空心抽油桿行業標準適應性分析

張朋舉，任　坤，單慧玲，任松林，張仙文，王壯壯，賈玉生（．中國石油吐哈油田公司機械廠，新疆哈密839009；．中國石油吐哈油田公司吐魯番采油廠，新疆鄯善8380）①

空心抽油桿行業標準適應性分析

張朋舉1，任坤2，單慧玲2，任松林1，張仙文1，王壯壯1，賈玉生1
（1．中國石油吐哈油田公司機械廠，新疆哈密839009；2．中國石油吐哈油田公司吐魯番采油廠，新疆鄯善838202）①

為了使空心抽油桿行業標準更好地指導制造過程和現場應用，以空心抽油桿的結構特點、主要制造方法、實際應用中存在的問題3個方面為研究方向，采用了對比分析、現場調查、舉例說明的方法，分析了SY／T5550—2012《空心抽油桿》標準，并對該標準的適應性提出了一些建議。

空心抽油桿；標準；應用

近年來，邊際油田（稠油區塊、高含蠟區塊等）的規模化開發對采油工藝的發展提出了更高的要求。空心抽油桿具有特殊獨的立通道，可通過該通道向井內注入熱蒸汽、熱水或熱油、降黏劑和防腐劑，能有效地降低開采難度，可以增加分層開采計量層數［1］。由于這些優勢，使得空心抽油桿的應用范圍逐年擴大，空心抽油桿采油工藝技術也得到了較大發展［2］。國內空心抽油桿制造也呈現出較快的發展態勢。我國已制定了特種抽油桿標準，例如SY5550—1992《空心抽油桿》［3］，分別于1998年、2006年對其進行了修訂，目前，最新的標準為SY／T 5550—2012《空心抽油桿》。該標準在指導規范化生產制造的同時，推動了國內空心抽油桿制造業的發展。筆者通過研究空心抽油桿的制造及應用鏈，對標準的適應性進行了分析，并提出了一些建議。

1　空心抽油桿結構分析

1．1 結構形式

根據國家能源局2012年發布的SY／T5550—2012《空心抽油桿》標準的要求，空心抽油桿的加工形式分為鐓鍛式、摩擦焊接式2種類型，其連接形式分為接箍連接式（J）型、直接連接（Z）型2種類型。標準中涉及了7種規格，外徑尺寸為?32～?42mm、壁厚為5～6mm。這幾種結構形式的空心抽油桿均被各空心抽油桿生產廠家采用，在國內各大油田的油井作業工藝中廣泛使用。

1．2 鋼級及力學性能

標準中規定空心抽油桿的等級分為C、D、H3個等級，其中H級又分成HL級（材料型高強度桿）和HY級（工藝型高強度桿）。因為空心抽油桿也是抽油桿的一種，作為有桿采油系統的一部分，與實心抽油桿在力學性能上有一致性，因此該空心抽油桿中的C、D、H級與實心抽油桿的力學性能數據相同。

1．3 螺紋結構

空心抽油桿的螺紋結構與實心抽油桿相似，為10牙／25．4mm并符合具有公差和間隙為2A-2B級的統一螺紋牙型，如同ANSI／ASME B1．1所定義［4］。與實心抽油桿相比，空心抽油桿螺紋根部沒有卸荷槽，導致空心抽油桿外螺紋加工根部始終存在應力集中現象。為了保證空心抽油桿內腔的密封性，一般采用O型密封圈進行密封，所有空心抽油桿的內螺紋和外螺紋端均采用了特殊設計，桿頭端配有密封圈安裝槽，如圖1所示。接箍端結構如圖2所示。

圖1　桿頭端示意

圖2　接箍端示意

2　存在的問題

筆者調研了2種典型的空心抽油桿生產制造工藝，認為SY／T5550—2012《空心抽油桿》標準在規范制造方面存在一定的不適應性，并且追蹤現場應用，提出了一些相關的問題。

2．1 生產制造

2．1．1 桿頭及接箍的內表面

1） 摩擦焊接式。摩擦焊接式的桿頭和接箍均為獨立加工的。由于一部分制造廠家應該實心棒料鉆孔加工，標準中對桿頭和接箍的內表面沒有明確的粗糙度要求，同時對螺紋加工后的表面也沒有明確的表面粗糙度要求。在空心抽油桿的應用過程中，粗糙的內表面會導致電加熱電纜的摩擦破損，降低使用壽命；螺紋表面的粗糙程度也會對螺紋粘扣性能產生一定的影響。

2） 鐓鍛式。與摩擦焊接式的鉆孔加工桿頭和接箍的工藝相比，鐓鍛式的內表面一般情況下為鍛造態，粗糙度一般情況都會優于摩擦焊接式的結構。

通過對比摩擦焊接式和鐓鍛式這2種情況，可以發現現有的行業標準應該對桿頭和接箍的內表面有一定的表面粗糙度要求，這樣可以避免用戶在使用時，出現同一標準下對不同產品的選擇。對比實心抽油桿標準：APISpec11B—2010第27版中，對機加工鐓粗區域的表面粗糙度Ra不得超過3．175μm（125μin），有明確的規定。

2．1．2強度一致性對比

1） 摩擦焊接式。摩擦焊接式桿頭和接箍在生產制造過程中，會產生明顯的焊縫，如圖3所示，在典型的生產工藝過程中，摩擦焊接焊縫周圍會產生熱影響區，而熱影響區的抗疲勞強度達不到桿體抗疲勞強度的要求。焊縫熱影響區在應用中容易成為薄弱環節，發生空心抽油桿的斷裂失效，如圖4所示。

圖3　摩擦焊空心抽油桿

圖4　空心抽油桿斷裂實物

2） 鐓鍛式。鐓鍛式包括接箍連接式（J）型、直接連接（Z）型這2種類型的空心抽油桿，在大多數生產廠家均采用整體熱處理技術，避免了力學性能產生較大的起伏，并且在跟蹤50口井的使用的過程中，應用效果良好。在SY／T5029—2013《抽油桿》標準附錄L中，對實心抽油桿疲勞性能有相關的要求［5］。空心抽油桿由于O型密封圈的安裝槽的影響，會對疲勞性能產生影響。在SY／T5550—2012《空心抽油桿》標準中并未針對空心抽油桿的疲勞性能進行規定。

2．1．3 硬度要求根據標準6．2．5中空心抽油桿接箍的硬度規定為56～66 HRA。這種規定的意義完全保證了獨立接箍的力學性能，并不是適合直接連接（Z）型空心抽油桿。

2．2 現場應用

2．2．1 螺紋

1） 螺紋根部斷裂。由于空心抽油桿的桿頭螺紋與實心抽油桿的螺紋參數一致，生產工藝也一致，都是擠壓成形。由于實心抽油桿的結構，螺紋加工結尾處有卸荷槽如圖5所示，而空心抽油桿螺紋結尾沒有這種結構，如圖6所示，所以導致空心抽油桿擠壓螺紋結束時，形成應力集中現象。因此，該處也為空心抽油桿的薄弱環節，在應用過程中，出現從該處斷裂的現象如圖7所示。

2） 螺紋粘扣。作者在現場調研過程采用摩擦焊接工藝生產的空心抽油桿，發現較容易出現螺紋粘扣的現象，如圖8所示。張朋舉等在文獻［6］中的研究表明，空心抽油桿的粘扣既與制造質量有關，又與現場應用不當有關。在預防措施中提出，空心抽油桿的最小規格為?34mm×5．5mm，外徑尺寸超過了25．4mm（1in）。根據統一標準英制螺紋（UN和UNR螺紋牙型），8牙／in的UN螺紋已經廣泛替代了粗牙螺紋，應用在超過25．4mm（1in）的管子上［7］。所以建議將8牙／25．4mm作為空心抽油桿螺紋形式的研究方向，這樣螺距P增大后，更加方便引扣，發生螺紋粘結的可能性會進一步減小。

圖5　實心抽油桿桿頭示意

圖6　空心抽油桿桿頭示意

圖7　桿頭螺紋根部斷裂

圖8　現場桿頭粘扣形貌

2．2．2 相關輔助配件

1） 異徑接頭。空心抽油桿在使用過程中，以目前的幾種典型工藝分析，例如電加熱工藝、熱洗清蠟工藝、泵上摻稀工藝等，這些工藝大多數情況下會和實心抽油桿混合使用，因此異徑接頭用于連接不同規格的空心抽油桿、連接實心抽油桿與空心抽油桿，形成整體的桿柱系統，滿足采油工藝的要求。但是在新版的標準中，并沒有涉及到這方面的內容。

2） 注入三通。新標準中在附錄A中明確了空心抽油桿電加熱裝置，但是空心抽油桿桿柱在組合應用時，在井口光桿位置都有注入三通等附件，這樣才能保證電纜順利下入空心抽油桿的內孔。空心抽油桿應用的最大特點就是利用其密閉的內孔，所以在應用的過程中，均會涉及到注入三通的應用。

3　分析及討論

在SY／T5550—2012《空心抽油桿》標準中，4種結構的空心抽油桿，對于2000m以內的井，摩擦焊接式的空心抽油桿完全滿足應用要求。對于我國東部大多數油田井深條件，摩擦焊接式空心抽油桿可以滿足使用要求。我國西部大多數油田的井深超過2000m，所以鐓鍛式空心抽油桿有較大的應用空間。因此新版行業標準中的4種結構符合空心抽油桿現有生產和應用的需求。在生產制造方面，行業標準中應該針對獨立加工的桿頭接箍內壁和整體加工的桿頭接箍內壁，做統一的粗糙度要求。這樣，用戶在使用時不會因為空心抽油桿結構類型的不同，而產生不同的使用效果。空心抽油桿由于結構類型發生變化，疲勞數據無法跟實心抽油桿一樣表示出來，但是在應用過程中，摩擦焊接式的焊縫處為抗疲勞性能的薄弱環節，在標準中應該對摩擦焊縫處的疲勞強度進行定義，使其與桿體抗疲勞的能力相一致。在空心抽油桿應用過程中，由于對螺紋承載面在圓周方向上的壁厚偏差進行定義，空心抽油桿螺紋的承載面、螺紋結尾處由于加工工藝的影響為加工應力集中處，所以針對加工制造過程中，應對螺紋承載面的壁厚偏差進行嚴格定義。空心抽油桿螺紋粘扣涉及到的方面較多，與加工制造、庫存運輸、現場操作有關，應從這3個方面加強，才能規避粘扣現象。標準中，應增加相關附件建議，例如異徑接頭、注入三通等，增強空心抽油桿現場應用的規范性。

4　結論

1） SY／T 5550—2012《空心抽油桿》標準中的4種結構有較強的適應性，涵蓋了國內大多數油田的使用現狀，并充分考慮了制造、檢測、應用等方面的內容。

2） 在制造方面，SY／T 5550—2012標準中提出了一些要求。建議針對桿頭、接箍部位的內表面作統一標準要求。針對摩擦焊接式的強度一致性及焊縫疲勞性能作統一標準要求。

3） 在應用方面，SY／T 5550—2012標準中有一些要求。建議參照APISpec11B—2010第27版，增加附錄部分，將相關輔助配件納入，以增加標準的規范性。

［1］ 魏新春．一體式空心抽油桿采油技術研究［D］．成都：西南石油大學，2008．

［2］ 趙曉，邢慶河，張士誠．空心抽油桿在油井舉升中的應用［J］．油氣田地面工程，2006，25（7）：5-6．

［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］ API Spec 11B，第27版，抽油桿、光桿與襯套、接箍、加重桿、光桿卡子、密封盒和抽油三通規范［S］．

［5］ SY／T 5029—2013，抽油桿［S］．

［6］ 張朋舉，韓軍，鞠漢良，等．空心抽油桿螺紋黏結原因分析及預防［J］．鋼管，2014，43（5）：48-51．

［7］ The American Society of Mechanical Engineers．ASME B1．1—2003 Unified Inch Screw Threads（UN and UNR Thread Form）［S］．2003．

Industry Standard of Hollow Sucker Rods Adaptability Analysis

ZHANG Pengju1，REN Kun2，SHAN Huiling2，REN Songlin1，ZHANG Xianwen1，WANG Zhuangzhuang1，JA Yusheng1
（1．Machinery Plant，PetroChina Tuha Oilfield Company，Hami 839009，China；2．Turpan Oil Production Plant，Petro China Tuha Oilfield Company，Shanshan 838202，China）

In order to help the hollow sucker rod industry standards better serve for themanufac-t process and field application，the hollow sucker rod structure features are used in the arti-clemainmanufacturingmethods and the practical problems as research directions，which ana-lyses the latest edition of the Standard in ways of comparative analysis，field investigation and il-lustration．And the author puts forward some suggestions which are adapted to the Standard．

hollow sucker rods；standard；a pplication

TE933．2

A

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．08．007

1001－3482（2015）08－0030－04

①2015－02－05

張朋舉（1983-），男，陜西禮泉人，工程師，碩士，現從事空心抽油桿的制造與應用方面的研究工作，Email：zhan-gpengju＠petrochina．com．cn。