的淬火处理和240℃的低温回火处理之后，进行三道发蓝处理制备碳纤维抽油杆安全接头中的接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2，最终接头主体件Ⅰ1、接头主体件Ⅱ8和接头加固件2的拉伸强度在900MPa，断裂伸长为4％。在接头主体件Ⅰ1和接头加固件2上同时设有三级锁槽3，三级锁槽3依次采用“O型孔，U型孔Ⅰ，U型孔Ⅱ”的形状配置，其中O型孔和U型孔圆弧段的内径均为16mm，具体地，U型孔Ⅰ直线段的长度为24mm，U型孔Ⅱ直线段的长度为34mm，接头主体件Ⅰ1和接头加固件2三级锁槽3处于同心，以备组装过程中采用安全锁栓4、安全锁扣5进行连接。选用材质基体含碳量为0.4％的40铬不锈钢制备外径为15mm的安全锁栓4，经过880℃淬火处理和200℃低温回火处理后，经过镀铬处理，最终锁栓的拉伸强度为800MPa，断裂伸长为1.3％。选用304不锈钢进行一次发蓝处理制备安全锁扣5。整个装配首先将接头主体件和接头加固件对合好后，将安全锁栓4穿入三级锁槽3中，之后将安全锁扣5在安全锁栓4的两端连接，连接之前将弹簧垫防松锁紧件6穿于安全锁栓4杆上并且位于安全锁扣5内侧，通过锁紧件保证接头主体件和接头加固件的紧固连接，通过连接螺栓7与接头主体件Ⅱ8连接，接头主体件Ⅰ1连接碳纤维抽油杆，接头主体件Ⅱ8连接钢质抽油杆，最终组装的安全接头结构位于钢质抽油杆和碳纤维抽油杆之间，完成二者有效连接，抗剪切强度可达到16吨。连接钢质抽油杆一端的连接螺栓7采用35CrMo钢三次发蓝处理，螺栓外径18mm。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。