抽油杆装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在每端具有连接器的玻璃纤维杆。每个连接器具有杆接收插座，所述杆接收插座具有开口端、封闭端和轴向间隔开的环状楔形表面，以使得杆和相应连接器之间的压缩力由楔形表面的形状限定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请是提交于2011 年 8 月 9 日、名称为 “Sucker Rod Apparatus and Method”的 Russell P.Rutledge, Russell P.Rutledge, Jr.和 Ryan B.Rutledge 的美国申请N0.13/136，715的部分继续申请案。
本专利技术一般地涉及油井抽油杆。具体地，本专利技术涉及由玻璃纤维制成的在每端具有端部装配件或连接器的油井抽油杆及其制造。【附图说明】被结合在说明书中并且组成说明书的一部分的附图示出本专利技术的优选实施例，并且与对本专利技术的概述和下文给出的对优选实施例的详细描述一起用于说明本专利技术的原理图1示出与本专利技术的技术一起使用的典型泵送系统。图2是在本专利技术范围内的抽油杆和相关端部装配件的横截面图。图2A是图2中所示的放大部分2A的分解图，示出楔形系统的楔形部分的前缘和后缘之间的夹角。图3是沿着截面线3-3取得的图2中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图4是沿着截面线4-4取得的图2中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图5是沿着截面线5-5取得的图2中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图6是沿着截面线6-6取得的图2中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图7是沿着截面线7-7取得的图2中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图8是沿着截面线8-8取得的图2中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图9是在本专利技术的楔形系统中横坐标上每个楔形部分的前缘和后缘的纵坐标上的长度之间的关系的曲线图。图10是本专利技术范围内的抽油杆和相关端部装配件的另一实施例的横截面图。图11是本专利技术范围内沿着楔形系统的楔形部分中的一个的最高点取得的图10中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。图12是本专利技术范围内沿着图11所示的楔形系统的楔形部分的最低点(vortex)取得的图10中所示的抽油杆和端部装配件组合的横截面图。下面参考列出的附图描述抽油杆和相关连接器的图示实施例。上文的概述和下面的详细描述仅仅用于说明本专利技术，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下本领域技术人员将很容易想到本专利技术的附加模型、优点和特性。【具体实施方式】在很多油井中，储油层中的压力不足以将油提升到表面。在这样的情况下，通常使用地下泵从油井中抽出油。位于表面处的泵送单元驱动地下泵。该泵送单元通过一连串抽油杆连接到地下泵。泵送单元上下移动抽油杆串以驱动地下泵。最初，抽油杆是特种钢泵杆。抽油杆典型地是用于组成杆泵送系统的井下部件和地面之间的机械组件的钢杆。多个抽油杆被螺纹连接在一起以组成从地面上的游梁泵送单元到井底处的地下泵的机械连接件或抽油杆串。抽油杆在每一端具有螺纹并且被制造到石油工业所设置的尺寸标准和金属规格。典型地，抽油杆的长度为25或30英尺(7.6或9.1米)并且直径从1/2英寸到11/8英寸变化(12至30毫米)。因此，抽油杆泵送是人工举升的方法，其中位于井底或附近并且连接到一串抽油杆的地下泵被用于将井产流体举升到地面。杆串和流体的重量被附接到往复式梁或游梁泵送单元的曲柄部件的重量、或者附接到梁的汽缸中的空气压力所平衡。由于钢抽油杆较重的重量，需要大型泵送单元，并且泵送深度受到限制。现在优选地是使用由玻璃纤维制成的具有钢连接器的抽油杆。玻璃纤维抽油杆提供足够的强度和远小于钢杆的重量。因为玻璃纤维抽油杆的发展，持续努力来改进抽油杆，具体地为改进钢连接器和连续杆之间的关系。图1示出一般泵送系统20。泵送系统20包括泵驱动器22，泵驱动器22是常规游梁泵或抽油机，并且通过插入在井眼28中的抽油杆串24被连接到井下泵26。抽油杆串24可以包括从井下泵26延伸到泵送系统20的连续抽油杆10、一系列连接的抽油杆10、一系列连接在一起的常规长度的杆、或上述各项的任意组合。泵驱动器22包括驴头22A、梁22B、齿轮箱22c和电机22D。优选地，抽油杆10是玻璃纤维、复合材料或具有类似特性的杆。如本文所述，当连续抽油杆10是基本在泵驱动器22和井下泵26之间延伸的单件杆时，抽油杆串24可以与连续抽油杆10相同。图2是本专利技术范围内包括纤维复合材料杆200和相关端部装配件100的抽油杆10的实施例的横截面图。抽油杆10包括纤维复合材料杆200和一个或多个端部装配件100。纤维复合材料杆200具有第一端202和第二端(未不出)。典型地，在纤维复合材料杆200的每一端上具有端部装配件100以将多个纤维复合材料杆200联接在一起。端部装配件100包括外表面102、封闭端104、开口端106和内表面108。内表面108包括楔形系统110。本专利技术提供了，楔形系统110可以具有从一个楔状部到多个楔状部的任意数量楔状部。图2中所示的实施例具有三个楔状部。楔形系统110在端部装配件100中限定腔体112以容纳纤维复合材料杆200。此外，楔形系统110包括多个楔形部分114。每个楔形部分114具有最高点116、最低点124、前缘118和后缘120，后缘120在最高点116和后缘120之间从最高点116延伸到最低点124。每个最高点116形成腔体112内的周边122，每个最高点116是与每个楔形部分114相关的腔体112的最窄部分。每个最低点124是与每个楔形部分114相关的腔体112的最宽部分。前缘118比后缘120长，其中相对于端部装配件100的每个楔形部分114，前缘118面向开口端106，后缘120面向封闭端104。第一楔形部分114A接近封闭端104，以接收大于与其他楔形部分114BU14C相关的压缩力的压缩力。具体地，第一楔形部分114A接收的压缩力大于接近第一楔形部分114A的第二楔形部分114B接收的压缩力。第二楔形部分114B和开口端106之间的第三楔形部分114C接收的压缩力小于与第一楔形部分114A、第二楔形部分114C相关的压缩力。因此，压缩力沿着每个楔形部分114形成力差，其中在端部装配件100的封闭端104处更大，而朝向端部装配件100的开口端106减小。由于与第一楔形部分114A相关的压缩力降低第一楔形部分114A的结构完整性，所以已经发现第一楔形部分114A的未补偿压缩力被传递到第二楔形部分114B并由第二楔形部分114B接收。类似地，由于与第二楔形部分114B相关的压缩力降低第二楔形部分114B的结构完整性，所以已经发现第二楔形部分114B的未补偿压缩力被传递到第三楔形部分114C并由第三楔形部分114C接收。因此，由楔形系统110产生力传递连续性。由于楔形系统110从楔形系统110的一个楔形部分114到下一楔形部分114恶化，力传递连续性在端部装配件100和纤维复合材料杆200之间提供恒定效果。具体地包括端部装配件100的抽油杆10的本结构没有通过端部装配件100分散压缩力，而是将压缩力集中在本专利技术的楔形系统110的每个楔形部分114上。抽油杆10具有楔形部分114的多个纵向横截面，这在腔体112内形成多个截头圆锥形状。抽油杆10的楔形部分114在其每个相应边缘118、120上生成不同的压缩力，其中压缩力大约与每个边缘118、120的长度成比例。在一个实施例中，每个边缘118、120上的压缩力正比于每个边缘118、120的长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抽油杆的端部装配件，所述端部装配件包括：外表面、封闭端、开口端和内表面，所述内表面包括楔形系统，所述楔形系统限定腔体，其中所述楔形系统包括至少一个楔形部分，所述至少一个楔形部分具有弓形最高点、最低点、前缘和后缘，每个最高点在所述腔体内形成相等尺寸的弓形外周并且是与每个楔形部分相关的所述腔体的最窄部分，每个最低点在所述腔体内形成相等尺寸的外周，是与每个楔形部分相关的腔体的最宽部分，以使得所述前缘比所述后缘长，并且相对于每个楔形部分，所述前缘面向所述开口端，所述后缘面向所述封闭端，从而沿着所述楔形系统形成力差，其中压缩力在所述装配件的所述封闭端处更大，并且朝着所述装配件的所述开口端减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.09 US 13/136,715;2012.02.17 US 13/385,4101.一种用于抽油杆的端部装配件，所述端部装配件包括: 外表面、封闭端、开口端和内表面， 所述内表面包括楔形系统，所述楔形系统限定腔体，其中所述楔形系统包括至少一个楔形部分，所述至少一个楔形部分具有弓形最高点、最低点、前缘和后缘， 每个最高点在所述腔体内形成相等尺寸的弓形外周并且是与每个楔形部分相关的所述腔体的最窄部分，每个最低点在所述腔体内形成相等尺寸的外周，是与每个楔形部分相关的腔体的最宽部分，以使得所述前缘比所述后缘长，并且相对于每个楔形部分，所述前缘面向所述开口端，所述后缘面向所述封闭端， 从而沿着所述楔形系统形成力差，其中压缩力在所述装配件的所述封闭端处更大，并且朝着所述装配件的所述开口端减小。2.根据权利要求1所述的端部装配件，其中，所述楔形系统在其每个相应楔形部分上产生不同压缩力，所述压缩力大约与每个边缘的长度成比例。3.根据权利要求1所述的端部装配件，其中，接近所述封闭端的楔形部分用于接收比相邻楔形部分接收的压缩力更大的压缩力。4.根据权利要求1所 述的端部装配件，其中，所述楔形部分由所述前缘和所述后缘之间与所述最高点和所述最低点相关的夹角确定。5.根据权利要求4所述的端部装配件，其中，限定所述最高点的夹角是优角。6.根据权利要求4所述的端部装配件，其中，限定所述最低点的夹角是钝角。7.根据权利要求1所述的端部装配件，其中，所述前缘在所述封闭端处较短，并且从所述封闭端到所述开口端逐渐增大，由此补偿在所述端部装配件中所述抽油杆的压缩，所述后缘在所述封闭端处较短，并且从所述封闭端到所述开口端逐渐增大，由此补偿在所述端部装配件中与所述抽油杆相关的反压力。8.根据权利要求1所述的端部装配件，还包括纤维复合材料杆，所述纤维复合材料杆具有被居中地接合在所述端部装配件内的端部。9.根据权利要求8所述的端部装配件，其中，所述纤维复合材料杆基本接合所述最高点的所述弓形外周。10.根据权利要求8所述的端部装配件，还包括第二端部装配件，所述第二端部装配件与所述纤维复合材料杆的第二端接合。11.根据权利要求8所述的端部装配件，还包括环氧树脂，所述环氧树脂被放置在所述腔体中以在所述腔体中与所述纤维复合材料杆结合，从而稳固地将所述端部装配件与所述纤维复合材料杆固定。12.根据权利要求11所述的端部装配件，其中，所述环氧树脂在所述楔形部分和所述纤维复合材料杆之间厚度均匀，以使得最大厚度基本恒定，并且最小厚度基本恒定。13.根据权利要求8所述的端部装配件，还包括在所述封闭端中的斜面凹槽，以接收所述纤维复合材料杆并将所述纤维复合材料杆居中地对准在所述端部装配件内。14.根据权利要求1所述的端部装配件，还包括接近所述封闭端的第一楔形部分和第二楔形部分，所述第一楔形部分用于接收比所述第二楔形部分接收的压缩力大的压缩力，所述第二楔形部分用于接收比第三楔形部分接收的压缩力大的压缩力。15.一种抽油杆,所述抽油杆包括:纤维复合材料杆，所述纤维复合材料杆具有第一端和第二端，和 在所述纤维复合材料杆的每一端上的端部装配件，所述端部装配件用于将多个纤维复合材料杆联接在一起，所述端部装配件包括: 外表面、封闭端、开口端和内表面， 所述内表面包括楔形系统，所述楔形系统限定腔体，其中所述楔形系统包括至少一个楔形部分，所述至少一个楔形部分具有弓形最高点、最低点、前缘和后缘， 每个最高点在所述腔体内形成相等尺寸的弓形外周，是与每个楔形部分相关的所述腔体的最窄部分，每个最低点在所述腔体内形成相等尺寸的外周，是与每个楔形部分相关的腔体的最宽部分，以使得所述前缘比所述后缘长，并且相对于每个楔形部分，所述前缘面向所述开口端，所述后缘面向所述封闭端， 每个前缘在所述封闭端处较短，并且从所述封闭端到所述开口端逐渐增大，从而补偿在所述端部装配件中所述抽油杆的压缩，每个后缘在所述封闭端处较短，并且从所述封闭端到所述开口端逐渐增大，从而补偿在所述端部装配件中与所述抽油杆相关的反压力， 内楔形部分的后缘与前缘的比率大于每个后续相邻后缘与前缘比率的后缘与前缘的比率， 从而沿着所述楔形系统形成力差，其中压缩力在所述装配件的所述封闭端处更大，并且朝着所述装配件的所述开口端减小。16.根据权利要求15所述的抽油杆，其中，所述楔形系统在其每个相应楔形部分上产生不同压缩力，所述压缩力大约与每个边缘的长度成比例。17.根据权利要求16所述的抽油杆，其中，每个边缘上的压缩力与每个边缘的长度成正比。18.根据权利要求15所述的抽油杆，其中，所述楔形部分由所述前缘和所述后缘之间与所述最高点或所述最低点相关的夹角确定。19.根据权利要求18所述的抽油杆，其中，每个凹入表面的前缘和后缘之间的夹角是钝角。20.根据权利要求15所述的抽油杆，其中，所述纤维复合材料杆具有居中地接合在所述端部装配件内的每个端部。21.根据权利要求20所述的抽油杆，还包括环氧树脂，所述环氧树脂被放置在所述腔体中以在所述腔体中与所述纤维复合材料杆结合，从而稳固地将所述端部装配件与所述纤维复合材料杆固定。22.根据权利要求21所述的抽油杆，其中，所述环氧树脂在所述楔形部分和所述纤维复合材料杆之间厚度均匀，以使得最大厚度基本恒定，并且最小厚度基本恒定。23.根据权利要求20所述的抽油杆，还包括在所述封闭端中的斜面凹槽，以接收所述纤维复合材料杆并将所述纤维复合材料杆居中地对准在所述端部装配件内。24.一种用于制造抽油杆的方法，所述方法包括如下步骤: 构造端部装配件，所述端部装配件包括外表面、封闭端、开口端和内表面，所述内表面包括楔形系统，所述楔形系统限定腔体，其中所述楔形系统包括至少一个楔形部分，所述至少一个楔形部分具有弓形 最高点、最低点、前缘和后缘，每个最高点在所述腔体内形成相等尺寸的弓形外周，是与每个楔形部分相关的所述腔体的最窄部分，每个最低点在所述腔体内形成相等尺寸的外周，是与每个楔形部分相关的腔体的最宽部分，以使得所述前缘比所述后缘长，并且相对于每个楔形部分，所述前缘面向所述开口端，所述后缘面向所述封闭端， 使纤维复合材料杆的端部接合在所述端部装配件的腔体中以在所述纤维复合材料杆和所述端部装配件的楔形部分之间产生对称空隙，从而所述对称空隙沿着所述纤维复合材料杆的纵轴具有对称性， 将环氧树脂注入到所述空隙中以与所述纤维复合材料杆结合并稳固地接合所述端部装配件的楔形系统的楔形部分，以将所述端部装配件固定到所述纤维复合材料杆，以使得由于所述环氧树脂在所述楔形部分和所述纤维复合材料杆之间厚度均匀，从而最大厚度基本恒定，并且最小厚度基本恒定， 从而沿着所述楔形系统形成力差，其中压缩力在所述装配件的所述封闭端处更大，并且朝着所述装配件的所述开口端减小。25.根据权利要求24所述的用于制造抽油杆的方法，还包括在楔形部分的每个相应表面上产生不同压缩力的步骤，其中所述压缩力大约与每个边缘的长度成比例。26.根据权利要求25所述的用于制造抽油杆的方法，还包括每个表面上的压缩力朝向所述封闭端增大并朝向所述开口端减小的步骤。27.根据权利要求26所述的用于制造抽油杆的方法，其中，每个第一边缘上的压缩力直接与每个边缘的长度成比例。28.根据权利要求2 4所述的用于制造抽油杆的方法，其中，所述楔形部分由每个凹入表面的第一表面和第二表面之间的相关夹角确定。29.根据权利要求28所述的用于制造抽油杆的方法，其中，与所述最低点相关的夹角是纯角。30.根据权利要求28所述的用于制造抽油杆的方法，其中，与所述最高点相关的夹角是优角。31.根据权利要求24所述的用于制造抽油杆的方法，其中，每个楔形具有与施加到所述楔形的压缩力成比例的长度。32.根据权利要求24所述的用于制造抽油杆的方法，其中，每个楔形具有从所述端部装配件的封闭端到开口端增大的长度。33.根据权利要求24所述的用于制造抽油杆的方法，其中，每个楔形具有从所述端部装配件的封闭端到开口端减小的长度。34.一种用于抽油杆的端部装配件，所述端部装配件包括: 外表面、封闭端、开口端和内表面， 所述内表面包括楔形系统，所述楔形系统限定腔体，其中所述楔形系统包括三个楔形部分，所述楔形部分具有最高点、最低点、前缘和后缘，每个最高点在所述腔体内形成相等尺寸的外周，是与每个楔形部分相关的所述腔体的最窄部分，每个最低点在所述腔体内形成相等尺寸的外周，是与每个楔形部分相关的腔体的最宽部分，以使得所述前缘比所述后缘长，并且相对于每个楔形部分，所述前缘面向所述开口端，所述后缘面向所述封闭端 所述前缘在所述封闭端处较短，并且从所述封闭端到所述开口端逐渐增大，从而补偿在所述端部装配件中所述抽油杆的压缩，所述后缘在所述封闭端处较短，并且从所述封闭端到所述开口端逐渐增大，从而补偿在所述端部装配件中与所述抽油杆相关的反压力。 接近所述封闭端的第一楔形部分用于接收比第二楔形部分接收的压缩力更大的压缩力，所述第二楔形部分用于接收比第三楔形部分接收的压缩力更大的压缩力，从而压缩力沿着所述楔形系统形成力差，其中压缩力在所述装配件的所述封闭端处更大，并且朝着所述装配件的所述开口端减小。35.根据权利要求34所述的端部装配件，其中，所述楔形系统在其每个相应楔形部分上产生不同压缩力，所述压缩力大约与每个边缘的长度成比例。36.根据权利要求35所述的端部装配件，其中，每个边缘上的压缩力与每个边缘的长度成正比。37.根据权利要求34所述的端部装配件，其中，所述楔形部分由所述前缘和所述后缘之间与所述最高点和所述最低点相关的夹角确定。38.根据权利要求37所述的端部装配件，其中，每个凹入表面的前缘和后缘之间的夹角是钝角。39.根据权利要求34所述的端部装配件，还包括纤维复合材料杆，所述纤维复合材料杆具有被居中地接合在所述端部装配件内的端部。40.根据权利要求39所述的端部装配件，还包括第二端部装配件，所述第二端部装配件与所述纤维复合材料杆的第二端接合。41.根据权利要求39所述的端部装配件，还包括环氧树脂，所述环氧树脂被放置在所述腔体中以在所述腔体中与所述纤维复合材料杆结合，从而稳固地将所述端部装配件与所述纤维复合材料杆固定。42.根据权利要求41所述的端部装配件，其中，所述环氧树脂在所述楔形部分和所述纤维复合材料杆之间厚度均匀，以使得最大厚度基本恒定，...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉塞尔·P·拉特利奇，拉塞尔·P·小拉特利奇，赖安·B·拉特利奇，
申请(专利权)人：菲纳罗德工业生产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US