[发明专利]抽油杆导向器

说明书

本文公开了具有低摩擦和高耐磨性的抽油杆导向器，以及包括该抽油杆导向器的流体抽取系统。抽油杆导向器的外表面的至少一部分由冷加工且可失稳硬化或经失稳硬化的铜合金形成，该铜合金包含约5wt％至约20wt％的镍和约5wt％至约10wt％的锡，余量为铜，且具有至少75ksi的0.2％残余变形屈服强度。导向器包括适于围绕并接合抽油杆表面的光滑孔。导向器的外表面可包括在两端之间延伸的凹槽。在特定实施方案中，通过将两个相同的导向器节段连结在一起来制成导向器。在另一些实施方案中，导向器是围绕抽油杆模制的单个一体件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月28日提交的美国临时专利申请序列号62/611,250的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

背景技术

本公开涉及低摩擦且高耐磨的抽油杆导向器，该抽油杆导向器至少部分地由可失稳硬化的(spinodally-hardenable)铜合金或经失稳硬化的(spinodally-hardened)铜合金制成。导向器对于引导抽油杆进入流体抽取设备的导管(也称为生产管道)并使其居中特别有效，流体抽取设备诸如油气工业中制造和使用的那些设备。除其他特性外，本文公开的抽油杆导向器减少了摩擦并且更加耐磨、限制了对导管内径的损害、增强了流体抽取并降低了总的井运行成本。

流体抽取设备通常包括用于从地下储层抽取流体的泵、所产生的流体行进通过的导管(也称为生产管道)、用于向泵提供动力的动力源以及连接动力源与泵的抽油杆举升系统。用于抽取的典型流体包括水，以及多种含烃油气。

抽油杆举升系统包括一系列通过接箍(coupling)连结在一起并且置于导管或生产管道内部的抽油杆。由于抽油杆的外表面与导管的内表面(两者通常均由钢制成)之间反复接触而引起的导管损坏会破坏导管的机械完整性，导致由导管运送的流体泄漏到环境中。这样的泄漏非常容易导致泵送过程被停止，并经常需要非常昂贵的额外作业来修复这种故障。

通常，在井壁弯曲的情况下，例如在斜井(deviated well)(在水平和竖直方向上都有延伸的井)中或通过非线性钻井工艺产生的井中，更有可能发生导管的损坏。可将抽油杆导向器围绕抽油杆放置，以使杆与井套管(casing)的接触最小化，从而减少总的损坏。然而，抽油杆导向器和井套管之间仍会发生接触。因此，期望开发具有改进性质的新的抽油杆导向器。

发明内容

本公开涉及至少部分地由可失稳硬化的铜合金或经失稳硬化的铜合金制成的抽油杆导向器。抽油杆导向器可以均一地由铜合金制成，或者铜合金可以仅存在于抽油杆导向器的外表面(或其一部分)上，或者铜合金可以作为插件存在，该插件最初暴露在外表面上或最初隐藏在抽油杆导向器的内部(而在后期暴露)。铜合金为抽油杆导向器提供了多种性质的组合，包括高拉伸强度、高疲劳强度、高断裂韧性、耐磨性、低摩擦和耐腐蚀性。铜合金的使用减少了导向器和使用这种导向器的泵系统中的其他部件的破坏性损坏的发生，同时在流体回收操作期间提供了机械功能和效率。这还延长了这些部件的使用寿命，显著降低了用于从井中回收流体的设备的成本。

在本文的多个实施方案中公开了包含铜-镍-锡合金的抽油杆导向器。在一些实施方案中，铜-镍-锡合金构成抽油杆导向器的外表面的至少一部分。在另一些实施方案中，铜-镍-锡合金至少部分地被包裹在非铜合金的材料中，例如聚合树脂。

在一个实施方案中，抽油杆导向器具有纵向主体，该纵向主体具有第一端、第二端、主体外径(outer body diameter)和外表面。抽油杆导向器还具有在纵向主体中从第一端延伸到第二端且适于接合抽油杆的光滑内孔。抽油杆导向器外表面的至少一部分包含铜-镍-锡合金。

在一些实施方案中，构成外表面的至少一部分的铜-镍-锡合金为铜-镍-锡合金层的形式。该层可包含混合有例如聚合树脂的高百分比的铜-镍-锡合金。铜-镍-锡合金可以粉末形式分散在树脂内，具有从抽油杆导向器中心处的低浓度金属合金粉末到抽油杆导向器的外表面处的高浓度金属合金粉末的浓度梯度。