抽油桿扶正器擋環鎖緊工藝研究

(大慶油田創業金屬防腐有限公司 黑龍江 大慶 163412)

·設備儀器與應用·

抽油桿扶正器擋環鎖緊工藝研究

趙清敏

(大慶油田創業金屬防腐有限公司 黑龍江 大慶 163412)

針對采用擋環定位扶正器旋轉式扶正抽油桿在井下工作中擋環竄位導致扶正器脫落，由此失去扶正作用并增加打撈作業、增大開采成本問題等而開展研究。通過分析影響扶正器檔環鎖緊力的主要因素，采取三項主要措施：首先對加工擋環的原料尼龍PA66的干燥工藝參數進行調整，保證檔環材質致密；二是采用正交實驗優化注塑工藝參數，找到最優注塑壓力、溫度和時間組合；三是對檔環和抽油桿表面之間的固定方式改進，增加膠黏劑層。通過以上措施有效提高了擋環鎖緊力。

抽油桿扶正器擋環；鎖緊力；防竄

0 引 言

抽油桿偏磨是影響抽油機施工質量的主要因素之一，為有效治理偏磨現象，采取的措施包括油管防護和抽油桿防護，抽油桿采取的經濟有效措施是加裝扶正器方法[1-3]。目前，現場應用較多的是可旋轉扶正器，具有自動旋轉、防單側偏磨、壽命長等特點。其主要結構由扶正器主體和上下擋環組成，扶正器與抽油桿之間的定位和固定主要依靠擋環的軸向鎖緊力，擋環加工采用尼龍注塑工藝，尼龍原料、注塑參數和固定方法影響鎖緊力大小。為了防止由于擋環鎖緊力不夠，導致扶正器竄位和脫落，研究提高擋環鎖緊力工藝，減少扶正器竄位和脫落，延長使用壽命，減少打撈作業，降低采油成本[4，5]。

1 扶正器擋環鎖緊工藝研究

1.1 現場鎖緊力計算

按照標準SY/T 5832-2009表中數據扶正器規格基本參數中規定軸向鎖緊力為6 kN以上，實驗室采用萬能材料試驗機檢測，如圖1所示。在現場應用中，尤其在新型斜井開采工藝管柱井場，井況復雜，偏磨嚴重，為防止擋環竄位和脫落導致打撈作業，現場往往采用簡易的錘打法測試鎖緊力，現場計算：

重錘作用在擋環上動量為M錘×V錘，擋環瞬間獲得的動量m環×v環，

根據動量守恒：M錘×V錘=m環×v環

擋環的瞬間速度：v環=M錘×V錘/m環

圖1 擋環鎖緊力不夠導致扶正器竄位和脫落

這些動能全部被鎖緊力f環在移動彈性形變范圍內距離s環消耗：E環=f環×s環。

=17kN

為滿足現場工況需求，擋環鎖緊力需達到17 kN以上，保守考慮，車間生產過程中鎖緊力檢測需達到20 kN以上。

1.2 影響鎖緊力的工藝參數

擋環加工過程，優選耐磨、耐高溫、易注塑的尼龍作為原材料，經過注塑機模具一次成型，加工過程中影響鎖緊力的參數主要為原料參數、注塑參數和擋環固定方式。

1)原材料影響

目前生產使用原料為尼龍66(即PA66)，PA66的分子結構中含有大分子結構，含有較強的親水基團，容易吸濕，采用玻璃片檢測方法，飽和水可達到3%以上。為此，成型前須干燥。不同含水量對PA66檔環鎖緊力的影響見表1。

表1 原料含水率與擋環鎖緊力實驗數據表

由上述圖表看出，PA66含水率0.5%～3%之間，鎖緊力發生兩倍變化。

2)注塑參數影響

注塑過程主要參數為注塑壓力、注塑時間和注塑溫度，開展一系列實驗，在另外兩參數不變的情況下調整一個參數，實驗驗證結果見表2～表4和圖2～圖5。

圖2 原料含水率與擋環鎖緊力折線圖

注塑壓力/bar擋環鎖緊力/kN注塑壓力/bar擋環鎖緊力/kN908.81159.4959.01209.51009.21259.41059.3130環不成形1109.4135環不成形

注：(1 bar=0.1 MPa)

圖3 注塑壓力與鎖緊力實驗趨勢圖

注塑時間/s擋環鎖緊力/kN注塑時間/s擋環鎖緊力/kN188.7338.9218.7368.9248.7399.2278.8429.1308.945尼龍環黏附

圖4 注塑時間與鎖緊力實驗趨勢圖

注塑溫度/℃擋環鎖緊力/kN注塑溫度/℃擋環鎖緊力/kN2609.32858.92659.12908.72709.22958.62759.1300尼龍環表面發白、開裂2809.1305尼龍環表面嚴重開裂

圖5 注塑溫度與鎖緊力趨勢圖

由以上圖表可看出，參數的變化引起了鎖緊力的較大變化。

3)固定方式影響

尼龍是用途廣泛的工程塑料，其成型方法可以是注塑、擠出、噴涂、粘接等，不同加工方式鎖緊力實驗記錄見表5。

表5 不同的擋環固定方式下擋環鎖緊力對比表 kN

而目前車間生產工藝為注塑成型，鎖緊力提高僅僅依靠注塑單一方式，提升空間有限，采用復合方式，鎖緊力有較大提高。

2 技術參數的確定

2.1 原料參數的確定

根據烘干設備參數，選取烘干溫度分別為75℃、80℃、85℃，烘干時間30 min、40 min、50 min，記錄實驗數據見表6。

表6 實驗數據表

經過優選，原料含水低于1.0%，尼龍環鎖緊力提升到9.9 kN。選擇烘干溫度85℃，烘干時間50 min作為優選參數。

2.2 注塑參數確定

根據注塑壓力與擋環鎖緊力實驗趨勢圖、注塑時間與鎖緊力實驗趨勢圖、注塑溫度與鎖緊力趨勢圖，選取正交表L9(34)安排實驗見表7，實驗數據見表8。

表7 因素水平表

表8 正交實驗數據記錄表

因子主次順序為： A C B

結合生產效率：A3 C1 B2

優化參數結果：

注塑壓力：120 bar；注塑溫度：260℃；注塑時間： 36 s

實驗可以得出鎖緊力與模具壓力的關系最大，擠出溫度次之，注塑時間最末。經實驗，最后選取A3B2C1作為優化參數。

2.3 固定方式的確定

2.3.1 固定方式的選擇

對擋環固定方式進行綜合評價見表9。

通過上表的分析對比進行優選，最后選擇粘接后注塑為擋環最優固定方式。

表9 擋環固定方式選擇評價表

2.3.2 黏結膠的優選

經過調研，選出四種黏結膠代表，分別是502膠水，抗氧化膠、熱熔膠，AB膠，開展實驗，實驗結果見表10、表11。優選后發現，刷涂抗氧化膠操作難度過大，無法應用于實際生產，而在其余三種粘接劑的選擇中，AB膠的效果最好。

表10 黏接膠選擇評價表

表11 不同黏接膠擋環鎖緊力數據表

2.3.3 AB膠的優選

經過市場調研，確定三種AB膠：509膠黏劑、環氧雙組份膠、普通膠黏劑。將刷涂好膠的抽油桿注環。不同AB膠擋環鎖緊力實驗數據見表12。

由上表可看出，三種AB膠粘接后擋環鎖緊力實驗數值接近，但環氧雙組份膠價格優，更適合大規模的生產，所以選用環氧雙組份膠進行生產。

2.3.4 涂環氧雙組份膠厚度優選

對環氧雙組份膠厚度實驗，記錄見表13。

由表13可看出，環氧雙組份膠涂層范圍0.4～0.8 μm適宜。

3 應用效果

擋環固定方式采用環氧雙組份膠刷涂后注塑，采用優選的工藝參數，生產過程如下：

1)桿體表面除銹，達到Sa2.5級，表面清潔，觀察到金屬本色。

表12 不同AB膠擋環鎖緊力實驗數據 kN

表13 涂不同厚度環氧雙組份膠擋環現場實驗數據表

2)原料烘干，溫度85℃，時間50 min時，檢測含水低于1.0%，進入注塑機。

3)膠的調配：其中A：B膠按1：1調配，5 min內涂刷。

4)注塑，注塑機按照正交實驗結果調整注塑參數，將刷涂后的桿體準確送入注塑機模具注環成型，記錄結果見表14。

擋環外觀均勻，測試鎖緊力在25.1～29.1 kN，平均值27.03 kN。

2016年在薩爾圖區中區西部聚驅、西區三元復合驅推廣應用該扶正器抽油桿120×104m，產生良好的社會效益。擴大了產品系列， 形成了為新采油工藝配套的抽油桿產品，應用中減少了打撈作業費用，減輕了工人的勞動強度。

表14 涂環氧雙組份膠注塑成環測試數據記錄表

4 結束語

在扶正器擋環加工中，通過優化注塑參數和固定方法，形成注塑和粘接一次成型工藝，抽油桿檔環鎖緊力平均值由之前的7.51 kN提高到的27.03 kN，鎖緊能力增強，現場捶打法檢測中，擋環牢固，扶正器穩定長久。2016年推廣應用該扶正器抽油桿120×104m，擋環與扶正器牢固不竄，延長抽油桿壽命，減少單側偏磨，減少泵卡和檢泵次數，減少作業，減輕勞動強度，增強了產品市場競爭力。

[1] 吳則中，鐘永海，孟忠良，等. 我國抽油桿研制工作的現狀及發展方向[J]. 石油機械，2008，36(2)：63-66.

[2] 吳則中，田 豐，張文森，等. 普通抽油桿機械化自動生產線方案設計[J]. 石油機械，2004，32(Z)：47-66.

[3] 吳則中，陳 強，鐘永海，等. 我國29年來抽油桿研制工作回顧與展望[J]. 石油礦場機械，2012，41(1)：62-67.

[4] 馬衛國，楊新冰，張利華，等. 抽油桿管偏磨成因及解決措施研究綜述[J]. 石油礦場機械，2009，38(1)：22-26.

[5] 苗長山，黃源琳，王旱祥，等. 抽油桿偏磨三維力學模型的建立與分析[J]. 石油機械，2007，35(12)：28-31.

StudyonLockingTechnologyofSuckerRodCentralizer

ZHAOQingmin

(DaqingOilFieldVentureMetalCorrosionResistantLimitedCompany,Daqing,Heilongjiang163412,China)

The baffle ring positioning centralizer is used to centralize the rotary sucker rod in well downhole operation, but the centralizer may falls off which caused by the baffle ring channel losing the centralizer function to increase the fishing operation and the mining cost. By analyzing the main factors affecting the clamping force of the centralizer baffle ring, three main measures are taken to solve the problem: First, the drying process parameters of the raw material nylon PA66 used to machine the baffle ring are adjusted to ensure the density of the dense material; Second, to find the optimal combination of the injection pressure, temperature and time using the orthogonal experiment to optimize the injection molding process parameters; Third, to improve the fixed mode between the check ring and the sucker rod surface to increase the adhesive layer. The baffle ring locking force can be improved the above measures effectively.

rod centralizer baffle ring；locking force；prevent type

趙清敏，女，1976年生，高級工程師，2000年畢業于華東理工大學化工工藝專業，現主要從事油田管桿的腐蝕與防護研究工作。E-mail:fangfu228@126.com

TE35

A

2096-0077(2017)06-0090-05

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.06.023

2017-02-22

韓德林)