多功能管桿保護裝置及其制造方法與流程

本發明涉及一種抽油機井下系統保護裝置，特別是涉及一種抽油桿和油管的保護裝置；本發明還涉及一種抽油桿和油管的保護裝置的制造方法。

背景技術：

隨著油田的逐步開發，油井出現斜井比例高、含水高、腐蝕速率高的特點。斜井的含水率和礦化度升高，抽油桿的偏磨腐蝕加劇，控水穩油和有效提液更加困難。油井綜合含水90.6％，其中抽油機井平均含水79.8％，桿管間潤滑差，摩擦磨損嚴重。

部分油區地質構造復雜，產液性質多樣，礦化度腐蝕、氣體腐蝕和細菌腐蝕等多種腐蝕因素并存，電化學腐蝕占總比例的98％以上。十五期間，年均因腐蝕倒井124井次，損失1100萬元。桿偏磨、腐蝕導致短命井次占桿短的81％，管腐蝕、偏磨導致管漏占管漏的83％。

在進行抽油工作時，抽油桿在油管內進行上下往復運動，抽油桿外壁與油管內部容易接觸并產生偏磨，這種偏磨容易損壞油管和抽油桿。油管損壞會發生油管漏失，并且需要更換油管，這樣會增加油井資金投入；抽油桿受到偏磨后容易發生斷脫掉入井內，發生生產事故，進而對油田的經濟造成較大損失，因此需要抽油桿和油管的保護裝置，以防止抽油桿和油管被腐蝕和偏磨。

現有技術中防腐蝕和偏磨的產品有：設置內襯管，內襯管可以防止偏磨并防止油管的腐蝕和結蠟，但是不能避免抽油桿的腐蝕，并且設置內襯管的成本較高；設置抽油桿扶正器，可以防止偏磨，但是不能解決腐蝕問題；向井內添加防腐蝕藥品，易對環境造成污染，而且不同井由于井內條件不同需要配備不同藥品；防腐蝕抽油桿能防腐蝕但是不能防偏磨；設置陽極能保護抽油桿免受腐蝕，但是不能應用于偏磨井。以上產品普遍存在以下問題：壽命短、陽極結合不牢固易脫落的問題；或者扶正器、陽極與抽油桿的連接方法會破壞抽油桿的強度的問題；產品結構復雜，成本高，增加制造和安裝的時間的問題。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種多功能管桿保護裝置，其能綜合性地解決抽油機井內抽油桿、油管、接箍、油泵等裝置的偏磨和腐蝕問題。

本發明多功能管桿保護裝置，包括由兩個陽極組件對扣而成的犧牲陽極，兩個陽極組件均為鋁鎂鋅合金制成的半圓環形殼體，兩個陽極組件對扣并固定在抽油桿的外壁，犧牲陽極的內壁的直徑與抽油桿的直徑相等。

本發明多功能管桿保護裝置，其中還包括緩釋殼，所述緩釋殼為沿軸向有一條縫隙的不銹鋼材質的圓筒，所述緩釋殼壓緊包裹在犧牲陽極的外壁，所述緩釋殼的外表面均勻設置有若干個通孔。緩釋殼的設置可以防止犧牲陽極的外壁全部與井液接觸，延長對管桿的保護周期，通孔的大小可以控制陽極與井液的接觸面積，其直接影響陽極材料的釋放速度，使陽極材料的釋放速度與井液對管桿的腐蝕速度匹配，在能夠保護管桿的基礎上，盡可能降低控制陽極的材料的釋放速度，以延長對管桿的保護周期。

本發明多功能管桿保護裝置，其中所述犧牲陽極的兩端分別固定連接有上扶正器、下扶正器，所述上扶正器和下扶正器中空并套裝固定在抽油桿的外壁，所述上扶正器和下扶正器的徑向尺寸小于油管的徑向尺寸。上扶正器和下扶正器的設置能防止管桿間的偏磨。

本發明多功能管桿保護裝置，其中所述緩釋殼的長度大于犧牲陽極的長度，抽油桿的外壁、犧牲陽極的上端面、緩釋殼的內壁之間形成第一環形空間，抽油桿的外壁、犧牲陽極的下端面、緩釋殼的內壁之間形成第二環形空間，所述上扶正器的本體形成第一延伸部和第一包覆環，所述下扶正器的本體形成第二延伸部和第二包覆環，所述第一延伸部伸入所述第一環形空間并與犧牲陽極的上端面對接，所述第一包覆環包覆在緩釋殼的上部外表面，所述第二延伸部伸入所述第二環形空間并與犧牲陽極的下端面對接，所述第二包覆環包覆在緩釋殼的下部外表面。

本發明多功能管桿保護裝置，其中所述上扶正器、下扶正器采用高強度尼龍注塑而成。采用高強度尼龍作為上、下扶正器的材料，使得制成的上、下扶正器具有強度高、耐磨度高、質量輕的優點。

本發明多功能管桿保護裝置，其中所述上扶正器的本體表面形成多條第一直筋，所述下扶正器的本體表面形成有多條第二直筋，相鄰兩個第一直筋之間形成第一過流槽，相鄰兩個第二直筋之間形成第二過流槽。第一過流槽和第二過流槽用于井液的流動。

本發明多功能管桿保護裝置，其中多條所述第一直筋沿上扶正器的軸線均勻分布，多條第二直筋沿下扶正器的軸線均勻分布，第一直筋與第二直筋交錯45度布置。此種布置能使抽油桿被扶正于油管的中心，進一步提高管桿間的防偏磨效果。

本發明多功能管桿保護裝置與現有技術不同之處在于本發明多功能管桿保護裝置包括由兩個陽極組件對扣而成的犧牲陽極，兩個陽極組件均為鋁鎂鋅合金制成的半圓環形殼體，兩個陽極組件對扣并固定在抽油桿的外壁。在發生電化學反應時，由于鋁鎂鋅合金的活性高于鋼，犧牲陽極先被腐蝕，從而保護抽油桿，犧牲陽極與井液中的腐蝕物質反應而生成的反應物分散在井液中，并吸附在抽油桿、油管內壁上形成保護膜，避免抽油桿和油管被腐蝕，即使保護膜被破壞，新生成的反應物也可以迅速在該位置再次形成保護膜，防止被磨損的抽油桿或油管被腐蝕，本發明多功能管桿保護裝置能綜合性地解決抽油機井內抽油桿、油管、接箍、油泵等裝置的偏磨和腐蝕問題。

本發明要解決的另一個技術問題是提供一種多功能管桿保護裝置的制造方法，該制造方法能使多功能管桿保護裝置與抽油桿固定牢固，且采用該制造方法制造的多功能管桿保護裝置不影響抽油桿的強度，并能防止抽油桿和油管偏磨和被腐蝕。

本發明多功能管桿保護裝置的制造方法，其中包括以下步驟：1)澆鑄陽極組件；2)加工制備緩釋殼；3)準備抽油桿；4)組裝陽極組件和緩釋殼到抽油桿上并將緩釋殼上的縫隙焊接；5)烘干制作上扶正器和下扶正器所用的尼龍粉料；6)將尼龍粉料裝進注塑機料斗，將組裝焊接好的陽極組件、緩釋殼及抽油桿放入注塑機模具，尼龍粉料被加熱熔化注塑成型為上扶正器和下扶正器，待熔化的尼龍粉料固化后，上扶正器和下扶正器粘接在抽油桿上并將陽極組件和緩釋殼固定在抽油桿上，至此完成多功能管桿保護裝置的制造及多功能管桿保護裝置與抽油桿的連接。

本發明多功能管桿保護裝置的制造方法與現有技術不同之處在于本發明多功能管桿保護裝置的制造方法將上扶正器、下扶正器利用注塑的方式熱鑄在抽油桿上，形成為一體，固定牢固，注塑時，上扶正器的本體形成第一延伸部和第一包覆環，第一延伸部填充在第一環形空間內，第一包覆環包覆在緩釋殼的上部外表面，下扶正器的本體形成第二延伸部和第二包覆環，第二延伸部填充在第二環形空間內，第二包覆環包覆在緩釋殼的下部外表面，通過此種方式，上扶正器、下扶正器將陽極組件和緩釋殼固定在抽油桿上，即犧牲陽極的固定方式既不是焊接也不是螺紋連接等機械結構連接，既不影響抽油桿的強度，也不需在抽油桿上增加其它裝置，上、下扶正器能避免抽油桿偏磨，在發生電化學反應時，犧牲陽極先被腐蝕，保護抽油桿，同時反應物吸附在抽油桿的桿體和油管的管壁上形成保護膜，防止抽油桿和油管被腐蝕，即利用本發明多功能管桿保護裝置的制造方法制造的多功能管桿保護裝置既能防止抽油桿和油管的偏磨和被腐蝕，又不影響抽油桿強度，能綜合性地解決抽油機井內抽油桿、油管、接箍、油泵等裝置的偏磨和腐蝕問題。

下面結合附圖對本發明的多功能管桿保護裝置作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明多功能管桿保護裝置的主視圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖1的立體圖；

圖4為圖3的組裝示意圖；

圖5為圖1沿B-B的剖視圖；

圖6為本發明多功能管桿保護裝置的主剖視圖，其中未示出上扶正器和下扶正器；

圖7為上扶正器的立體結構圖；

圖8為圖1中A處的放大圖。

具體實施方式

結合圖1-圖4、圖8所示，本發明多功能管桿保護裝置包括緩釋殼3、犧牲陽極2、分別設置在犧牲陽極2兩端的上扶正器1和下扶正器1’，犧牲陽極2為由兩個陽極組件21對扣而成的圓環形殼體，兩個陽極組件21均為鋁鎂鋅合金制成的半圓環形殼體，兩個陽極組件21對扣并固定在抽油桿4’的外壁，犧牲陽極2的內徑與抽油桿4’的直徑相等，緩釋殼3為沿軸向有一條縫隙的不銹鋼材質的圓筒，緩釋殼3壓緊包裹在犧牲陽極2的外壁，緩釋殼3的內徑與犧牲陽極2的外徑相等，緩釋殼3的外表面均勻設置有若干個通孔31。

如圖1所示，上扶正器1位于犧牲陽極2的上端，下扶正器1’位于犧牲陽極2的下端，上扶正器1和下扶正器1’中空并套裝固定在抽油桿4’的外壁，上扶正器1和下扶正器1’的徑向尺寸略小于油管的徑向尺寸。

結合圖1、圖3、圖5、圖6、圖8所示，緩釋殼3的長度大于犧牲陽極2的長度，抽油桿4的外壁、犧牲陽極2的上端面、緩釋殼3的內壁之間形成第一環形空間5，抽油桿4’的外壁、犧牲陽極2的下端面、緩釋殼3的內壁之間形成第二環形空間6，上扶正器1的本體形成第一延伸部11和第一包覆環12，下扶正器1’的本體形成第二延伸部11’和第二包覆環12’，第一延伸部11伸入第一環形空間5并與犧牲陽極2的上端面對接，第一包覆環12包覆在緩釋殼3的上部外表面，第二延伸部11’伸入第二環形空間6并與犧牲陽極2的下端面對接，第二包覆環12’包覆在緩釋殼3的下部外表面。

上扶正器1、下扶正器1’采用高強度尼龍注塑而成，例如，可以采用尼龍66、尼龍6或者玻璃纖維增強尼龍等高強度尼龍作為扶正器的材料。結合圖1、圖3、圖4、圖7所示，上扶正器1和下扶正器1’的結構相同，上扶正器1的本體表面形成多條第一直筋13、下扶正器1’的本體表面形成有多條第二直筋13’，再結合圖2所示，多條第一直筋13沿上扶正器1的軸線均勻分布，相鄰兩個第一直筋13之間形成第一過流槽14，多條第二直筋13’沿下扶正器1’的軸線均勻分布，相鄰兩個第二直筋13’之間形成第二過流槽14’，第一直筋13與第二直筋13’間隔45度布置，第一過流槽14和第二過流槽14’用于井液的流動。

本發明多功能管桿保護裝置中犧牲陽極2的固定方式為：緩釋殼3使犧牲陽極2在抽油桿徑向定位，通過注塑成型的上扶正器1和下扶正器1’使犧牲陽極2在抽油桿軸向定位。如注塑扶正器時，形成第一延伸部11、第二延伸部11’、第一包覆環12、第二包覆環12’，第一延伸部11填充在第一環形空間內，第二延伸部11’填充在第二環形空間內，第一包覆環12包覆在緩釋殼3外，第二包覆環12’包覆在緩釋殼3外，而上、下扶正器的內孔均與抽油桿4’固定，達到固定犧牲陽極2與抽油桿4’的作用。

本發明多功能管桿保護裝置中上扶正器1、下扶正器1’為圓柱形，其本體上形成的筋為直筋，在實際應用中，除采用此種圓柱直筋型扶正器外，還可以采用圓柱螺旋筋型或紡錘螺旋筋型的扶正器。多功能管桿保護裝置可以根據油井偏磨情況和結蠟情況而選擇相匹配的尼龍材料、扶正器的外形，例如在井液粘度較高時，可以選擇過流面積大的圓柱直筋型扶正器，結蠟較嚴重時，選擇具有加強刮蠟效果的紡錘形螺旋筋型扶正器，在井液粘度不高或者結蠟不嚴重時，可以選擇圓柱螺旋筋型扶正器，在偏磨井段，可選擇抗磨的增強型尼龍材料作為上、下扶正器的材料，如選擇玻璃纖維增強尼龍作為扶正器的材料。

本發明多功能管桿保護裝置，包括上扶正器1、下扶正器1’、包括兩個陽極組件的犧牲陽極2、緩釋殼3，兩個陽極組件對扣被緩釋殼3包住并固定在抽油桿4’外壁，犧牲陽極2兩端分別注塑固定上扶正器1和下扶正器1’。本發明多功能管桿保護裝置能防止抽油桿和油管的腐蝕和偏磨。

使用時，將本發明多功能管桿保護裝置通過本發明中的多功能管桿保護裝置的制造方法裝在抽油桿上。使用時有兩種情況：一是在運輸到用戶現場之前，將多功能管桿保護裝置在廠房內完成與抽油桿的安裝；二是將注塑機運輸到用戶現場進行加工作業，其中可采用本申請人申請的申請號為201510843191.2、公開號為105397971A、公開日為2016-03-16、名稱為撬裝式集成注塑一體機進行加工。在不同的油井井筒內可根據實際情況設置多功能管桿保護裝置的數量，例如，當油井的泵深為2000米，浸沒度為200米，在抽油泵以上200米的抽油桿上，每根抽油桿上面可裝一套多功能管桿保護裝置，在200米到600米，每兩根抽油桿上安裝一套多功能管桿保護裝置，600米以上根據實際井況確定安裝間距和數量；在偏磨井段，可以每根抽油桿的兩端各安裝一套多功能管桿保護裝置。本發明多功能管桿保護裝置連同抽油桿4’下井后，在發生電化學反應時，因為犧牲陽極2采用鋁鎂鋅合金制成，抽油桿4’采用鋼制成，鋁鎂鋅合金的活性高于鋼的活性，所以，犧牲陽極2先被腐蝕，犧牲陽極2包裹在抽油桿4’外，犧牲陽極2的內孔與抽油桿接觸構成電化學反應的陽極和陰極，從而保護被犧牲陽極2包裹部分的抽油桿及犧牲陽極2上下一定范圍內的抽油桿不被腐蝕，同時，犧牲陽極2與井液中的腐蝕物質反應而生成的反應物分散在井液中，一邊反應一邊吸附在井下未被犧牲陽極2包裹部分的抽油桿4’、油管內壁上、接箍上形成保護膜，避免抽油桿和油管被腐蝕，即使保護膜被磨損，新生成的反應物也可以迅速在該磨損位置再次形成保護膜，防止被磨損的抽油桿或油管被腐蝕；上扶正器和下扶正器的設置可使抽油桿位于油管內的中心位置，避免抽油桿與油管的接觸摩擦，由于犧牲陽極位于上扶正器和下扶正器之間，能夠避免犧牲陽極與油管摩擦，保護犧牲陽極2免受物理磨損；本發明中用將犧牲陽極通過緩釋殼壓緊在抽油桿上，并通過注塑在抽油桿上的扶正器軸向定位的方式實現與抽油桿的連接，不影響抽油桿的強度；采用高強度尼龍作為上扶正器1、下扶正器1’的材料，使得制成的上扶正器1、下扶正器1’具有強度高、耐磨度高、質量輕的優點；通孔31的大小可以控制犧牲陽極2與井液的接觸面積，其直接影響犧牲陽極2的釋放速度，使犧牲陽極2的釋放速度與井液對管桿的腐蝕速度匹配，在能夠保護管桿的基礎上，盡可能減慢犧牲陽極材料的釋放速度，使釋放速度盡可能小，延長對管桿的保護周期。本發明多功能管桿保護裝置在發生電化學反應之前，緩釋殼3的內壁與犧牲陽極2的外壁貼合，反應時，未被緩釋殼3遮蓋部分的犧牲陽極2(即與通孔31對應部分的犧牲陽極2)與井液接觸發生反應，緩釋殼3的內壁與犧牲陽極2的外壁之間產生間隙，井液進入間隙中，漸漸地被緩釋殼3遮蓋部分的犧牲陽極2也發生反應，隨著反應的進行，緩釋殼3的內壁與犧牲陽極2的外壁之間的間隙被反應物填充，這樣減慢了犧牲陽極與井液的反應速度，但犧牲陽極仍在進行整體反應并消耗，直至犧牲陽極2全部發揮作用。本發明多功能管桿保護裝置，在發生電化學反應時保護膜的形成優先于其它物質如污垢和石油蠟的附著，使本發明具有防垢、防蠟功能。

多功能管桿保護裝置與抽油桿采用注塑的方式連接時，其連接過程如下：將陽極組件21對扣固定在抽油桿4’外壁，兩個陽極組件21對扣形成犧牲陽極2，撐開緩釋殼3的縫隙，將緩釋殼3包裹在犧牲陽極2的外壁并將縫隙焊接填充并打磨平整，緩釋殼3將犧牲陽極2壓緊在抽油桿4’的外壁，注塑機料斗中放入高強度尼龍粉料，之后將犧牲陽極2、緩釋殼3、抽油桿4’三者形成的整體放入注塑機中，高強度尼龍粉料被加熱熔化注塑成型為上扶正器1和下扶正器1’，上扶正器1的本體形成第一延伸部11、第一包覆環12，下扶正器1’的本體形成第二延伸部11’、第二包覆環12’，第一延伸部11填充在第一環形空間內，第二延伸部11’填充在第二環形空間內，第一包覆環12包覆在緩釋殼3外，第二包覆環12’包覆在緩釋殼3外，待熔化的尼龍固化后，上扶正器1和下扶正器1’粘接在抽油桿4’上，上扶正器1和下扶正器1’將犧牲陽極2和緩釋殼3固定在抽油桿4’上，完成多功能管桿保護裝置與抽油桿的連接。

本發明多功能管桿保護裝置的制造方法，用于制造多功能管桿保護裝置，包括以下步驟：1)采用鋁鎂鋅合金澆鑄兩個半圓環形的陽極組件；2)采用不銹鋼加工制備圓筒形的緩釋殼；3)準備抽油桿，抽油桿可從市場采購；4)組裝兩個陽極組件和緩釋殼到抽油桿上并焊接：將兩個陽極對扣在抽油桿上，兩個陽極組件對扣形成犧牲陽極，將緩釋殼包裹在犧牲陽極外壁，并將緩釋殼的縫隙焊接后打磨平整；5)烘干制作上扶正器和下扶正器所用的尼龍粉料；6)將尼龍粉料裝進注塑機料斗，將組裝焊接好的犧牲陽極、緩釋殼及抽油桿放入注塑機模具，尼龍粉料被加熱熔化注塑成型為上扶正器和下扶正器，待熔化的尼龍固化后，上扶正器和下扶正器粘接在抽油桿上，上扶正器和下扶正器將犧牲陽極和緩釋殼固定在抽油桿上，至此完成多功能管桿保護裝置的制造及多功能管桿保護裝置與抽油桿的連接。

本發明多功能管桿保護裝置的制造方法將上扶正器、下扶正器利用注塑的方式熱鑄在抽油桿上，形成為一體，固定牢固，注塑時，上扶正器的端部形成第一延伸部和第一包覆環，第一延伸部填充在第一環形空間內，第一包覆環包覆在緩釋殼的上部外表面，下扶正器的端部形成第二延伸部和第二包覆環，第二延伸部填充在第二環形空間內，第二包覆環包覆在緩釋殼的下部外表面，通過此種方式，上扶正器、下扶正器將犧牲陽極和緩釋殼固定在抽油桿上，此種固定犧牲陽極的方式不影響抽油桿的強度，上、下扶正器能避免抽油桿偏磨，還能保護陽極不受磨損，在發生電化學反應時，犧牲陽極先被腐蝕，保護抽油桿，同時反應物吸附在抽油桿的桿體和油管的管壁上形成保護膜，防止抽油桿和油管被腐蝕，即本發明多功能管桿保護裝置的制造方法制造出的多功能管桿保護裝飾既能防止抽油桿和油管的偏磨和被腐蝕，又不影響抽油桿強度。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。