[发明专利]金属铠装纤维增强复合连续抽油杆

说明书

本发明公开了金属铠装纤维增强复合连续抽油杆，包括抽油杆主体和接头，所述抽油杆主体包括心部和包围所述心部的金属铠装防护层，所述接头设置在所述抽油杆主体的端部，所述心部由树脂基纤维增强复合材料构成，所述接头为机械锁定式接头或粘接式接头，所述机械锁定式接头通过机械锁定的方式与所述抽油杆主体相连，所述粘接式接头通过粘接的方式与所述抽油杆主体相连，机械锁定式接头包括内套筒、顶杆和外套筒，所述粘接式接头包括接头主体和粘合剂。本发明提供的金属铠装纤维增强复合连续抽油杆连接牢固不易松脱，密封效果好，抗拉强度高，实用性强。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体来说，涉及金属铠装纤维增强复合连续抽油杆。

背景技术

有杆泵采油技术是当前国内外应用最广泛的机械采油技术。抽油杆是杆泵采油系统中的关键部件之一。

传统的钢质抽油杆由特种钢材制成并采用分段式不连续构造，每段(根)抽油杆的长度为7至9米。这种抽油杆主要存在如下缺点：(1)钢材的密度高，拉伸强度较低——这不仅导致应用抽油杆的过程中的能耗增加，而且由于抽油杆自身的重量和拉伸强度的限制，抽油杆的最大使用深度小于2500米；(2)这种钢材不耐酸、碱、硫化氢等物质的腐蚀；(3)在使用抽油杆时，每根抽油杆之间以接箍连接，进而由多根抽油杆串接形成抽油杆柱，由此方能与地下数百米至数千米深处的抽油泵相连——这导致抽油杆柱易磨损断脱，现场安装作业量大，并且操作者的劳动强度高；(4)每个接箍的长度为150毫米左右，接箍的直径比抽油杆的直径大，结果，当抽油杆柱在油管内上下运动时，接箍与油管内壁之间会发生磨擦，这极易导致接箍和/或油管壁磨损，进而导致抽油杆柱断脱或油管壁磨漏，尤其在斜井、水平井、深井和稠油井中更容易发生上述事故。

现有技术中还存在由玻璃钢制成的抽油杆。这种抽油杆也采用分段式不连续构造，每段(根)抽油杆的长度为7至9米，抽油杆的两端都粘接有金属接头，以便与外部部件连接。这种抽油杆主要存在如下缺点：(1)在使用抽油杆时，每根抽油杆之间以接箍连接，进而由多根抽油杆串接形成抽油杆柱，由此方能与地下数百米至数千米深处的抽油泵相连——这导致现场操作者的劳动强度增大；(2)接箍处容易发生磨损或断脱，油管壁容易磨漏；(3)抽油杆对侧向力和轴向力的抵抗性差，拉伸强度和疲劳强度低。

现有技术中还存在由碳纤维复合材料制成的连续柔性带状抽油杆。由于受当时的树脂的柔韧性的限制，所以为了满足抽油杆杆体的盘绕半径的要求，只好将抽油杆杆体的横截面做成扁方形(即，抽油杆整体上呈带状)。然而，这会导致如下缺点：(1)因为抽油杆杆体的宽面方向单薄，所以它对垂直于宽面的径向力的抵抗性差，容易发生弯曲并断裂；(2)当对抽油杆杆体的宽面施力不均时，容易产生纵向撕裂；(3)当对抽油杆杆体施加轴向力时，抽油杆杆体容易向宽面方向的一侧弯曲而发生折断。另外，复合材料与金属材料的连接问题一直是世界性的技术难题，特别是对由纤维复合材料制成的几百米甚至几千米的连续柔性抽油杆而言，全凭位于抽油杆杆体端部的十几厘米长的结合部来与金属接头相连，而结合部通常要承受几十吨力的动态拉力，因而实现起来技术难度很大——这也是抽油杆能否可靠地应用的关键。另外，由于这种抽油杆杆体的机械力学性能可能具有各向异性，所以抽油杆的与金属接头相连的结合部的可靠性可能会降低很多。由于抽油杆杆体与金属接头相结合的部位是应力最集中的部位，所以当抽油杆杆体发生摆动或振动时，该部位最容易受损——由碳纤维复合材料制成的连续柔性带状抽油杆更是如此。通过多年的现场应用，证明：由碳纤维复合材料制成的连续柔性带状抽油杆杆体的承载功能单一，机械力学性能及其与金属接头连接后的可靠性都很差。结果，这种抽油杆远不能满足当前油田开采的使用要求，进而导致它的使用范围有限。

现有技术中还存在柔性电伴热抽油杆。这种抽油杆的电加热材料为无氧铜线。无氧铜线位于抽油杆杆体的中心并包覆有绝缘层，抽油杆的外层包覆有用作承载主体的钢丝绳层。这种抽油杆主要存在如下缺陷：(1)作为承载主体的钢丝绳层在承载之后伸长率增大，致使抽油泵的效率降低；(2)钢丝绳层不耐磨损，使用寿命短——只要磨断一根钢丝，钢丝绳层便整体报废；(3)无氧铜线的电导率高，但电热转换效率低，因而不适合用作电热转换体。因此，这种抽油杆的工业实用性不高。