抽油桿直線度的測量及生產(chǎn)控制分析

楊冬

（大慶市龍興石油機(jī)械有限公司，黑龍江 大慶 163000）

我國油田從20世紀(jì)70年代開始，就將傳統(tǒng)的自噴式采油方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械采油方式，同時對抽油桿進(jìn)行了更加深入的研究和分析，主要從以下幾個方面，分別為生產(chǎn)設(shè)備、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制、產(chǎn)品開發(fā)、檢測與修復(fù)、失效分析等。我國經(jīng)過最近幾年的不斷努力，已經(jīng)成為了抽油桿生產(chǎn)大國。對抽油桿質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素比較多，其中，抽油桿的直線度對其的影響所占的比例較高，同時抽油桿的直線度也影響抽油桿的使用性能，已經(jīng)引起了我們的高度重視。目前我國對于抽油桿直線度的自動、準(zhǔn)確性測量手段還比較欠缺，經(jīng)過科研人員的不斷研究，提出了基于方向模板的結(jié)構(gòu)光條紋中心檢測方法以及一種基于陣列攝像的機(jī)器視覺在線測量方法與系統(tǒng)，但是以上兩種方法在應(yīng)用的過程中，測量的準(zhǔn)確度還有待提升，很容易受到噪聲的影響，需要投入大量的設(shè)備資金，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。本文主要闡述了國內(nèi)外目前對抽油桿在直線度方面的一些需求，針對實(shí)際生產(chǎn)情況，將國內(nèi)外的抽油桿直線度測量差異進(jìn)行分析，引進(jìn)先進(jìn)的儀器設(shè)備，先進(jìn)的測量手段，實(shí)現(xiàn)我國抽油桿直線度測量準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提升，不斷的優(yōu)化和完善原油的抽油桿生產(chǎn)工藝，促進(jìn)我國石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 國內(nèi)外抽油桿直線度測量方法及其注意事項

如圖1為抽油桿的基本結(jié)構(gòu)，一旦抽油桿出現(xiàn)彎曲、變形，就會增大抽油桿工作運(yùn)行中的彎曲內(nèi)側(cè)應(yīng)力，長時間就會造成抽油桿的斷裂，影響抽油桿的正常工作運(yùn)行。我國目前對抽油桿桿體及桿頭的直線度測量方法主要是按照相應(yīng)的抽油桿標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行。

圖1 抽油桿

1.1 桿體直線度的測量

我們主要使用以下兩種方式對抽油桿和短桿彎曲進(jìn)行測量。

（1）方法一，全跳動值的測量，主要的方法為在桿表面距離支點(diǎn)152.4mm標(biāo)距的位置進(jìn)行測量，通常情況測量出的全跳動值為桿距全長范圍內(nèi)間隙的2倍。

（2）方法二：在彎曲處的凹邊，使用長度為304.8mm的直尺靠近，對直尺與凹面之間的間隙采用塞尺測量的方式進(jìn)行測量，對于抽油桿桿體尺寸在16～29mm范圍之內(nèi)的抽油桿，采用304.8mm的標(biāo)距測量最大許可彎曲度，經(jīng)過使用方法二測量可知，最大許可間隙為1.65mm，經(jīng)過使用方法一測量可知，全跳動最大許可值為3.3mm。

1.2 桿端部直線度的測量

想要有效的測量出抽油桿桿體端部的直線度，就要將抽油桿放置在距離桿外螺紋接頭臺肩152.4mm位置，如圖2所示，在同一平面支架上放置桿體的其它部分，間距不能超過1.83m，對臺肩外徑處的彎曲值采用激光、千分表等測量設(shè)備進(jìn)行測量，抽油桿直徑尺寸在16～29mm范圍之內(nèi)，允許的最大端部直線度全跳動值為3.3mm。無論在我國還是在國外，基本都采用千分表等測量儀器設(shè)備對端部直線度進(jìn)行測量，主要的測量流程為，對桿體進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中儀表與臺肩外徑存在接觸，對其數(shù)值進(jìn)行記錄。

圖2 桿端部直線度測量

1.3 注意事項

在我國或者國外對抽油桿桿端部的測量方法基本都是相同的，因為測量標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了一種方法，產(chǎn)品的檢測與接收準(zhǔn)則基本相同。但是我國與國外在抽油桿桿體直線度的測量方法上卻存在較大的差異，我國企業(yè)大部分使用的為方法二，方法二測量過程中有著對測量儀器設(shè)備要求不高、操作簡單的優(yōu)勢，而國外企業(yè)大部分使用方法一，在方法一的測量過程中，需要提前預(yù)制好相應(yīng)的支架，方法一的測量準(zhǔn)確度要高于方法二，但是方法一在測量過程中對使用的儀器設(shè)備有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。在實(shí)際的檢測過程中我們有時候可能發(fā)現(xiàn)，通過方法二檢測合格的抽油桿，再使用方法一進(jìn)行測量后可能出現(xiàn)不合格的情況，造成以上問題產(chǎn)生的主要原因為，方法二在檢測過程中只是限定了304.8mm的直尺標(biāo)距，將測量數(shù)據(jù)限定在了一定的桿體范圍之內(nèi)。方法一在測量的過程中，抽油桿需要在支架上旋轉(zhuǎn)360°，測量的是整個過程的跳動值，測量全跳動的位置還是在桿表面距離支點(diǎn)152.4mm的位置，但是桿體整個長度對全跳動值都有著一定的影響。

桿體直線度的實(shí)際測量過程中，需要我們按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，首先，采用支架滾動的方式對桿體的直線度進(jìn)行檢驗，在同心支架上放置抽油桿，每個抽油桿的間距不能大于1.83m，從端部仔細(xì)的觀察緩慢滾動重點(diǎn)抽油桿整體擺動狀態(tài)，抽油桿的直線度是否滿足需求只要通過目測觀察就能判斷出來。我們將一些擺動比較明顯的抽油桿挑出來，標(biāo)記為不合格產(chǎn)品，對于剩下擺動不是很明顯的抽油桿，我們使用千分尺再進(jìn)一步的測量，測量其全跳動值，通過全跳動值來判斷抽油桿直線度是否在合理的范圍之內(nèi)。一些企業(yè)在對國外廠家生產(chǎn)的抽油桿進(jìn)行檢測時，一定要注意按照方法二進(jìn)行檢測，同時按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的操作進(jìn)行滾動檢測，否則可能不滿足第三方檢驗公司的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 抽油桿直線度的生產(chǎn)控制

在抽油桿的檢測過程中，我國企業(yè)也要與時俱進(jìn)，盡量采用國外檢測方法，對生產(chǎn)工藝中抽油桿直線度問題及時解決，抽油桿在生產(chǎn)及最終檢驗時，均采用方法一測量抽油桿的全跳動數(shù)值，不斷的完善與優(yōu)化抽油桿整個生產(chǎn)工藝，如圖3為生產(chǎn)工藝優(yōu)化后的流程圖。

圖3 抽油桿生產(chǎn)工藝過程

2.1 原材料采購

首先我們需要保障我們采購的原料本身直線度要在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，在采購原料之前需要與供應(yīng)商簽訂相關(guān)合同，合同內(nèi)要明確的規(guī)定原材料棒材的直線度，一般情況下為原材料棒材在使用1m長直尺靠尺時，凹面間隙不能超過1mm。材料在進(jìn)入廠區(qū)之前需要由專業(yè)的檢驗人員進(jìn)行檢驗，隨機(jī)抽取棒材放在支架上滾動，每個棒材擺放間距小于1.83m，對棒材的擺動情況進(jìn)行觀察，對擺動出現(xiàn)異常的棒材由檢驗人員使用1m長直尺進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗，對不符合要求的棒材拒絕接收，退貨并返還供應(yīng)商處理。

2.2 冷校直

在進(jìn)行鍛造之前，可以將原材料進(jìn)行冷校直，有利于保障原材料的直線度，冷校直一般在雙輥校直機(jī)上操作，根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)雙輥校直機(jī)間距，上下的幅度不宜過大，原材料此時的截面為等圓形。

2.3 鍛造

目前大部分公司在進(jìn)行抽油桿鍛造時采取的還是人工半自動化鍛造方式，棒材支承輥為上下可調(diào)節(jié)設(shè)計，在鍛造前，施工人員需要對支承輥進(jìn)行水平高度的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到同一水平面上，但是肉眼的調(diào)節(jié)不可避免的存在一定的誤差，因此我們對調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了改進(jìn)，增加了三維激光測量儀，利用激光測量儀發(fā)射出的激光來對支承輥高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步的提高了模具與棒材同一水平高度的準(zhǔn)確度，避免了因為在鍛造過程中，不同心問題出抽油機(jī)直線度產(chǎn)生影響。

2.4 組批之后的冷校直

在鍛造完成之后，我們還可以添加冷校直工序，鍛造完成產(chǎn)品端部面積一般到大于桿體截面積的4.5～5之間，傳統(tǒng)的校直機(jī)校直的方式已經(jīng)不能滿足需求，我們需要根據(jù)實(shí)際情況，應(yīng)用可抬升直輥式校直機(jī)，該機(jī)械設(shè)備的優(yōu)勢在于操作人員可以通過人工操作，對上輥機(jī)進(jìn)行上升與下降的調(diào)節(jié)，完成了非等截面抽油桿的校直工作，保障了產(chǎn)品的直線度。

2.5 熱處理及熱校直

通常情況下抽油桿的制作都是正火加回火熱處理，在高溫?zé)崽幚磉^程中， 抽油桿本身的應(yīng)力會釋放出來，在加熱的影響下產(chǎn)生變形現(xiàn)象是必可避免的，產(chǎn)品經(jīng)過熱處理之后還要再進(jìn)行冷校直工序的，根據(jù)設(shè)計圖紙要求，需要采取回火處理，對冷校直過程中產(chǎn)品產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行去除，因此我們在以上流程中添加了同類型的校直機(jī)，抽油桿回火溫度在610～690℃范圍之內(nèi)，回火后抽油桿的溫度也能達(dá)到500℃高溫，可以采取熱狀態(tài)下的校直，產(chǎn)生的效果基本與去應(yīng)力回火沒有差異。

2.6 抽油桿大平臺終檢

抽油桿的最后一次終檢一般都是在刷漆之前、螺紋機(jī)加之后，終檢的目的就是檢查抽油桿的直線度是否滿足設(shè)計需求。終檢的檢測方式為大平臺全跳動與支架相結(jié)合的方式，支架檢測方法與1.3章節(jié)相同，大平臺的檢驗方位為方法一配合相應(yīng)的檢驗工裝。在直線方向上放置間距為304.8mm若干支撐點(diǎn)，抽油桿放置在平臺上依次通過各個支撐點(diǎn)，各個支撐點(diǎn)需要使用激光測量儀保障處于相同的水平高度，將導(dǎo)軌放置在距離支撐點(diǎn)相同距離的移動平臺上，在移動平臺的相應(yīng)位置我們固定好千分尺，抽油桿通過在導(dǎo)軌上的移動，完成不同位置全跳動值的測量。在若干支點(diǎn)上，我們將桿體放置在其中，每個桿體的間距為304.8mm，在每兩個支撐點(diǎn)的中間位置我們安裝千分尺，使桿體在支點(diǎn)緩慢的轉(zhuǎn)動，此時記錄下千分尺的數(shù)值，桿體的跳動值就是千分尺測量出來的數(shù)值最大值，同時我們在大平臺上可以完成抽油桿端部外螺紋臺肩位置全跳動值的測量。

2.7 其他環(huán)節(jié)的直線度控制

以上各種措施都能實(shí)現(xiàn)抽油桿直線度的進(jìn)一步提升，除此之外，我們還要高度重視抽油桿的吊裝與運(yùn)輸工作，避免因為人為操作不當(dāng)對抽油桿的直線度產(chǎn)生影響，吊裝過程中使用專門的吊具進(jìn)行吊裝，保障抽油桿吊裝時受力均勻，抽油桿在運(yùn)輸時，使用角鋼固定邊角位置，避免在外力影響下，出現(xiàn)局部受力集中，破壞抽油桿的直線度。

3 結(jié)語

經(jīng)過以上的研究和分析發(fā)現(xiàn)，我們需要結(jié)合實(shí)際情況對抽油桿的直線度檢測及生產(chǎn)控制問題進(jìn)行完善和優(yōu)化，以保障抽油桿的直線度滿足使用需求：（1）使用1米的長直尺對原材料棒材進(jìn)行測量，棒材凹面與直尺之間的間隙不能超過1mm；（2）對于測量過程中使用的支撐輥和模具分型面使用三維激光設(shè)備進(jìn)行高度的調(diào)節(jié)，保障其處于同一高度；（3）在組批工序之后增加冷校直工序，冷校直工序可以有效的校正鍛造過程中抽油桿可能出現(xiàn)的彎曲、變形問題；（4）在熱處理工序之后增加熱校直工序，通過熱校直工序可以對熱處理高溫下產(chǎn)生的抽油桿變形問題進(jìn)行改善，同時還有效的解決了冷校直之后出現(xiàn)的應(yīng)力回火問題；（5）進(jìn)一步的提升檢驗效率，設(shè)計與制作大平臺和支架的檢驗工裝；抽油桿桿體直線度在通過以上各種措施的應(yīng)用之后，測量出的桿體直線度全跳動小于1.4mm，測量出的端部直線全跳動小于1.66mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的3.3mm值，得到了大幅度的提升。