螺旋齒 v 形防偏磨接箍的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種螺旋齒V形防偏磨接箍，能防止油管柱和接箍間接觸而發(fā)生磨損并延長(zhǎng)油氣井免修期。它主要包括上下內(nèi)螺紋接頭、上下扳手方徑、臺(tái)肩、后錐、螺旋齒、主錐體和前球體；后錐采用90°錐形構(gòu)造，避免基體截面和剛度發(fā)生急劇變化；主錐體獨(dú)特的V形構(gòu)造形成收斂型“楔形”間隙而產(chǎn)生動(dòng)壓液膜，使防偏磨接箍脫離油管壁；螺旋齒齒面的特殊結(jié)構(gòu)結(jié)合V形螺旋齒套再次形成連續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)壓液膜，進(jìn)一步加厚主錐體錐面已經(jīng)形成的動(dòng)壓液膜，從而將油管柱和接箍徹底分開，消除偏磨；螺旋齒套的V形螺旋構(gòu)造不斷攪拌桿管環(huán)空中的井液，有助于砂粒順利出井；前球體的球面構(gòu)造保證井液形成連續(xù)穩(wěn)定流并保護(hù)主錐體錐面上動(dòng)壓液膜。
【專利說(shuō)明】螺旋齒V形防偏磨接箍
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種油氣井抽吸作業(yè)中防止油管柱與抽油桿接箍之間發(fā)生接觸摩擦的井下機(jī)械器具，特別是涉及一種防止接箍磨損和延長(zhǎng)油氣井免修期的防偏磨接箍。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，我國(guó)大部分油氣田的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中后期階段，稠油、高含水等現(xiàn)象非常普遍，有桿抽吸系統(tǒng)中油管柱和接箍間的偏磨問(wèn)題日益嚴(yán)重。
[0003]油氣井抽吸作業(yè)中油管柱和接箍之間發(fā)生接觸進(jìn)而產(chǎn)生摩擦是接箍偏磨的最直接原因，目前國(guó)內(nèi)外的防偏磨技術(shù)主要可以歸納為:加扶正器轉(zhuǎn)移偏磨點(diǎn)技術(shù)，把油管柱和接箍間的偏磨轉(zhuǎn)移為油管柱與扶正器間的偏磨；降低磨損速度技術(shù)，這類技術(shù)主要是將接箍表面進(jìn)行耐磨等熱處理以及在井液中加入緩蝕劑。
[0004]總之，這些防偏磨技術(shù)在一定程度上延長(zhǎng)了油氣井的免修期，但是沒(méi)有從油管和接箍間接觸摩擦導(dǎo)致偏磨的最直接原因出發(fā)，由此所開發(fā)的防偏磨技術(shù)并不能避免油管和接箍間的接觸，也就不能從根本上解決油氣井的偏磨問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了有效解決油氣井油管柱和接箍之間偏磨問(wèn)題并克服現(xiàn)有防偏磨技術(shù)和方法存在的不足，本實(shí)用新型的目的是首次提供一種新型的防偏磨接箍，即研制適用于油氣井防偏磨的螺旋齒V形接箍。該防偏磨接箍依據(jù)所設(shè)計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)和工藝，實(shí)現(xiàn)抽油桿聯(lián)接、油管和接箍間形成動(dòng)壓液膜以及螺旋攪拌功能，可以從根本上防止油管柱與接箍間磨損并有助于砂粒等固體顆粒順利排出井筒。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是研制一種螺旋齒V形防偏磨接箍，主要由上下內(nèi)螺紋接頭、上下扳手方徑、卸荷槽、臺(tái)肩、后錐、螺旋齒、主錐體和前球體幾部分組成。同常規(guī)抽油桿接箍一樣，防偏磨接箍也是抽吸設(shè)備的重要部件和井下抽油桿組成桿柱的聯(lián)接零件，同時(shí)區(qū)別于常規(guī)接箍，該防偏磨接箍在隨抽油桿柱作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的抽吸作業(yè)時(shí)，油管柱與接箍間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，油管柱和接箍主錐體間形成收斂型“楔形”間隙而產(chǎn)生動(dòng)壓液膜，同時(shí)主錐體上螺旋齒周圍流動(dòng)的井液進(jìn)一步加厚已經(jīng)形成的動(dòng)壓液膜，從而將作業(yè)中發(fā)生接觸的油管柱和接箍徹底分開以消除偏磨，同時(shí)，螺旋齒對(duì)桿管環(huán)空中井液不斷攪拌，有助于井液中的砂粒順利排出井筒。
[0007]防偏磨接箍材料選用中碳結(jié)構(gòu)鋼45鋼，整體調(diào)質(zhì)處理后滿足交變載荷下的機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度要求，而且防偏磨接箍在熱處理后還需進(jìn)行磷化處理，使其表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。
[0008]上下內(nèi)螺紋接頭采用環(huán)形構(gòu)造而且等徑內(nèi)孔的通孔上加工有密封性圓錐管螺紋，上內(nèi)螺紋接頭位于防偏磨接箍的最上部，與其上抽油桿柱下端的公螺紋接頭聯(lián)接；下內(nèi)螺紋接頭位于防偏磨接箍的最下部，與其下抽油桿柱上端的公螺紋接頭聯(lián)接；上內(nèi)螺紋接頭上端面和下內(nèi)螺紋接頭下端面與抽油桿推承面臺(tái)肩端面結(jié)合處需產(chǎn)生足夠大的應(yīng)力，防止井液對(duì)圓錐管螺紋產(chǎn)生腐蝕和工作中抽油桿發(fā)生脫扣。
[0009]上下內(nèi)螺紋接頭的外環(huán)面分別加工有上下扳手方徑，即在上下內(nèi)螺紋接頭的外環(huán)面上切出呈90°垂直布置的兩兩相互平行的四個(gè)面，用來(lái)放置卡鉗，裝卸防偏磨接箍上下的抽油桿。卸荷槽和臺(tái)肩的上下兩端分別連接上內(nèi)螺紋接頭和后錐，采用環(huán)形構(gòu)造，用來(lái)減輕由于螺紋接頭和錐體間截面變化引起的應(yīng)力集中，提高防偏磨接箍的疲勞強(qiáng)度。
[0010]后錐用來(lái)連接臺(tái)肩和主錐體，采用錐形構(gòu)造，錐度為90°，用于實(shí)現(xiàn)主錐體至臺(tái)肩間截面上應(yīng)力的平穩(wěn)過(guò)渡，避免基體截面和剛度發(fā)生急劇變化，以減小應(yīng)力集中。
[0011]主錐體、螺旋齒和前球體一起構(gòu)成防偏磨接箍的重要部件。主錐體是整個(gè)防偏磨接箍的主體，采用上粗下細(xì)的倒錐形，即使整個(gè)接箍呈現(xiàn)V形，具體錐度大小需依據(jù)井液黏度值在5°?20°之間選取，并且錐度隨著井液黏度的增大而減小。主錐體錐面需進(jìn)行噴焊處理，噴焊層與基體金屬牢固結(jié)合。接箍和油管柱之間偏心乃至發(fā)生接觸后，主錐體獨(dú)特的V形構(gòu)造使主錐體與油管柱之間在軸線方向上形成收斂型“楔形”間隙，繼而在二者之間產(chǎn)生動(dòng)壓液膜并且液膜不斷加厚，使防偏磨接箍脫離油管壁，避免油管柱和接箍磨損。
[0012]螺旋齒是防偏磨接箍的最主要部件，整個(gè)螺旋齒的齒面需進(jìn)行化學(xué)鍍處理，每個(gè)螺旋齒包括齒根、前齒、齒頂和背齒四個(gè)部分，齒根位于齒根圓上，將整個(gè)螺旋齒結(jié)合于主錐體錐面上，齒根與主錐體交叉部位采用圓弧過(guò)渡的切口部，一方面避免螺旋齒截面和剛度發(fā)生急劇變化，另一方面保證井液可以較為流暢地自入流至前齒面并從背齒面自流出；前齒位于分度圓上，其齒面采用上凸的圓弧面，使前齒和油管柱之間在圓周方向上再次形成斜率更大的收斂型“楔形”間隙，流動(dòng)的井液在前齒面上形成連續(xù)均勻的動(dòng)壓液膜；齒頂位于齒頂圓上，齒頂與前齒面遠(yuǎn)離軸心一端的結(jié)合處采用圓弧過(guò)渡，同時(shí)齒頂面所在圓弧面的切線與其對(duì)應(yīng)位置的齒頂圓切線相擬合，保證前齒面上的流動(dòng)井液沿切線方向順利流出，保持動(dòng)壓液膜的連續(xù)性和穩(wěn)定性；背齒與前齒位于同一分度圓上，背齒的齒面采用下凹的圓弧面，流動(dòng)的井液在此處產(chǎn)生低壓并形成旋渦流，旋渦流表層的液膜用來(lái)連接齒頂面和齒根處主錐體錐面的動(dòng)壓液膜，從而保證整個(gè)動(dòng)壓液膜的完整性。
[0013]螺旋齒沿主錐體錐面均勻排列，個(gè)數(shù)需依據(jù)井液黏度值和接箍直徑大小在12?24之間選取，所有均布的螺旋齒沿主錐體軸向形成一個(gè)上粗下細(xì)的倒錐形，即呈現(xiàn)出V形螺旋齒套，其錐度大于主錐體錐面的錐度，超出值為3°?15°，井液黏度大時(shí)取小值，井液黏度小時(shí)取大值。每個(gè)螺旋齒齒面的特殊結(jié)構(gòu)結(jié)合V形螺旋齒套保證螺旋齒周圍流動(dòng)的井液形成連續(xù)穩(wěn)定且具備一定厚度的動(dòng)壓液膜，并且與主錐體錐面已經(jīng)形成的動(dòng)壓液膜疊加在一起，這會(huì)進(jìn)一步增加動(dòng)壓液膜的厚度，從而將抽吸作業(yè)中發(fā)生接觸的油管柱和接箍徹底分開，以消除偏磨。此外，螺旋齒伴隨防偏磨接箍的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，螺旋齒套的V形螺旋構(gòu)造也起到不斷攪拌桿管環(huán)空中的井液和砂粒等固體顆粒的作用，阻止砂粒等固體顆粒產(chǎn)生沉降，有助于砂粒順利排出井筒。
[0014]前球體的表面需進(jìn)行噴焊處理，噴焊層與基體金屬牢固結(jié)合。前球體與下內(nèi)螺紋接頭結(jié)合處采用圓弧過(guò)渡，避免基體截面和剛度發(fā)生急劇變化，以減小應(yīng)力集中，同時(shí)降低流動(dòng)井液切進(jìn)前球體面的阻力。前球體的基體面采用球面，保證切入前球體面井液連續(xù)性和穩(wěn)定性，避免流動(dòng)井液由于基體截面的變化而發(fā)生阻流和紊流。前球體面的切線與主錐體錐面結(jié)合處的錐線相擬合，保證井液順暢流入主錐體而不易發(fā)生阻流，避免影響主錐體上動(dòng)壓液膜的形成以及對(duì)已形成的液膜產(chǎn)生沖擊破壞。[0015]本實(shí)用新型所能達(dá)到的技術(shù)效果是，后錐采用90°錐形構(gòu)造，避免主錐體至臺(tái)肩間截面和剛度發(fā)生急劇變化；主錐體獨(dú)特的V形構(gòu)造使主錐體與油管柱之間在其軸線方向上形成收斂型“楔形”間隙而產(chǎn)生動(dòng)壓液膜，使防偏磨接箍脫離油管壁，避免油管柱和接箍磨損；螺旋齒齒面的特殊結(jié)構(gòu)結(jié)合V形螺旋齒套再次形成連續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)壓液膜，進(jìn)一步加厚主錐體錐面已經(jīng)形成的動(dòng)壓液膜，從而將作業(yè)中發(fā)生接觸的油管柱和接箍徹底分開，以消除偏磨；螺旋齒套的V形螺旋構(gòu)造不斷攪拌桿管環(huán)空中的井液和砂粒，有助于砂粒等固體顆粒順利排出井筒；前球體的球面結(jié)構(gòu)保證其上井液產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定流，避免發(fā)生阻流和紊流；前球體面的切線通過(guò)與主錐體錐面結(jié)合處的錐線相擬合，保證井液順暢流經(jīng)主錐體，避免影響錐面上動(dòng)壓液膜的形成和后期產(chǎn)生沖擊破壞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0017]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型所提出的螺旋齒V形防偏磨接箍的典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0018]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型所提出的螺旋齒V形防偏磨接箍的仰視圖。
[0019]圖3是圖1的A— A剖視圖。
[0020]圖4是螺旋齒V形防偏磨接箍中螺旋齒的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0021]圖5是螺旋齒V形防偏磨接箍的防偏磨機(jī)理簡(jiǎn)圖。
[0022]圖中I 一上內(nèi)螺紋接頭，2 —上扳手方徑，3 —卸荷槽，4 一臺(tái)肩，5 —后錐，6 —螺旋齒，7 —主錐體,8 —前球體,9 一下扳手方徑,10 一下內(nèi)螺紋接頭，11 一齒根，12 一前齒，13—齒頂，14 一背齒。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在圖1和圖2中，螺旋齒V形防偏磨接箍由上而下依次為上內(nèi)螺紋接頭1、上扳手方徑2、卸荷槽3、臺(tái)肩4、后錐5、螺旋齒6、主錐體7、前球體8、下扳手方徑9和下內(nèi)螺紋接頭10。安裝前，卸荷槽3、臺(tái)肩4和后錐5等部件應(yīng)去毛刺并清洗干凈，檢查螺旋齒6的鍍層以及主錐體7和前球體8的噴焊層與基體金屬是否牢固結(jié)合，其表面是否有氣泡、麻點(diǎn)、起皮和碰傷等缺陷。安裝時(shí)，上內(nèi)螺紋接頭I和下內(nèi)螺紋接頭10的螺紋在旋緊前涂厭氧膠，將卡鉗依次放置在下內(nèi)螺紋接頭10的下扳手方徑9和其下抽油桿的扳手方徑以及上內(nèi)螺紋接頭I的上扳手方徑2和其上抽油桿扳手方徑縱向的兩個(gè)平行面上，反方向扳動(dòng)卡鉗，即可旋緊或者松開防偏磨接箍和抽油桿間的聯(lián)接螺紋，實(shí)現(xiàn)防偏磨接箍的安裝或拆卸。
[0024]在圖3和圖4中，防偏磨接箍的螺旋齒6沿主錐體7錐面均勻排列，形成一個(gè)上粗下細(xì)的V形螺旋齒套。每個(gè)螺旋齒6均由齒根11、前齒12、齒頂13和背齒14組成，齒根11所在的齒根圓直徑為Dl，前齒12和背齒14所在的分度圓直徑為De，齒頂13所在的齒頂圓直徑為Dt，齒根圓直徑D1、分度圓直徑De和齒頂圓直徑Dt沿V形螺旋齒套由下而上依次增大，增大的幅值為主錐體7錐度和V形螺旋齒套錐度之和。齒根11將整個(gè)螺旋齒6結(jié)合于主錐體7錐面上，井液經(jīng)齒根11流暢切入前齒面，前齒12齒面上流動(dòng)的井液形成連續(xù)均勻的動(dòng)壓液膜并經(jīng)齒頂13齒面連續(xù)流出，背齒14處旋渦流表層形成液膜，最終在螺旋齒套表面形成一層連續(xù)穩(wěn)定且具備一定厚度的動(dòng)壓液膜。
[0025]在圖5中，油氣井抽吸作業(yè)中，抽油桿柱帶動(dòng)接箍上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成油管柱和接箍之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，理想工況下油管柱軸線和接箍軸線重合，二者不存在偏磨問(wèn)題，而實(shí)際工況中油管柱和接箍之間會(huì)發(fā)生偏心甚至接觸，此時(shí)如果仍然采用常規(guī)接箍，會(huì)造成二者之間發(fā)生偏磨而產(chǎn)生磨損。本實(shí)用新型所提出的螺旋齒V形防偏磨接箍的防偏磨機(jī)理是，桿管環(huán)空中流動(dòng)的井液首先順利切入防偏磨接箍前球體8球面并形成連續(xù)穩(wěn)定流，然后，順暢流入主錐體7錐面，主錐體7與油管柱之間的收斂型“楔形”間隙使得主錐體7周圍各處的液膜壓力不均等，同時(shí)液膜總力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提升而逐漸增大，由此在主錐體7錐面產(chǎn)生動(dòng)壓液膜，而且液膜隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提升而不斷增厚，使防偏磨接箍脫離油管壁并實(shí)現(xiàn)接箍軸線向油管柱軸線重合的方向不斷移動(dòng)。螺旋齒6的特殊結(jié)構(gòu)結(jié)合V形螺旋齒套保證螺旋齒周圍流動(dòng)的井液形成另外一層連續(xù)穩(wěn)定且具備一定厚度的動(dòng)壓液膜，進(jìn)一步加厚主錐體7錐面已經(jīng)形成的動(dòng)壓液膜，使接箍軸線進(jìn)一步向油管柱軸線重合的方向移動(dòng)。雙層動(dòng)壓液膜將作業(yè)中發(fā)生接觸的油管柱和接箍徹底分開，從而消除偏磨。
[0026]此外，螺旋齒6伴隨防偏磨接箍的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，V形螺旋構(gòu)造的螺旋齒套不斷攪拌桿管環(huán)空中的井液和砂粒等固體顆粒，阻止砂粒等固體顆粒產(chǎn)生沉降，有助于砂粒隨井液順利排出井筒。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于: 一上內(nèi)螺紋接頭和下內(nèi)螺紋接頭；所述上下內(nèi)螺紋接頭采用環(huán)形構(gòu)造而且等徑內(nèi)孔的通孔上加工有密封性圓錐管螺紋； 一上扳手方徑和下扳手方徑；所述上下扳手方徑是分別在上下內(nèi)螺紋接頭的外環(huán)面上切出呈90°垂直布置的兩兩相互平行的四個(gè)面； 一卸荷槽； 一臺(tái)肩； 一后錐；所述后錐用來(lái)連接臺(tái)肩和主錐體，采用錐形構(gòu)造，錐度為90° ; 一主錐體；所述主錐體錐面需進(jìn)行噴焊處理，主錐體獨(dú)特的V形構(gòu)造使主錐體與油管柱之間在軸線方向上形成收斂型“楔形”間隙，在二者之間產(chǎn)生動(dòng)壓液膜并且液膜不斷加厚，使防偏磨接箍脫離油管壁； 一螺旋齒；所述螺旋齒的齒面需進(jìn)行化學(xué)鍍處理，每個(gè)螺旋齒包括齒根、前齒、齒頂和背齒四個(gè)部分，齒根位于齒根圓上，將整個(gè)螺旋齒結(jié)合于主錐體錐面上，而齒頂位于齒頂圓上，齒頂與前齒面遠(yuǎn)離軸心一端的結(jié)合處采用圓弧過(guò)渡，背齒與前齒位于同一分度圓上；螺旋齒沿主錐體錐面均勻排列，個(gè)數(shù)需依據(jù)井液黏度值和接箍直徑大小在12~24之間選取，所有均布的螺旋齒沿主錐體軸向形成一個(gè)上粗下細(xì)的倒錐形，即呈現(xiàn)出V形螺旋齒套；每個(gè)螺旋齒齒面的特 殊結(jié)構(gòu)結(jié)合V形螺旋齒套保證螺旋齒周圍流動(dòng)的井液形成連續(xù)穩(wěn)定且具備一定厚度的動(dòng)壓液膜，并且與主錐體錐面已經(jīng)形成的動(dòng)壓液膜疊加在一起； 一前球體；所述前球體的表面需進(jìn)行噴焊處理，前球體與下內(nèi)螺紋接頭結(jié)合處采用圓弧過(guò)渡，前球體的基體面采用球面，保證切入前球體面井液連續(xù)性和穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述主錐體采用上粗下細(xì)的倒錐形，即使整個(gè)接箍呈現(xiàn)V形，具體錐度大小需依據(jù)井液黏度值在5°~20°之間選取，并且錐度隨著井液黏度的增大而減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述螺旋齒的齒根與主錐體交叉部位采用圓弧過(guò)渡的切口部，井液可以較為流暢地自入流至前齒面并從背齒面自流出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述螺旋齒的前齒齒面采用上凸的圓弧面，使前齒和油管柱之間在圓周方向上再次形成斜率更大的收斂型“楔形”間隙，流動(dòng)的井液在前齒面上形成連續(xù)均勻的動(dòng)壓液膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述螺旋齒的齒頂面所在圓弧面的切線與其對(duì)應(yīng)位置的齒頂圓切線相擬合，保證前齒面上的流動(dòng)井液沿切線方向順利流出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述螺旋齒的背齒齒面采用下凹的圓弧面，流動(dòng)的井液在此處產(chǎn)生低壓并形成旋渦流，旋渦流表層的液膜用來(lái)連接齒頂面和齒根處主錐體錐面的動(dòng)壓液膜，從而保證整個(gè)動(dòng)壓液膜的完整性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述V形螺旋齒套的錐度大于主錐體錐面的錐度，超出值為3°~15°，井液黏度大時(shí)取小值，井液黏度小時(shí)取大值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋齒V形防偏磨接箍，其特征在于:所述前球體面的切線與主錐體錐面結(jié)合處的錐線相擬合，保證井液順暢流入主錐體而不易發(fā)生阻流。
【文檔編號(hào)】E21B17/10GK203742471SQ201420126356
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】劉春花, 劉新福, 周超 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)