空心抽油杆行业标准适应性分析

张朋举，任　坤，单慧玲，任松林，张仙文，王壮壮，贾玉生（．中国石油吐哈油田公司机械厂，新疆哈密839009；．中国石油吐哈油田公司吐鲁番采油厂，新疆鄯善8380）①

空心抽油杆行业标准适应性分析

张朋举1，任坤2，单慧玲2，任松林1，张仙文1，王壮壮1，贾玉生1
（1．中国石油吐哈油田公司机械厂，新疆哈密839009；2．中国石油吐哈油田公司吐鲁番采油厂，新疆鄯善838202）①

为了使空心抽油杆行业标准更好地指导制造过程和现场应用，以空心抽油杆的结构特点、主要制造方法、实际应用中存在的问题3个方面为研究方向，采用了对比分析、现场调查、举例说明的方法，分析了SY／T5550—2012《空心抽油杆》标准，并对该标准的适应性提出了一些建议。

空心抽油杆；标准；应用

近年来，边际油田（稠油区块、高含蜡区块等）的规模化开发对采油工艺的发展提出了更高的要求。空心抽油杆具有特殊独的立通道，可通过该通道向井内注入热蒸汽、热水或热油、降黏剂和防腐剂，能有效地降低开采难度，可以增加分层开采计量层数［1］。由于这些优势，使得空心抽油杆的应用范围逐年扩大，空心抽油杆采油工艺技术也得到了较大发展［2］。国内空心抽油杆制造也呈现出较快的发展态势。我国已制定了特种抽油杆标准，例如SY5550—1992《空心抽油杆》［3］，分别于1998年、2006年对其进行了修订，目前，最新的标准为SY／T 5550—2012《空心抽油杆》。该标准在指导规范化生产制造的同时，推动了国内空心抽油杆制造业的发展。笔者通过研究空心抽油杆的制造及应用链，对标准的适应性进行了分析，并提出了一些建议。

1　空心抽油杆结构分析

1．1 结构形式

根据国家能源局2012年发布的SY／T5550—2012《空心抽油杆》标准的要求，空心抽油杆的加工形式分为镦锻式、摩擦焊接式2种类型，其连接形式分为接箍连接式（J）型、直接连接（Z）型2种类型。标准中涉及了7种规格，外径尺寸为ø32～ø42mm、壁厚为5～6mm。这几种结构形式的空心抽油杆均被各空心抽油杆生产厂家采用，在国内各大油田的油井作业工艺中广泛使用。

1．2 钢级及力学性能

标准中规定空心抽油杆的等级分为C、D、H3个等级，其中H级又分成HL级（材料型高强度杆）和HY级（工艺型高强度杆）。因为空心抽油杆也是抽油杆的一种，作为有杆采油系统的一部分，与实心抽油杆在力学性能上有一致性，因此该空心抽油杆中的C、D、H级与实心抽油杆的力学性能数据相同。

1．3 螺纹结构

空心抽油杆的螺纹结构与实心抽油杆相似，为10牙／25．4mm并符合具有公差和间隙为2A-2B级的统一螺纹牙型，如同ANSI／ASME B1．1所定义［4］。与实心抽油杆相比，空心抽油杆螺纹根部没有卸荷槽，导致空心抽油杆外螺纹加工根部始终存在应力集中现象。为了保证空心抽油杆内腔的密封性，一般采用O型密封圈进行密封，所有空心抽油杆的内螺纹和外螺纹端均采用了特殊设计，杆头端配有密封圈安装槽，如图1所示。接箍端结构如图2所示。

图1　杆头端示意

图2　接箍端示意

2　存在的问题

笔者调研了2种典型的空心抽油杆生产制造工艺，认为SY／T5550—2012《空心抽油杆》标准在规范制造方面存在一定的不适应性，并且追踪现场应用，提出了一些相关的问题。

2．1 生产制造

2．1．1 杆头及接箍的内表面

1） 摩擦焊接式。摩擦焊接式的杆头和接箍均为独立加工的。由于一部分制造厂家应该实心棒料钻孔加工，标准中对杆头和接箍的内表面没有明确的粗糙度要求，同时对螺纹加工后的表面也没有明确的表面粗糙度要求。在空心抽油杆的应用过程中，粗糙的内表面会导致电加热电缆的摩擦破损，降低使用寿命；螺纹表面的粗糙程度也会对螺纹粘扣性能产生一定的影响。

2） 镦锻式。与摩擦焊接式的钻孔加工杆头和接箍的工艺相比，镦锻式的内表面一般情况下为锻造态，粗糙度一般情况都会优于摩擦焊接式的结构。

通过对比摩擦焊接式和镦锻式这2种情况，可以发现现有的行业标准应该对杆头和接箍的内表面有一定的表面粗糙度要求，这样可以避免用户在使用时，出现同一标准下对不同产品的选择。对比实心抽油杆标准：APISpec11B—2010第27版中，对机加工镦粗区域的表面粗糙度Ra不得超过3．175μm（125μin），有明确的规定。

2．1．2强度一致性对比

1） 摩擦焊接式。摩擦焊接式杆头和接箍在生产制造过程中，会产生明显的焊缝，如图3所示，在典型的生产工艺过程中，摩擦焊接焊缝周围会产生热影响区，而热影响区的抗疲劳强度达不到杆体抗疲劳强度的要求。焊缝热影响区在应用中容易成为薄弱环节，发生空心抽油杆的断裂失效，如图4所示。

图3　摩擦焊空心抽油杆

图4　空心抽油杆断裂实物

2） 镦锻式。镦锻式包括接箍连接式（J）型、直接连接（Z）型这2种类型的空心抽油杆，在大多数生产厂家均采用整体热处理技术，避免了力学性能产生较大的起伏，并且在跟踪50口井的使用的过程中，应用效果良好。在SY／T5029—2013《抽油杆》标准附录L中，对实心抽油杆疲劳性能有相关的要求［5］。空心抽油杆由于O型密封圈的安装槽的影响，会对疲劳性能产生影响。在SY／T5550—2012《空心抽油杆》标准中并未针对空心抽油杆的疲劳性能进行规定。

2．1．3 硬度要求根据标准6．2．5中空心抽油杆接箍的硬度规定为56～66 HRA。这种规定的意义完全保证了独立接箍的力学性能，并不是适合直接连接（Z）型空心抽油杆。

2．2 现场应用

2．2．1 螺纹

1） 螺纹根部断裂。由于空心抽油杆的杆头螺纹与实心抽油杆的螺纹参数一致，生产工艺也一致，都是挤压成形。由于实心抽油杆的结构，螺纹加工结尾处有卸荷槽如图5所示，而空心抽油杆螺纹结尾没有这种结构，如图6所示，所以导致空心抽油杆挤压螺纹结束时，形成应力集中现象。因此，该处也为空心抽油杆的薄弱环节，在应用过程中，出现从该处断裂的现象如图7所示。

2） 螺纹粘扣。作者在现场调研过程采用摩擦焊接工艺生产的空心抽油杆，发现较容易出现螺纹粘扣的现象，如图8所示。张朋举等在文献［6］中的研究表明，空心抽油杆的粘扣既与制造质量有关，又与现场应用不当有关。在预防措施中提出，空心抽油杆的最小规格为ø34mm×5．5mm，外径尺寸超过了25．4mm（1in）。根据统一标准英制螺纹（UN和UNR螺纹牙型），8牙／in的UN螺纹已经广泛替代了粗牙螺纹，应用在超过25．4mm（1in）的管子上［7］。所以建议将8牙／25．4mm作为空心抽油杆螺纹形式的研究方向，这样螺距P增大后，更加方便引扣，发生螺纹粘结的可能性会进一步减小。

图5　实心抽油杆杆头示意

图6　空心抽油杆杆头示意

图7　杆头螺纹根部断裂

图8　现场杆头粘扣形貌

2．2．2 相关辅助配件

1） 异径接头。空心抽油杆在使用过程中，以目前的几种典型工艺分析，例如电加热工艺、热洗清蜡工艺、泵上掺稀工艺等，这些工艺大多数情况下会和实心抽油杆混合使用，因此异径接头用于连接不同规格的空心抽油杆、连接实心抽油杆与空心抽油杆，形成整体的杆柱系统，满足采油工艺的要求。但是在新版的标准中，并没有涉及到这方面的内容。

2） 注入三通。新标准中在附录A中明确了空心抽油杆电加热装置，但是空心抽油杆杆柱在组合应用时，在井口光杆位置都有注入三通等附件，这样才能保证电缆顺利下入空心抽油杆的内孔。空心抽油杆应用的最大特点就是利用其密闭的内孔，所以在应用的过程中，均会涉及到注入三通的应用。

3　分析及讨论

在SY／T5550—2012《空心抽油杆》标准中，4种结构的空心抽油杆，对于2000m以内的井，摩擦焊接式的空心抽油杆完全满足应用要求。对于我国东部大多数油田井深条件，摩擦焊接式空心抽油杆可以满足使用要求。我国西部大多数油田的井深超过2000m，所以镦锻式空心抽油杆有较大的应用空间。因此新版行业标准中的4种结构符合空心抽油杆现有生产和应用的需求。在生产制造方面，行业标准中应该针对独立加工的杆头接箍内壁和整体加工的杆头接箍内壁，做统一的粗糙度要求。这样，用户在使用时不会因为空心抽油杆结构类型的不同，而产生不同的使用效果。空心抽油杆由于结构类型发生变化，疲劳数据无法跟实心抽油杆一样表示出来，但是在应用过程中，摩擦焊接式的焊缝处为抗疲劳性能的薄弱环节，在标准中应该对摩擦焊缝处的疲劳强度进行定义，使其与杆体抗疲劳的能力相一致。在空心抽油杆应用过程中，由于对螺纹承载面在圆周方向上的壁厚偏差进行定义，空心抽油杆螺纹的承载面、螺纹结尾处由于加工工艺的影响为加工应力集中处，所以针对加工制造过程中，应对螺纹承载面的壁厚偏差进行严格定义。空心抽油杆螺纹粘扣涉及到的方面较多，与加工制造、库存运输、现场操作有关，应从这3个方面加强，才能规避粘扣现象。标准中，应增加相关附件建议，例如异径接头、注入三通等，增强空心抽油杆现场应用的规范性。

4　结论

1） SY／T 5550—2012《空心抽油杆》标准中的4种结构有较强的适应性，涵盖了国内大多数油田的使用现状，并充分考虑了制造、检测、应用等方面的内容。

2） 在制造方面，SY／T 5550—2012标准中提出了一些要求。建议针对杆头、接箍部位的内表面作统一标准要求。针对摩擦焊接式的强度一致性及焊缝疲劳性能作统一标准要求。

3） 在应用方面，SY／T 5550—2012标准中有一些要求。建议参照APISpec11B—2010第27版，增加附录部分，将相关辅助配件纳入，以增加标准的规范性。

［1］ 魏新春．一体式空心抽油杆采油技术研究［D］．成都：西南石油大学，2008．

［2］ 赵晓，邢庆河，张士诚．空心抽油杆在油井举升中的应用［J］．油气田地面工程，2006，25（7）：5-6．

［3］ 吴则中，陈强，钟永海，等．我国29年来抽油杆研制工作回顾与展望［J］．石油矿场机械，2012，41（1）：62-67．

［4］ API Spec 11B，第27版，抽油杆、光杆与衬套、接箍、加重杆、光杆卡子、密封盒和抽油三通规范［S］．

［5］ SY／T 5029—2013，抽油杆［S］．

［6］ 张朋举，韩军，鞠汉良，等．空心抽油杆螺纹黏结原因分析及预防［J］．钢管，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

张朋举（1983-），男，陕西礼泉人，工程师，硕士，现从事空心抽油杆的制造与应用方面的研究工作，Email：zhan-gpengju＠petrochina．com．cn。