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国外抽油杆的技术发展


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钻 
●矿 场 机 械 

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采 

工 

艺 

1 9 9 7年

第2 O卷

第 6期 

6 。  
摘 要


国 外 抽 油 杆 的 技 术 发 展  
张连山   ( 『 移2  
( 兰州 石油化 工机 器总 厂开发 处, 7 3 0 0 5 0甘 肃 兰 州 )  

本文全 面 系统 地介绍 7国外 l 0种新 型抽油杆 的结构特 点 、 材料、 优缺 点 、  

研 完与试验 结 果 、 使 用经 济效 益以及 推 广应用状 况, 展 示 了 国外 抽 油杆 的技 术 发 展 。 总 

结 出世 界抽 油杆 的技 术发展 趋 势是 : 抽 油杆 向着 高强度 、 耐腐蚀、 耐磨媚 、 连 续 型结 构 、  
非 圆形截 面( 长方 丹 ; 、 椭 圆开 ; ) 、 新 材料 ( 拓 合金 、 玻 璃纲 、 石墨 合 成材料 ) 方 向 发 展 。 结 合 

我国具体情况, 提 出1 发展我 国抽油杆的 5点建议。  

主 题 词抽 丁 油 杆   型材 一 料结 一 构发 一 展 趋 势    
近年 来 , 国外抽 油杆技 术 发展较  , 为 了  满 足各种高 难 度 油井 采油 的需 要 , 先 后 研 究  开发与 应 用 了许 多 新 型抽 油 杆 , 均 取 得 了较  好的社 会效 益和经 济效益 。这些 新型抽 油 杆  的特 瓿是 : 采 用 了新材 料 、 新技术 、 新 工 艺和  新 结构 型式 . 提高 了抽油 杆 各种性能 指 标, 增  加 了抽 油杆 的适 应 性 , 扩 大 了抽 油杆 使 用 范  围, 减 少 了抽 油杆 的起 下时 间, 节 约 了更多 的  贵 重金 属, 减 少 了抽 油杆 与油 管之 间的磨 损 ,   提高 了抽 油杆 的安 全可 靠 性 , 使抽 油 杆 技 术  达到 了 历史最 高 水平 . 并 在 采 油实 践 中 取 得  疲劳 强度 比正 火处 理 A P I C级 抽 油杆 高  3 7 %, 屈 服强度 比 A P I相 当 的 抽 油 杆 高 
3 8. 5% 。  

( 2 ) 屈 服 比 值 较 合 理 

采用 碳锰 钢 材料 , 经 过快 速 循 环 淬 火 处  理 并经 回火 处理 后, 可 以 获得 较 理 想 的 金 相 

组织 , 具有 合适 的硬 度 与韧 性, 还具 有 较合 理 
的 屈 服 比值 。  

( 3 ) 应 力腐 蚀敏感 性较 小。   s 一8 0型 超高 强度抽 油 杆 可以 获得 较合  理 的淬透性 , 对 应 力腐蚀 的敏 感性 也较 小 。  
( 4 ) 耐 腐 蚀 

较 好经 济效益 。下 面 分 别 介 绍 l 0种 新 型抽  油 杆的技 术性 能 

具 有较 高 的屈 服 强 度, 在较 低 的工 作 应 

超高强度抽油杆 
1 . s 一8 O 型 超 高强 度抽油 杆  由美 国 Ax e l s o n公 司研 究, S 一8 0型超 高 
强 度抽 油杆 , 具 有 以下特点 :  
( 1 ) 疲劳 强度和屈 服 强度均较 高  

力下抽 油杆 还具 有较好 的 耐腐蚀 性能 。   2 . K D级 超高 强度 抽油杆  美国 O i l   We l l 公 司研 制 的 KD级 超高 强  度抽油 杆, 具 有 D 级 抽 油杆 的 高 强 度 , 还 具 
有 K级 抽 油 杆 的 耐 腐 蚀性 能 。特 别 适 用 于 

大载 荷含 有腐 蚀 介 质 的 油 井 中抽 油 , 也 适 用 

*张 连 山 , 教授缎高级工程师, 1 9 5 7年毕 业 于 北 京 石 油 学 院 机 械 系 矿 机 专 业 . 先后从事石油钻 采机械科研、 设 计 及 石 油  钻 采机 械 技术 发展 研 究 工 作  在 国 由补 石 油 机 械 专 业 期 刊 共 发 表 1 9 5篇论 文  编著和主编丁 2 4本 石 油 机 槭 专 业 科 技 著 作 ,   共 获 得各 种 奖 项 4 5 项,  

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第2 0卷

第 6 期 

张连 山 : 国外 抽 油 秆 的技 术发 展 

5 5  

于 开采稠 油 。  
( 1 ) 化 学 成 分 
C : 0. 2 0% ~ 0. 25% ;M n:0. 6 0% ~ 

( 1 ) 使 用铝合 金材 料成本 低 。   ( 2 ) 抽 油 杆 柱动 力分 析 和计 算机 技 术 的 
进 一步发 展 , 为 铝合 金抽 油 杆 设 计提 供 了可 

0 . 9 O% ; P≤ 0. 0 3% ; S <0 . 0 4 %; S i : 0. 1 5% ~ 
0. 3 0% ; Cr : 0. 6 0% ~ 0. 90% ;N i :1. 2 5% ~  1. 7 5% ; M o: 0. 20% ~ 0. 3 0% ; Cu: 0. 4 0% ~ 

靠 的使 用基础 与条 件 。  
( 3 ) 研 制 了经 过酸 化 处 理 而 免受 盐 酸 腐  蚀 的 防腐 剂 。  

0. 6 0% 。  

( 4 ) 采 用 与 铝 台金 电动 势相 近的 不锈 钢 
接头, 不会 引起 明 显的 电化 学 腐 蚀现 象 。 在  公 扣上 涂 以绝 缘 层 , 保 护接 头 不 受 电 化学 腐 
蚀。  

( 2 ) 机 械 性 能 

屈 服 强 度大 于 6 2 0 MP a ; 极 限 强 度 大于  7 9 3 MP a ; 延伸 率 l 4 %~ 1 8 %; 断 面 收 缩 率 
5 0 % ~6 0 %; 硬度 F I B   2 2 7 -2 4 7  

( 5 ) 铝合 金抽 油杆 的质量 比较 轻 , 只有 钢  质 抽油 杆质 量 的三 分 之 一, 可 以 减 少抽 油 机  的 载荷 , 或可 下入更 深的 抽油 泵。  
( 6 ) 具有 较好 的耐 腐蚀 性 能, 耐 腐 蚀 

3 . E L级 超 高强 度抽油 杆 
由美 国 O i l   We l l 公司 研制 E L级 超 高强  度抽 油 杆 , 其 承 载 能 力 比 D 级 抽 油 杆 提 高  2 0 %, 适 用于深 井 、 稠油 井和大 排 量泵进 行强  采 。其 化 学 成 分 如 下 : C: 0 . 3 6 % ~0 . 4 1 %;  
M n:0. 6 0% ~ 0. 90% : P < 0. 0 4% : S <  0. 0 4% ; Si : 0. 1 5% ~ 0. 3 0% ; Cr :0. 6 0% ~  

( Na C I 水、 H 2 S 、 C O 2 等) 能 力 为钢 质抽 油杆 的  3倍 ~5倍 。   2 . 使 用情况  铅合 金抽 油杆 已经在 多 口油井中进 行 了   试 验 与使用 , 均 取 得 了 较 好 的使 用 效 果 。实  践 证 明铝合 金抽 油杆 耐腐蚀 能力 强、 质 量轻 、   投 资 费用 不 高 , 是一 种 很 有 发 展前 途 的 新 型  抽 油杆 。  

0. 9 0% ; Ni : 1 . 2 5% ~ 1 . 7 5% 。  

4. 9 7型 超 高强 度抽油 杆 
由美 国 No r r i s 公 司研 制 的 9 7型 超高 强  度抽 油杆 , 采 用镍 铬 钼钒 钢 材 , 进行正火、 回 

火 处理 。适 用 于 大 载 荷 、 有腐 蚀 介质 的 深 油 
井抽 油 。 目前使 用的最 大 深度 为 3   9 6 2 m, 尚  未发现 过 超 应 力 破 坏 和 应 力腐 蚀 破 坏等 现  象, 使 用安全 可靠 。  
( 1 ) 化 学 成 分 
C :0. 2 8% ~ 0. 3 3% ; M 1 3 . : 0. 8 ( 1 % ~ 

不锈钢抽油杆 
1 . 不锈 钢抽油 杆  采用 AI S I   4 3 1 , 主要 用于 强 化 采 油和 含  C O 2 较 多的 油井抽 油。   2 . 喷 涂不 锈钢抽 油杆  ?  

1 . 0 0% ; P< 0. 0 3 5% ; S< 0. 0 4% ; S i : 0 . 1 6%  


为 了提 高 现 有抽 油 杆 的抗 腐 蚀 能 力, 对 
美国石 油学 会 A P I   C级 和 D 级 抽 油 杆 采 用  3 2 5目 A I S I   3 1 6不锈 钢粉 末进 行等离 子弧 喷 

0 . 3 0% ; Cr : 0 . 8 0 %~1 . 0 0% ; Ni : 1 . 6 5 % ~ 

2. 0 0 % ; Mo : 0. 2 0% ~O. 3 0% 。  

( 2 ) 机 械 性 能 

涂后 , 具有 与 不锈 钢 基本相 同 的抗 腐蚀 能力 。   经过 工业试 验与 使用 , 与常规 抽 油杆相 比, 喷  涂不 锈钢抽 油 杆 的 使 用寿 命提 高 3倍以 上 。  
而且 还可以提 高 抽油杆 载荷 2 0 %~4 0 %。  

屈服 强 度 大 于 7 9 3 MP a , 极 限 强 度 大 于 

9 6 5 MP a , 延 伸率大 于 1 4 %, 断 面 收缩 率 大 于 
4 5 %, 硬 度为 F I B   1 8 5 ~3 l 1 。  

铝合金抽油 杆 
1 . 特 点 

空心抽油杆 
空心抽 油杆主 要用于 稠油 井和严重 结蜡 

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1 9 9 7薤 

井进 行 抽 油。 利 用 抽 油 杆 内 孔 进 行 循 环 热  洗、 化 学 降粘 和化 学清 蜡 , 从 空心杆 内 向井底  或结 蜡段注 入加热 介 质或化 学 降粘 剂和 化学  降凝 剂, 使 其直 接 与 井 底 石 油 和管 中石 油快  速混 合, 达 到降凝 、 降牯 、 熔蜡 的 目的。  
1 . 结构 

大 幅度地 降低 采油成 本 , 经 济效 益较 好 。   3 . 材料  美 国空 心 抽 油 杆 采 用 : C 7 5 、 NS 0 、 ( 2 9 5 、   P 1 0 5 、 AI S I   4 8 2 0 H 等材料 。原 苏联 空 心抽 油 
杆 采用 4 5号钢 的 4 5 ×8无 缝钢 管材 料 。  

4 . 美国 V EW- -S B S公司 空心 抽油杆 
( 1 ) 02 2 . 2抽 油 杆 

目前, 空心抽 油杆 有大 内孔 径 抽 油 杆 和 
小内 孔径抽 油杆两 种结 构型式 。  
( 1 ) 小 内孔 径抽 油 杆 

抽 油杆 截 面 积 2 9 2 m m2 , 最 大 允 许 拉 应 
力为 2 9 0 N/ am2 r , 每米 质量 为 2 . 7 1 k g , 推荐 
上扣扭 矩为 5 5 0 N? r a -6 2 0 N? m。   ( 2 ) 02 5 . 4空 0 抽 油 杆 

以钢 管 为原 材 料 , 管 的 两 端 采用 摩 擦 冲  击 锻压成 型 . 其 结梅 型式 与常 规抽 油杆 相似 。  

经过 电感应 加 热 处 理 之后 , 接 头 的强 度 可超 
过抽 油杆 体 的强 度 。采 用 A P I 抽 油 杆 规 范 

抽油杆截面积 3 1 7 m   , 最 大 允 许 拉 应 
力为 2 9 0 N/ am2 r , 每 米质量 为 3 . 1 2 k 窟 , 推 荐 
上扣 扭矩 为 6 5 0 N? m ~7 3 0 N? m。   ( 3 ) D2 8. 6空 心 抽 油 杆 

的接箍进行 联 接。  
( 2 ) 大 内孔 径 抽 油 杆 

采用 大直 径钢 管制 造 抽油 杆 体 , 两 端 均 

抽 油杆截面积 3 3 8 mm2 , 最 大 允 许 拉 应  力为 2 9 0 N/ am2 r , 每米 质量 为 3 . 1 8 k g , 推荐 
上扣 扭矩 为 6 9 0 N? m~7 7 0 N- m。  

与特 制的接 头焊接 在 一起 , 组 成空心 抽油 杆。   接 头加工 成形 后再 与 钢 管进 行 焊 接 , 焊 后 再  用钻头 将 内孔 焊缝 多 余部 分 清 除 掉 , 以 减 少  内孔的 流动 阻 力 。此 外 , 还 可 采 用 摩 擦 焊 将  两 个接 头与钢 管 焊 接 成 一体 , 再 进 行 整体 热  处 理, 最 后加 工 螺 纹 。采 用 特殊 的 接 箍进 行 
联 接。   2 . 优 点 

5 . 美国电 加热 空心 抽油 杆 
在空心 抽 油 杆 内加 设 电阻 丝供 电加 热 ,  

经过导热 介 质将 热 量 传递 给 抽 油杆 , 可 将 石 
油加热 到高 于结蜡 的温 度. 使 蜡 不凝结 , 彻底  解决 了结 蜡堵 塞 问题 。抽 油 杆结构 除 中 间有 

孔之 外. 抽 油杆 两端为 加粗 的台肩 , 有丝 扣与  接 箍 内螺纹相 联接 。在 接箍 内装有 轴 向导 电  元件, 并 用塑 料 绝缘 材 料 予 以 固定 。相 邻抽 
油杆 电阻丝通过 导 电元 件相联 接。 根据 油井  采 油需要 , 可垒 井深 加热 , 也 可  在 局部 井段  加热 , 使用 很 方 便 。该 抽 油杆 适 用 于开 采 稠  油、 高凝 油 、 严重 结蜡 的油 等 。  

( 1 ) 空 心抽 油 杆 可做 为 通 道 向井 内注 入  热油、 稀 释剂 、 破乳 剂、 防腐剂 等 , 适 用 于抽稠 
油和 解蜡 。  

( 2 ) 可提 高 油液 的流动速 度 , 增强 携 带砂 
粒、 机械 杂质 的能力 . 消除 和减 少 了柱 塞砂卡 

以 及柱 塞和 缸 套 之 间 的磨 损 . 适 合 含 砂 较 多  油 井采 油。   ( 3 ) 其 伸长 量要 比常 规抽油 杆小 得多 , 抽  油 泵拄塞的 实 际冲 程 损 失较 小, 石 油 产 量 要 
比常 规抽 油杆提 高 2 0 % ~4 0 %。  

玻璃钢抽 油杆 
1 . 优 点  ( 1 ) 抗 腐蚀 能 力强 

( 4 ) 质 量 较轻 , 可 减 少 材 料 消耗 达 2 0 %  


抽 油杆在腐 蚀剂 中进 行试验, 压 力 为 
1 3 . 5 MP a 、 温度为 8 2 ℃, 2 4 h   3个 循环 , 检 查 

3 0 %. 还 可 使抽 油 机 载 荷 减 少 2 0 %~  

3 0% 。  

结 果很好 , 没有 腐蚀 现象 。  
( 2 ) 抽 油 杆 质 量较 轻 

( 5 ) 减 少 修井 次数 、 简化 修 井 工艺 , 可 以 

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第2 0 卷

第 6期 

张连山: 国外抽 油杆的技术发 展 

?5 7?  

玻璃 钢 抽油杆 的质 量 只是 钢 质抽 油杆 的  三 分之 一, 使 抽 油 系统 质 量 减 轻 2 4 . 7 %, 抽  油机动 力消耗 减少 3 0 %, 地 面设 备 的载荷 最 
大 可减 少达 5 0 %。  

种结构 应用 也较 多。  

4 . 美国 F . i b e r l f e x公司玻 璃纤 维抽油 杆 
( 1 ) ol 9 . 1抽 油 杆  .  

抽 油杆体 直径 为 1 9 . 0 5 mm, 抽 油杆 长 度 
为7 . 6 2 m、 9 . 1 4 m、 1 1 . 4 3 m, 最 大 工 作 载 荷 为  6 8 k N, 最 大 短时 载 荷 为 1 0 4 . 3 k N. 最 大 工作 
温度 为 l 1 5 ℃。  
( 2 ) 02 2 . 2抽 油 杆 

( 3 ) 使用 寿命 较长  玻 璃钢 抽 油杆 可以 减少抽 油杆 的失效 频 

率, 使 用寿命 较长 。  
( 4 ) 实 现 超 冲 程 抽 油 

如果合 理 设 计 组合 玻 璃 钢 抽 油 杆 , 可 使  抽油 泵的柱 塞实 现超 冲程抽 油, 泵 柱 塞 实 际  冲程 s l 大于 光 杆 冲程 s , 也就 是 S 。 / S >1 工  况抽 油。 ‘ 采 用琉璃 钢抽 油 杆可 以提高 抽油 机  冲次 , 利用抽 油 杆组合 弹性 , 可 以提高 石油 产  量 。通过 l 3口油井 井深 为 2   3 0 0 m 的抽 油统  计, 石油 产量提 高 6 7 . 9 %。  
( 5 ) 抽 油 杆 单 根 长度 较 长 

抽油杆 体直 径 为 2 1 . 8 4 mm. 抽 油 杆 长度  为7 . 6 2 m、 9 . 1 4 m、 1 1 . 4 3 m, 最 大 工 作 载 荷为  9 0 . 7 k N, 最大 短 时 载 荷 为 1 4 0 . 6 k N, 最 大 工  作温度 为 1 1 5 " C。  
( 3 ) 02 5 . 4抽 油 杆 

抽 油杆 体直 径为 2 4 . 8 9 mm, 抽 油 杆长 度  为7 . 6 2 m、 9 . 1 4 m、 1 1 . 4 3 m, 最 大 工作 载 荷 为  1 1 3 . 3 9 k N, 最 大短 时载 荷 为 1 8 1 . 4 3 k N, 最 大 
工 作温度 为 1 1 5 ℃。   ( 4 ) O3 1 . 8抽 油 杆 

玻璃 钢抽 油杆单 根 长度达 1 1 . 4 3 m. 两根  组合 的 长度相 当于 3根钢 质抽 油杆 长度 。既 

节 省接 头 , 又减 少拆 装接头 时 间和劳 动量 , 还 
可 以减少 油流阻 力 , 适 用于 开采 稠油 。  
2. 缺 点 

抽 油杆体 直径 为 3 1 . 7 5 mm, 抽 油 杆 长 度 
为7 . 6 2 m、 9 . 1 4 m、 1 1 . 4 3 m, 最 大 工 作 载 荷 为  1 5 4 . 2 k N, 最大 短 时载 荷 为 2 9 4 . 8 k N. 最 大 工 
作温 度为 l l 5 ℃。  

玻璃 钢 抽 油 杆 价格 较 高 , 价 格 比钢 质抽 
油杆 高 6 0 %~8 0 %。材 料 不 能承 受 轴 向 压  缩载 荷 . 使 用 温度 不 许超过 1 6 3 ℃, 报废 的抽  油杆不 能溶烁 回用等 。  

5 . 美 国 O1 1   We l l 公司 玻璃纤维 抽油 杆 
美 国 Oi l   We l l 公 司生产两 种规 格玻 璃 纤  维抽 油 杆。  
( 1 ) 02 5 . 4抽 油 杆 

3 . 结构 型式 
( 1 ) 钢 质 接 头玻 璃 钢 抽 油杆  

接 头最 大 尺寸 为 4 1 . 2 7 mm, 最 大 工作 载 
荷为 1 3 6 k N, 最 大 短 时载 荷 为 2 2 6 . 7 5 k N. 最  高工 作温 度为 9 3 ℃。  
( 2 ) o3 1 . 8抽 油 杆 

抽 油 杆 的 两端 采 用钢 质 接 头 , 应 用 耐腐 
蚀钢 AI S I   4 6 2 0 ( K 级 抽 油杆 用 钢 ) 锻 件 加工 

而成 。杆 体采 用玻 璃 钢 材 料, 玻璃 钢插 入接  头之 内, 被 其 中的 3 ~4个 锥状 卡 瓦 卡 住, 并  用环 氧树 脂浇注 牢 固. 待干 固后, 依靠锥 面挤  压作 用使玻 璃钢 抽油 杆与接 头牢 固联接 。 目  
前, 这 种结 构型 式抽油 杆使 用数量 最多 。  
( 2 ) 全 玻 璃 钢 材 料 抽 油 杆 

接 头 最 大尺 寸 为 5 0 . 8 mm, 最 大 工 作载  荷为 1 6 7 . 8 k N, 最大 短时载 荷 为 3 5 3 . 7 k N. 最 

高工作 温度为 9 3 ℃。  
为 了安 全 可 靠 地 使 用抽 油 杆. Oi l   We l l  

公 司给示 了最 小工作 应力 与最大 工作 应力范  围, 否则 将会降 低抽 油杆的 合理 使用寿 命。   ①最 小应 力为 3 5   l MP a 时. 最 大应 力不 
应超过 1 7 2 . 2 5 MP a ; ② 最 小应 力为 7 0 . 3 MP a  

采 用玻 璃 钢材料 , 一次 浇注成形 。  
( 3 ) 铜 心玻 璃 纤 维 抽 油 杆 

在钢 心 的外表 包有玻璃 钢 纤维 。 目前这 

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1 9 9 7拉 

时. 最大应 力 不应 超 过 1 9 8 . 2 MP a ; ③ 最 小应  力为 1 0 5 . 4 MP a时 ,最 大 应 力 不 应 超 过 
2 1 0. 9 M Pa 。  

2 . 规格 与 性能 
目 前 只 有 一 种 规 格 ,断 面 尺 寸 为  3 5 . 5 6 m m ×1 . 8 m m, 每 米 质 量 为 0. 0 4 4 6 k g ,  

6 . 玻璃 钢抽 油杆 试验 结果 
采用 G r o v e s 3 2 0型 抽油 机 和玻 璃 钢 抽油  杆, 与常规 4 5 6 Ⅲ型抽 油 机和 钢 质 抽 油杆 , 进  行 同工况 条件对 比试 验 , 其结 果分 别 如下 :   ( 1 ) 抽 油机 的最 大 扭 矩从 5 2   0 8 6 . 0 8 5 N-  

抗拉 强 度 为 8 7 8 . 8 MP a , 抗 拉 短 期 载 荷 为 
5 . 6 6 t , 为 了更 合理 使 用 长 方 形 连 续 抽 油 杆,   推荐在 7 6 ℃ 条 件下, 工 作载 荷 为 2 . 7 2 t 。   3 . 试验 情况  在 下泵深 度为 1   2 1 9 m 的油 井进行 试验 ,  
.  

I  
f  

m下 降到 3 3   9 6 3 . 2 9 1 N? m, 下 降了 3 4 . 7 %。  
( 2 ) 电 动机 的输 入 功 率 从 3 0   4 4 9 . 7 w 下 

结果 表 明每 天 2 4 h连续 抽 油 , 抽 油机 冲 次 为  1 2次/ ai r n , 连 续 运 转 8个 月 后、 取 出 抽 油 杆  检查 , 没有 发现磨 损 , 只 有轻微 痕迹  但 抽 油  机 的载荷 以及 电动 机功 率 均 减 少 5 0 %以上 。   此外 . 抽 油杆 可以快速 安 装, 起 下抽 油杆 可 以  连续进 行, 不需 要拆装 抽 油杆接 头, 大 大 加快  了起下抽 油 泵 的时 间和 劳 动 量, 也 减 少 了拆  装接 头的 事故 , 使 用安 全 可靠 。 后 来 又 在  1   5 2 4 m油井上试验 抽油, 也 取 得 同 样 好 的  抽 油效果 。  

降到 2 5   1 5 4 . 1 W, 输入 功率 下 降 了 1 7 . 4 %。  
( 3 ) 石 油 产 量 从 每天 1 0 2 . 8 7 m3增 加 到 
1 2 6 . 7 1 m  , 增加 2 3 . 2 %。  

( 4 ) 抽油机系统效率从 6 . 2 6 t / k w 提 高  到9 . 2 5 t / k w, 抽 油 机 系统 效率 提 高 4 7 . 8 %,   如 果 配 合 使 用 较 好 时, 最 大 可 以 提 高 达 
60% 。  

( 5 ) 投 资费 用可 以减少 2 0 %。   ( 6 ) 成本 利 用率至 少提 高 2 0 . 7 %。  

长方形连续钢质 抽油杆 
前 苏联和 瑞典 分别 研 制了 钢带式 超长 冲 
程抽 油 机 , 采 用 了长 方 形 连 续 钢 质 抽 油杆 。   在地 面抽 油 机 的滚 筒 上 面 缠绕 着该 抽 油杆 ,   另 一端直接 连接 着 井下具 有 特殊 结构 的抽 油 

长方形 连续 石墨抽油 杆 
采用高 级 石墨 合成 材料 制成 的长方 形连 
续抽 油杆 的 断面 为 长 方形 , 是 一 种 可缠 绕 式 

连续 抽油杆 , 由美 国 He n l a n公 司生 产 
1 . 优 点  ( 1 ) 用于 抽 油, 一 口油 井 只有 一条 抽 油 

泵柱 塞 。该 抽 油 杆 在滚 筒 上 的卷 绕 和 退 绕 ,  
可 使井下 泵柱 塞以 一定 的速度 和运 动 范 围进 

行 上下往 复运 动。柱 塞下 冲程 是 由固定 于 柱 
塞 下面 的 重 物 产 生 。 从 上 冲 程 到 下 冲 程 换 

杆。 所 以 没 有 常 规 抽 油 杆 的公 扣 、 母 扣 和 接 
头, 消除 了接头 断裂 事故 , 也 消除 了接 头 的油  流阻 力作 用 。  

向, 通过 动 力机 反 转 来 实 现 。柱 塞 的 冲程 长  度 由反转 机构 螺杆上 终点 转换 开关 的安 装 位  置进 行调节 。   长方形连 续钢 质 抽油 杆截 面尺 寸一 般为  ( 2~3. 5 mm) ×4   5 mm, 绕 带 滚 筒 直 径 为 
1   5 0 0 ~2   5 0 0 am。钢 材应 具有 高 强 度 , r 极 限 

( 2 ) 抗 拉强 度和允 许工 作 应力值 均 较高,  
可设 计出较 轻 的抽 油 杆柱 。   ( 3 ) 可 以缠 绕在 较 小 直径 滚 筒 上 , 运输 、  

安装 方便, 还可 以减少 油井维 护工 作 量。   ( 4 ) 具 有较 好 的抗 腐 蚀性 能, 抽 油杆 故障  较少 , 使用 寿命相 当长 且安 全 可靠 。   ( 5 ) 具 有较高 的疲 劳强 度和 较轻 的质 量,   特别适 用于 深井和 稠 油井 开采 石油 。  

强度大于 1   2 0 0 MP a ; 还应具有高疲劳强度,   可经 受不 小于 2×1 0   加 载 循环 次 数, 抽油 机  修理 间隔期 不少 于 2年 。抽 油杆长 度 一般 为  1   0 0 0 ~3   0 0 0 m, 在 全 杆 上 要 求等 强 度 , 表 面 

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第2 0卷

第6 期 

张连 山: 国外抽油杆的技术发展 

光 滑  保证 井 口盘根 具 有较好 的寿 命。这 种 
抽 油机的 冲程 长 度 是世 界 上最 长 的 , 冲 程 长 
度 可达 4 0 0 ~1   5 0 0 m。  

果 。特别适 用 于 深 井 、 斜井、 定 向井 、 丛 式 井  开采 稠油 、 含石蜡 的油和小直 径 油管抽 油 。  
2 . 缺 点 

椭 圆形连续抽油杆 
椭圆 形连 续抽 油 杆也 是一 种可缠 绕式 连 

( 1 ) 抽 油杆大 型 圆架直径 较大 , 装运 拖车 
高4 . 5 8 m, 宽3 . 6 6 m, 运输 比较 困难 。   ( 2 ) 与 常规抽 油杆 相 比较 , 还需 要增 加一  套起 下抽油 杆装 置, 配 备专用 的作 业车 、 焊机  车和 拖车等 。   3 . 材料与 机械 性能  强度极 限值 : 最小 为 7 9 0 MP a ;   屈服极 限值 : 最小 为 6 9 0 MP a ;   延伸率值 : 最 小为 2 0 %;   抽 油杆 硬度 值 ; 最大 为 H R C 2 6 。  
4  规 格 系 列 产 品 

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续抽 油杆 。 目前, 已经 在许 多 国 家 6   0 0 0多 
口油 井 使 用 , 使用 效果 较 好, 在2   0 0 0多 口 定 

1.  

向井丛式 井 中 使用 获 效 益 , 其 中 下 泵最 深 的 
油 井 已达 3   5 0 0 m。  

1 . 优 点  ( 1 ) 抽油杆 截 面是 一种椭 圆形 状 , 与油 管 

的接 触面 积 比常 规 圆形 抽 油 杆大 . 接 触 应 力 
较 小, 摩擦 力也 较小 , 抽 油杆 与油管 之 间的磨 

损较 少 , 使 用寿命 比较长 , 适合 开采 稠油 。  
( 2 ) 与常规抽 油杆 相 比较 , 椭 圆形 连续 抽  油 杆 的 工 作 应 力 较 小, 一 般 情 况 下 可 减 少 
2 3 %左 右 。  

目前, 加拿大 C o r o d公 司 生 产 2号 ~7  

号共 6种 规 格 系列 抽 油杆 , 现 将 主要 参 数分 
别 如下 :  

( 1 ) 2号抽 油杆  相 当 于 直 径 为 O1 9 . 0 5 A P I   N o : 6抽 油  杆. 抽 油杆截 面 积为 2 8 5 mm2 , 椭 圆长 轴 长 为  2 2 . 9 ±0   5 mm, 短轴 长 l 5   2±0   5 mm. 每 米 
质量 2 . 2 4 k g 。  

( 3 ) 质量 轻 8 % ~1 0 %, 抽 油 机 的载 荷 和 
扭 矩均 减少 2 5 . 8 %, 节 约 电力 消 耗 。  

( 4 ) 抽油 杆没有 接 头, 一 口油 井 只用一根 

连 续抽 油杆 . 消除 了抽 油杆断 接头 事故 。  
( 5 ) 抽 油 杆可 连续 起 下 作 业 、 节约 时 间。   与常 规抽 油杆相 比较 , 起 下速 度快 3倍  上 ,   减 少了起 下作业 劳动 强度 达 9 0 %。  

( 2 ) 3号抽 油杆  相 当于 直 径 为 02 0 . 6 4抽 油 杆 , 抽 油 杆  截 面积 为 3 3 5 mms , 椭 圆 长轴 长为 2 4 . 1±   0   5 mm. 短轴 长 为 1 6   5±0   5 mm, 每 米 质 量 
2. 6 3 k g 。  

( 6 ) 由于抽 油杆 没有接 头 , 是一根 连续 的 
抽油 杆, 不 仅油 流 阻 力 较 小, 适 台 开 采 稠 油,   而且 清蜡 也非常 方便 。  

( 3 ) 4号 抽 油 杆 

( 7 ) 该 抽油 杆适用 于长 冲程 、 高冲 次抽 油 
工况 , 具有 更好 的抽油 性能 和更好 的适 应性 。   ( 8 ) 采 用椭 圆形连 续抽 油杆进 行抽 油, 可  使光 杆 载 荷 减 少 1 2 . 6 %, 最 小 载 荷 提 高 

相 当于直径 为 02 2 . 2 A PI   No : 7抽 油杆 ,  

抽油 杆截 面 积 为 3 8 8 m m2 , 椭 圆 长 轴 长 为 
2 5 . 4 ±0 . 5 mm, 短轴长 l 8 . 2  0   5 mm, 每 米  质量 3 . 0 5 k g 。  
( 4 ) 5号 抽 油 杆 

2 . 3 %, 光 杆载荷 变 化 范 围减少 2 4 . 8 %, 光杆  功率减 少 1 4 . 3 %。 抽 油杆 与 油 管 之 间 的摩 
擦 力减 少 6 5   7 %。  

相 当于直 径为 0 2 3 . 8抽 油 杆 , 抽 油杆截  面 积为 4 4 5 mm  ,椭 圆 长 轴 长 为 2 9 . 7   0   5 mm, 短轴长 1 8 . 5±0 . 5 m m, . 每 米 质 量  3 . 5 k g   ( 5 ) 6号抽油 杆 

( 9 ) 常规抽 油杆 与 油管接 触是 一条 线, 椭 
圆形连 续抽 油 杆 与 油 管接 触 是 两 条 线 , 大 大  减少 了抽 油杆 和 油管 的磨 损 . 增加 了节 能 效 

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相 当于直径 为 D2 5 . 4 A P I   N o : 8抽油杆 .  
抽 油 杆截 面积 为 5 0 7 mm2 , 椭 圆 长 轴 长 为  3 2 . 3 ±0 . 5 mm, 短轴长 1 8 . 8±0 . 5 mm, 每 米  质量 3 . 9 8 k g 。   ( 6 ) 7号抽 油杆 

抽油杆 , 接头 可 采用低 合金 钢材料 , 杆体 采 用  碳紊优 质钢 材料 。如果 对抽 油杆 强度要 求较  高 时, 接头可 采用 高强 度材料 , 杆体 采用 低合 
金 钢材 料。  

由于接 头 材料 比杆 体 好, 用 于螺 纹 受 力  部位 , 可 以大 量 节 约合 金 钢 材 。一 般 接 头 部 
位的材 料 只 占 抽 油 杆 的 5 %。 此 外 , 由于 焊 

相 当 于直 径为 O 2 7 . 0抽 油 杆, 抽 油杆截 
面积 为 5 7 2 mm  ,椭 圆 长 轴 长 为 3 5 . 6±   0 . 5 am, r 短 轴长 1 8 . 9± 0 . 5 mm, 每 米 质 量 
4. 4 9 k g 。  

接 部 位截 面积 比抽 油杆 体大 3 . 5 ~4倍, 所 以  焊 接抽 油 杆安 全系 数较大 . 应 力小, 还 具有较 
高 的疲 劳强 度 和使 用的可 靠性 。  

钢丝绳抽油杆 
钢丝 绳 抽 油 杆 也称 为 圆形 连 续 抽 油 杆.  

2 . 焊 接抽 油杆 的优 点  ( 1 ) 在保证 使用 安 全可靠 条件 下 , 显 著地 
降低 了抽 油 杆的 生产成 本 。   ( 2 ) 材料 使 用 较合 理 、 匹配较 合 适 , 节 约 

截面 为 圆形 , 也 是一 种可缠 绕式 连续抽 油杆 。  
钢丝 绳抽油 杆 的最大 特点 是 : 抽 油 杆 可 以连 

续起 下作业 , 没 有拆装 接头 劳动量 和 时间, 也  没有 接头破 坏 事故 。但 是 , 与 常 规抽 油 杆相 
比较 . 应注 意 以下两个 问题 ;   ① 在 各种 载 荷作 用 下, 钢 丝 绳 抽 油 杆均  缺乏 稳定的 刚性 特点, 必须设 法予 以解决 。  

了大 量 的稀有 和 昂贵的合 金钢 材料 。  
( 3 ) 可 以确 保很 高 的劳 动 生产率 . 对于大  批 量生 产抽 油 杆来讲 , 显 得特别 重要 。  

( 4 ) 在 同样载 荷条 件下 , 可 以选 用较 小直 
径抽 油杆 和 采 用较 小直 径 油 管, 节 约开 采石  油 以及维 护保 养 费用 。   ( 5 ) 大 大地 降低 了生产 厂家基 建 、 设备 投  资, 还简化 了加 工方 法 。   ( 6 ) 可 用 于制造新 抽 油杆 , 也 可用 于 旧杆 

② 由 于钢 丝绳 抽 油杆 的结 构 关 系 , 现 有 
常规 井 口密 封装 置 已不 适用 , 必 须 新 设 计 井 
口密封装 置 。  

焊接抽油杆 
焊 接抽 油杆是将接 头 与杆体 焊接 成为 一 
体的抽 油杆 , 这 样可 用两种 金属制 造抽 油杆 。  

修复 , 使杆 料得 到充分 利用 。   3 . 焊接 抽油杆 试验 结果  上 述 两种结 构焊 接抽油 杆, 已在 2 0口油  井 中进 行工 业试 验, 使 用证 明, 焊 接抽油 杆的 
强 度高 于常 规一 体抽 油杆。  

1 . 两 种焊 接抽油 杆 的结 构 
( 1 ) 接 头 精 加 I 后 与 杆 体 焊 接 成 一 体 

抽 油杆 体 两 端镦 粗 之 后 , 与 加工 好 的 接  头 焊接成 一体 。 由于接 头与杆 体两端 镦粗 的  最大 截面 焊接 , 增加 了焊接 部位 强度 , 具有较  小 的工作 应 力, 确保抽 油 杆使 用安全 可靠 。  
这 种结 构抽 油 杆可 以显著地 降低 生产成 

原 苏联 对上述 两 种结 构 焊接 抽油杆 进行  了大量试验, 其结论是: 第一种结构焊接抽油 
杆使 用较好 , 除具有上 述 优点 外, 由于消 除了 

接 头 锻造 缺 陷与热 影响过 渡 区的薄 弱环 节部 
位. 抽 油 杆强 度大 幅度增 加 。  

本, 还 可 以节约 材料和 节约 能耗 。  
( 2 ) 未 加I接 头 与杆 体焊 接 成一 体 

发展我国抽油杆的建议 
综 上所 述 , 我 们可 以看 出 : 世 界抽油 杆 的 

将选 好 不 同材 料 的接 头与 杆体 先焊 成一  体, 然后 再镦粗 、 精 加工成 抽 油杆 。其结构 尺  寸 符合 A P I   S p e c . 1 I B 标准规 定 。这 种 结构 

技术发 展 趋 势 是 向 着 高 强 度 、 耐 腐 蚀、 耐 磨  损、 连 续 型结构 、 非 圆形 截面  f 下转 8 4 页)  

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图4  

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表 1 速凝剂配伍实验 
水  品 种  舔 加 刑名 忤鼓 加萤  r %】   桐化时 1 日 J   f mm1   地 强度  f MP a )  

注: 实驻 条件 : 7 5 ' C× 3 5   6 MP a  

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几 点 体 会 
( 1 ) 碉 化时 间和 抗 压 强度 指 标 应 为 油井  水泥 速凝剂 的重 要依 据。  

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( 2 ) 速 凝剂 应具 备广泛 的适应性 。  
( 收稿: 1 9 9 6 — 1 2 . 1 3 , 技审: 高永秀《 高- r ) . 绾 
辑: 向劫簧l  

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【 上接 6 0页1 ( 长方 形 、 椭圆形 ) 、 新材料 ( 铝 台  金、 不锈 钢 、 玻璃钢 、 石墨合成材料 ) 方 向 发  展 。根据 我 国现状 , 现 提 出发 展 我 国 抽 油 杆  的 5点建议 如下 :  
( 1 ) 进一步 研 究开发 新型 抽油杆 , 例如 连 

旋转器 等 . 要 定 点生产 、 配套供 应。  

( 4 ) 建立 和完 善抽 油杆柱 的设计 程序 , 在  抓 抽油 杆柱硬 件 的同时 . 要狠抓 软件 , 建 立碉 
油井 、 定 向井 、 丛式井、 斜 井 和 水平 井 抽 油杆  柱设计 程序  ( 5 ) 开展抽 油 杆机理 的研 究工作  要研 究  抽 油杆 的运 动学 、 动 力学 、 腐蚀机理、 疲 劳 破 

续抽 油杆 、 空 心抽 油 杆 、 超 高 强度 抽 油杆 、 焊  接抽 油杆 、 铝 台金 抽油 杆 等 。 以满 足 我 国 深  井、 高 含水 井 、 碉油 井 、 定向井、 丛 式 井、 斜 井 
和水 平 井开 采石油 的 需要 。  

坏机理, 以进一步提高抽油杆性能与质量。  
参 考 文 献 

( 2 ) 进一步提 高我国 现有抽 油杆质 量 , 缩 

小与 国外最高水平的差距。例如钢材轧制质 
量、 抽油 杆接 头 的锻造 和机 械 加工 、 热 处理 以 
及抽 油杆 的生产效 率 等。  

1   C o mp o s i t e   C a t a l o g   o f   Oi 】F i e M  Eq u i p me n t& S e t   v i c e s ,9 0   9 1 ;9 2 . 9 3;9 4 . 9 5;9 6   9 7.P u b l i s h e d  b y   Wo r l d   Oi l   a   Gu l f   Pu b l i s h i n g   C o mp a n y   P u b l i c a t i o n .  

< 3 ) 进 一步加 强 抽 油 杆配 套 件 研 制 与生  产, 提 高抽 油 系统 使 用性 能 与可 靠 性 。倒 如  滚轮接 箍 、 光杆 、 刮蜡 器 、 加 重抽 油杆 、 抽 油杆 

2 张连山 : 国 内外抽油 杆现状 与发展 趋势, 中原情 
报, 1 9 9 2   8 ~9期 

( 改 回: 1 9 9 7   0 7 . 1 0 , 技审 : 矗明扬《 教授级高工) .   维辑 : 秦敬暮 )  


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