我国29年来抽油杆研制工作回顾与展望

吴则中，陈 强，钟永海，王志明，孟忠良，顾雪林，高佃生，刘连伟，鄢细林

（1.中国石油勘探开发研究院装备所，北京100083；2.玉门油田分公司机械厂，甘肃酒泉735000；3.中国石油集团渤海石油装备新世纪机械制造有限公司，天津300280；4.内蒙古第一机械集团公司大地石油机械有限公司，内蒙古包头014032；5.胜利油田孚瑞特石油装备有限公司，山东东营257082；6.淄博弘扬石油设备有限公司，山东淄博255130；7.铁岭中油机械设备制造有限公司，辽宁铁岭112000；8.胜利油田高原汇森机械有限公司，山东东营257091） ①

我国29年来抽油杆研制工作回顾与展望

吴则中1，陈 强1，钟永海2，王志明3，孟忠良4，顾雪林5，高佃生6，刘连伟7，鄢细林8

（1.中国石油勘探开发研究院装备所，北京100083；2.玉门油田分公司机械厂，甘肃酒泉735000；3.中国石油集团渤海石油装备新世纪机械制造有限公司，天津300280；4.内蒙古第一机械集团公司大地石油机械有限公司，内蒙古包头014032；5.胜利油田孚瑞特石油装备有限公司，山东东营257082；6.淄博弘扬石油设备有限公司，山东淄博255130；7.铁岭中油机械设备制造有限公司，辽宁铁岭112000；8.胜利油田高原汇森机械有限公司，山东东营257091）①

总结了我国29年来抽油杆研制工作主要经验，主要是：采用了国际先进水平的抽油杆标准，明确了抽油杆最主要的技术性能要求，不断研制抽油杆的新材料，不断研制新的抽油杆生产设备，不断开发抽油杆新产品，召开全国抽油杆技术研讨会，加强国际交流，开拓国内国外市场。

抽油杆；研制；回顾

1980年，我国只有2个抽油杆制造厂，生产1个品种的抽油杆，年生产能力共2×106m，抽油杆产品的质量和数量均不能满足我国油田原油生产的要求。原石油工业部自1981年起将抽油杆研制列为重点研究课题。原第一机械工业部、第五机械工业部和地质矿产部先后也将抽油杆研制列为重点研究课题。

2007年，我国有21个抽油杆生产企业获得API会标的使用权，占全世界获得API会标使用权的企业总数的47%，生产的抽油杆产品不仅可以满足国内油田原油生产的需要，还出口到美国、加拿大、俄罗斯等25个国家［1－2］。截至2009年，我国已有抽油杆生产企业34个，年生产能力达1.2×108m，实际年产量达7.922×107m，杆品达到12个。29年来，在全国抽油杆制造企业、油田、研究院所、高等院校、钢厂和抽油杆生产设备制造厂的共同努力下，我国抽油杆研制工作取得了很大的成绩，已成为世界第1抽油杆生产大国。

1 采用国际先进标准

采用国际先进水平的抽油杆标准，才能生产出国际先进水平的抽油杆产品，在抽油杆国际市场上才有竞争力。

1982年以前，我国抽油杆标准是参照原苏联国家抽油杆标准来制定的，例如第一机械工业部标准JB2823—1979《抽油杆及接箍》是参照原苏联国家标准ГОСТ13877—1968《抽油杆及其接箍》来制定的。

美国石油学会API Spec 11B《抽油杆规范》是公认的国际先进水平的抽油杆标准。我国抽油杆标准从1983年起并采用API Spec 11B《抽油杆规范》，并根据此规范修订后的新版本及时修订我国抽油杆标准。原石油工业部标准SY 5029—1983《抽油杆及接箍》第1次修改采用了API Spec 11B《抽油杆规范》（1982年第19版）。我国目前采用的SY／T 5029—2006《抽油杆》修改并采用了API Spec 11B《抽油杆规范》（1998年第26版）。

我国在研制特种抽油杆时，首先调研国际上这些特种抽油杆的研制和使用情况，并结合我国实际制定接近国际先进水平的特种抽油杆标准，使得我国特种抽油杆研制工作有明确的技术要求和研制方向。我国已制定的特种抽油杆标准有：SY5550—1992（1998，2006）《空心抽油杆》，SY／T 6104—1994《空心抽油杆电加热装置》，SY／T5736—1995《增强塑料抽油杆》，SY／T 6272—1997《超高强度抽油杆》，SY／T 6585—2003《碳纤维复合材料连续抽油杆》。其中，SY／T 5550—2006《空心抽油杆》和SY／T 6585—2003《碳纤维复合材料连续抽油杆》居世界领先技术水平。

我国要成为世界抽油杆生产大国和强国，不仅要修改采用API Spec 11B《抽油杆规范》，还要开展抽油杆标准的基础研究，把这些研究成果纳入我国的抽油杆标准，并争取参加API Spec 11B《抽油杆规范》的修订工作。与API Spec 11B《抽油杆规范》相比，我国抽油杆标准在机械性能要求上增加了伸长率、断面收缩率、冲击韧性和硬度等4项指标，提出了抽油杆实物疲劳试验方法，还提出了空心抽油杆标准。我国应在这些方面进一步开展研究，争取将这些内容纳入API Spec 11B《抽油杆规范》中。

2 明确技术性能要求

对于抽油杆研制人员来说，明确抽油杆最主要的技术性能要求很重要。

API Spec 11B《抽油杆规范》（1995年第25版）以前的版本，对抽油杆的机械性能要求只有1项（抗拉强度）。API Spec 11B《抽油杆规范》（1995年第25版）及以后的版本，对抽油杆的机械性能要求，除抗拉强度外还增加了最小屈服强度，也就是说API Spec 11B《抽油杆规范》只规定了强度指标。因此，有些抽油杆研制人员错误地认为抽油杆最主要的技术性能要求是强度，甚至还有些研制人员错误地认为抽油杆的强度越高，其工作寿命越长。

1981年，我国一个抽油杆生产企业生产的C级抽油杆出口美国，美商委托美国工程和材料工艺有限公司（Engineering and Material Technology Corporation）对这批抽油杆进行全面的性能检测，其中最重要的3项检测内容是：对抽油杆的杆头进行荧光磁粉探伤，进行抽油杆的实物疲劳试验，进行疲劳失效分析。检测结论为：这批抽油杆的锻造缺陷（主要是折迭）严重，此缺陷是疲劳裂纹源，引起抽油杆早期疲劳断裂。因此，这批抽油杆是废品。这件事引起了我国抽油杆研制人员的重视，使我们认识到研制抽油杆必须首先认清抽油杆最主要的技术性能指标。

随后，我国抽油杆研制单位逐步深入地研究了抽油杆的服役条件、主要失效形式［3］及最主要的技术性能要求。

1） 抽油杆服役条件是抽油杆承受不对称循环载荷的作用，受到CO2、H2S和Cl－1等腐蚀介质的侵蚀，相当多的抽油井中抽油杆和油管发生偏磨。

2） 抽油杆主要失效形式是疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。抽油杆磨损加剧了疲劳断裂。

3） 抽油杆最主要的技术性能要求是抗疲劳性能或抗腐蚀疲劳性能。

因此，抽油杆的研制工作（选材、锻造、热处理、杆头加工、包装和运输等）都应该围绕提高抽油杆的抗疲劳性能和抗腐蚀疲劳性能来进行。

在制定GB7229—1987《抽油杆及其接箍》的过程中，大家对抽油杆的机械性能指标是只规定强度指标还是同时规定强度、塑性和韧性指标进行了激烈的争论。争论后大家认识到：抽油杆最主要的技术性能指标是抗疲劳性能，也就是说要提高抽油杆的综合力学性能（强度、塑性和韧性），同时参考了美国7个抽油杆制造企业生产的C级、D级和K级抽油杆的5项机械性能指标（抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率和冲击韧性），制定了我国抽油杆的5项机械性能指标。

兰州石油机械研究所于1986年对玉门石油管理局机械厂从美国进口的D级抽油杆和EL级（HY型）抽油杆进行了实物疲劳试验，并提出了考核这2种抽油杆产品质量的实物疲劳试验方法［4－5］。

能源部石油机械产品生产许可证发证办公室文件（91）油许发字第16号文“关于进行抽油杆及接箍生产许可证检查的通知”中，规定了D级抽油杆及接箍疲劳试验细则（采用兰州石油机械研究所提出的实物疲劳试验方法）。

SY／T 5029—2006《抽油杆》的附录D，规定了钢制抽油杆（D级、HL型、HY型抽油杆）疲劳性能要求和试验方法。

我国在研制抽油杆的过程中，对抽油杆的小试样和实物试样进行了大量的疲劳试验，是世界上对抽油杆进行实物疲劳试验的工作量最大、试验效果比较好的国家，主要是对以下2种情况进行试验：一是研制抽油杆新产品时，通过抽油杆实物疲劳试验来改进抽油杆的结构、材料、工艺，并考核抽油杆的抗疲劳性能是否达到标准的要求［6］；二是企业申请抽油杆国家生产许可证时，考核企业生产的抽油杆的抗疲劳性能是否达到要求。

3 不断研制新材料

抽油杆所用的材料主要有钢材和非金属材料（包括玻璃钢和碳纤维复合材料）2大类。钢制抽油杆的力学性能主要取决于钢材的化学成分和热处理工艺。由于钢制抽油杆只在两端部进行机械加工，85%以上的表面不加工，因此，钢材的表面质量对抽油杆产品的质量影响很大。玻璃钢抽油杆是在玻璃钢杆体的两端各粘接安装1个钢接头。碳纤维复合材料连续抽油杆是在数百米或数千米长的碳纤维复合材料带（杆体）的两端各装配1个钢接头。因此，研制玻璃钢抽油杆和碳纤维复合材料连续抽油杆的重要内容之一是研制玻璃钢杆和碳纤维复合材料带（杆体）。

玉门石油管局机械厂、石油部石油勘探开发科学研究院机械所、江汉机械研究所、冶金部钢铁研究总院、兰州石油机械研究所和西宁钢厂于1982—1984年间，对以下C级和D级抽油杆用钢进行了研究，主要有：45钢，35Mn2，40Mn2，40Mn特，40CrMnMo，20CrMo，35CrMo，42CrMo。

1985年，玉门石油管理局机械厂、中国科学院金属研究所、石油部石油勘探开发科学研究院机械所和江汉机械研究所对K级抽油杆用钢进行了研究［4］。

1993年，唐山钢铁公司研制成功FG20钢（16Mn2SiCrMoVTiA），用于生产HL型抽油杆。

冶金行业标准YB／T 054—1994《抽油杆用热轧圆钢》把以上研究的8个牌号的钢列入标准中。

1992年，沙市石油钢管厂从美国飞波公司引进玻璃钢抽油杆生产线。1992年，秦皇岛耀华玻璃厂和华北油田采油工艺研究所研制成功玻璃钢抽油杆。我国玻璃钢抽油杆杆体的基体采用乙烯聚酯，增强材料采用玻璃纤维无捻粗纱，成型工艺采用拉挤工艺。

我国从2000年开始研制碳纤维复合材料连续抽油杆，胜利油田孚瑞特石油装备有限公司［7］、龙口博德复合材料有限公司和山东东辰集团碳纤维科技开发公司等3个企业研制成功碳纤维复合材料连续抽油杆，杆体的基体采用乙烯基树脂或改性环氧乙烯树脂，增强材料采用T700S－12碳纤维，成型工艺采用拉挤工艺。

西宁特殊钢股份有限公司、唐山钢铁股份有限公司、首钢集团公司、中国石油勘探开发研究院装备所和冶金工业信息标准研究院等单位于2009年制定了GB／T 26075—2010《抽油杆用圆钢》国家标准。在标准的讨论会和审定会上，邀请了全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会和抽油杆制造企业的代表参加。代表们认真分析了YB／T 054—1994《抽油杆用热轧圆钢》和美国抽油杆用钢的差距，认为YB／T 054—1994《抽油杆用热轧圆钢》存在问题。

1） 美国抽油杆企业采用专用的抽油杆用钢，即采用改进的AISI（SAE）钢铁产品牌号；而我国没有专用的抽油杆用钢。

2） 没有规定冶炼方法，不能保证抽油杆用钢的冶炼质量。

3） 热轧圆钢的直径及其允许偏差达不到API《抽油杆规范》的要求。

4） 热轧圆钢的表面质量达不到要求。

5） 热轧圆钢的端头形状不符合要求。

为了使我国抽油杆产品质量尽快达到国际先进水平，钢铁系统的代表认为，根据我国目前钢铁生产的技术水平，再作些努力，完全可以解决上述问题。因此，所制定的GB／T 26075—2010《抽油杆用圆钢》基本上达到了国际先进水平。

4 不断研制新抽油杆生产设备

只有采用先进的抽油杆生产设备，才能保证抽油杆的产品质量。

抽油杆的生产设备主要包括锻造设备、热处理设备、杆头加工设备和有关的检测设备。

我国1981—1994年研制成功基本的抽油杆生产设备，1995—2009年研制了一些比较先进的抽油杆生产设备。目前我国抽油杆生产技术水平与国际先进水平相比落后十多年，其中主要差距之一是抽油杆生产设备的机械化、自动化水平低，有关检测设备的精度、可靠性和使用寿命达不到要求。因此，从2010年起，我国抽油杆生产设备的研制单位着手分析国外先进的抽油杆生产设备的特点，准备研制我国具有国际先进水平的抽油杆生产设备。

4.1 1981—1994年研制的基本设备

1） 锻造设备 315、450、630t水平分模平锻机，锻模设计，杆头中频感应加热设备，杆头煤气加热设备。

2） 热处理设备 JL 89－07型电阻炉抽油杆热处理机组，煤气加热抽油杆淬火设备，抽油杆中频感应加热淬火设备，超音频抽油杆表面淬火机床。

3） 杆头加工设备 六角车床，S3－120－1型抽油杆六轴自动机床。

4） 其他设备 Q393型抛丸机，QLPWJ型抽油杆强力喷丸机，抽油杆涡流或漏磁无损探伤仪，抽油杆中频感应加热炉用JH－1000型红外光导纤维测温系统。

4.2 1995—2009年研制的较先进设备

1） 锻造设备 抽油杆锻造加热自动控制装备。

2） 热处理设备 天然气加热抽油杆淬火设备，IGBT变频加热抽油杆表面淬火机床，ZZJS－28型四杆中频加热淬火机床。

3） 杆头加工设备 CAK6150Bi型数控抽油杆杆头加工机床，BSK－CS五坐标全自动抽油杆加工机床。

4） 其他设备 CYGPWJ－1型通过式抽油杆抛丸强化机，2M－5140型双磨头外圆砂带抛光机。4.3 目前需要研制的接近国际先进水平设备

1） 抽油杆专用平锻机，抽油杆热模锻自动化生产线。

2） 抽油杆杆头加工自动化生产线，抽油杆杆头加工多轴自动机床。

3） 抽油杆接箍半自动生产线。

4） 抽油杆钢材无损探伤设备，抽油杆产品无损探伤设备。

5） 抽油杆自动涂漆装置及自动包装设备。

5 不断开发新产品

在原油开采中，为了满足低液面、高含水、高粘度、高凝固点、高含蜡、防腐等要求，我国开发了10种特种抽油杆。特种抽油杆是指与普通抽油杆相比，其用材、结构、性能和用途有很大差别的抽油杆［8］，表1为其中8种主要特种抽油杆的特点及应用范围。

表1 8种特种抽油杆特点及应用范围

6 召开全国抽油杆技术研讨会

为了推动全国抽油杆研制工作的的开展，召开了2次全国抽油杆技术研讨会。

20世纪80年代初，有些研制人员不了解抽油杆的技术要求及其的在原油开采中的重要性，认为抽油杆结构简单、无技术含量。中国石油学会石油工程委员会于1986年在沈阳召开了全国抽油杆技术研讨会，来自抽油杆制造企业、油田、研究院所、高等院校、钢厂和生产设备制造企业的107位代表参加了会议，提交会议论文68篇。会上，油田代表介绍了抽油杆在原油生产中的作用，一些抽油杆制造企业介绍了抽油杆生产线的技术改造方案，代表们还介绍了抽油杆用钢及其热处理，生产设备与工艺，国内外抽油杆的解剖分析，新产品开发等问题，使大家认识到抽油杆是一种重要的采油机械，其产品质量对我国原油生产影响很大；抽油杆和其他石油机械一样，只有认真开展研制工作，才能生产出高质量的产品来。

1990年以后，原来的抽油杆研制人员都已退休，新的研制人员对抽油杆的了解不够，对国内外抽油杆的研制情况不太了解，对我国抽油杆研制工作的发展方向不明确。2007年，全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会和中国石油天然气股份公司勘探与生产专业标准化技术委员会在包头召开了抽油杆标准宣贯暨抽油杆技术研讨会，共有140名代表参加，会前准备了论文集，共有28篇高质量的论文，介绍了我国石油和天然气的生产形势，介绍了3个油田抽油杆的应用情况，交流了抽油杆钢材、生产设备和工艺、新产品开发等方面的研究成果，播放了美国Norris公司抽油杆生产线和俄罗斯生产的抽油杆热模锻自动化生产线的录像，经过讨论大家认识到：

1） 26年来我国抽油杆研制工作取得了很大成绩，使我国成为世界第一抽油杆生产大国。

2） 我国抽油杆生产技术水平与国际先进水平相比，落后十多年，存在的主要问题是：抽油杆生产设备的机械化、自动化水平低；没有完全建立科学的质量管理体系。

3） 针对目前抽油杆研制工作中存在的问题开展工作，争取尽快使我国成为世界抽油杆生产强国。

7 加强国际交流 开拓国内国外市场

7.1 赴美国和俄罗斯等国考察

玉门油田分公司机械厂先后赴美国、原苏联、俄罗斯和白俄罗斯考察。中国石油集团渤海石油装备新世纪机械制造有限公司赴俄罗斯考察。内蒙古第一机械集团公司大地石油机械有限公司赴美国考察了Norris和Oilwell公司。胜利油田孚瑞特石油装备有限公司赴俄罗斯和阿塞拜疆考察。山东九环石油机械有限公司赴俄罗斯和白俄罗斯考察。淄博弘扬石油设备有限公司赴美国Trico公司和Axelson公司考察。兰州兰通石油机械锻压厂赴美国考察。

7.2 中美合资生产抽油杆

淄博弘扬石油设备有限公司和美国威德福公司于2007年签订合同，中美合资在淄博生产抽油杆，大部分产品由威德福公司负责出口。

7.3 抽油杆产品出口

内蒙古第一机械集团公司大地石油机械有限公司和美国CDI公司于2006年签订合同，抽油杆连续几年批量出口美国。玉门油田分公司（局）机械厂每年都向美国、俄罗斯等几个国家出口抽油杆。胜利油田高原汇森机械有限公司生产的大部分抽油杆出口国外。胜利油田孚瑞特石油装备有限公司、山东九环石油机械有限责任公司、铁岭中油机械设备制造有限公司、中国石油集团渤海石油装备新世纪机械制造有限公司、山东墨龙石油机械股份有限公司、张家口探矿机械总厂石油机械分厂、济源市石油机械有限公司生产的部分抽油杆出口国外。

8 结语

为扩大我国抽油杆的销路，应加强国际交流，开拓国内国外市场，使我国抽油杆研制人员了解世界先进的抽油杆生产技术，了解国际抽油杆市场的要求，有利于分析我国抽油杆生产技术水平与国际水平的差距，明确我国抽油杆研制工作的发展方向。

［1］ 吴则中，刘勤学，谢 宁，等.18年来我国抽油杆的科技进步与科研成果［J］.石油机械，1999，27（11）：43－66.

［2］ 吴则中，钟永梅，孟忠良，等.我国抽油杆的研制工作的现状及发展方向［J］.石油机械，2008，36（2）：63－66.

［3］ 刘冬伟，王优强.抽油杆断脱故障树分析［J］.石油矿场机械，2007，36（9）：91－93.

［4］ 吴则中，李景文，赵学胜，等，抽油杆［M］.北京：石油工业出版社，1994：492，502－505.

［5］ 唐介清，唐 锴.美国Oilwell公司EL级抽油杆水平分析［J］.石油矿场机械，1986，15（6）：13－17.

［6］ 于维成，王雨祥，袁金才，等.玻璃钢抽油杆疲劳性能的研究［J］.石油矿场机械，1991，20（1）：46－48.

［7］ 杨小平，顾雪林，李 鹏，等.乙烯基酯树酯基碳纤维连续抽油杆的研制［J］.石油机械，2003，31（4）：35－38.

［8］ 吴则中，田 丰.特种抽油杆的特点与适用范围［J］.石油机械，1996，24（增刊）：82－86.

［9］ 胡业文，郭建设，冯 鼎，等.玻璃钢抽油杆技术性能与应用探讨［J］.石油矿场机械，2010，39（1）：35－38.

Review and Prospect of Research and 29－years Manufacturing of Sucker Rod in China

WU Ze－zhong1，CHEN Qiang1，ZHONG Yong－hai2，WANG Zhi－ming3，MENG Zhong－liang4，GU Xue－lin5，GAO Dian－sheng6，LIU Lian－wei7，YAN Xi－lin8

（1.Department of Equipment，RIPED，Beijing100083，China；2.Yumen Oilfield Company Machinery Manufacture，Jiuquan735000，China；3.Bohai Oil Equipment New Century Machinery Manufacturing Co.，Ltd.，Tianjin300280，China；4.Dadi Petroleum Machinery Manufacturing Co.，Ltd.，Inner Mongolia First Machinery（Group）Co.，Ltd.，Baotou014032，China；5.FREET Petroleum Equipment Co.，Ltd.of Shengli Oilfield，Dongying257082，China；6.Zibo Hongyuan Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Zibo 255130，China；7.Tieling Zhongyou Machinery Equipment Manufacture Co.，Ltd.，Tieling112000，China；8.Shengli Oilfield Highland Huisen Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Dongying257091，China）

Over 29years，the major experiences achieved in the research and manufacturing on the sucker rod in China are as follows：adopting internationally advanced standard in the sucker rod；clarifying the most important technical properties requirements and constantly working on the improvement of the material，manufacturing equipment and new generations of the sucker rod，holding the national technical seminar on the sucker rod，strengthening the international communications and exploring the markets both home and abroad.

sucker rod；development；review

1001－3482（2012）01－0062－06

TE933.2

A

2011－07－27

吴则中（1939－），男，福建龙岩人，教授级高级工程师，1962年毕业于北京航空学院工程数学力学系飞行器结构力学与强度计算专业，主要从事石油机械研制工作，E－mail：WUZZ2006xl＠sina.com。