抽油杆直线度的测量及生产控制分析

杨冬

（大庆市龙兴石油机械有限公司，黑龙江 大庆 163000）

我国油田从20世纪70年代开始，就将传统的自喷式采油方式转变为机械采油方式，同时对抽油杆进行了更加深入的研究和分析，主要从以下几个方面，分别为生产设备、行业标准、质量控制、产品开发、检测与修复、失效分析等。我国经过最近几年的不断努力，已经成为了抽油杆生产大国。对抽油杆质量产生影响的因素比较多，其中，抽油杆的直线度对其的影响所占的比例较高，同时抽油杆的直线度也影响抽油杆的使用性能，已经引起了我们的高度重视。目前我国对于抽油杆直线度的自动、准确性测量手段还比较欠缺，经过科研人员的不断研究，提出了基于方向模板的结构光条纹中心检测方法以及一种基于阵列摄像的机器视觉在线测量方法与系统，但是以上两种方法在应用的过程中，测量的准确度还有待提升，很容易受到噪声的影响，需要投入大量的设备资金，实现起来比较困难。本文主要阐述了国内外目前对抽油杆在直线度方面的一些需求，针对实际生产情况，将国内外的抽油杆直线度测量差异进行分析，引进先进的仪器设备，先进的测量手段，实现我国抽油杆直线度测量准确度的进一步提升，不断的优化和完善原油的抽油杆生产工艺，促进我国石油企业的可持续发展。

1 国内外抽油杆直线度测量方法及其注意事项

如图1为抽油杆的基本结构，一旦抽油杆出现弯曲、变形，就会增大抽油杆工作运行中的弯曲内侧应力，长时间就会造成抽油杆的断裂，影响抽油杆的正常工作运行。我国目前对抽油杆杆体及杆头的直线度测量方法主要是按照相应的抽油杆标准内容进行。

图1 抽油杆

1.1 杆体直线度的测量

我们主要使用以下两种方式对抽油杆和短杆弯曲进行测量。

（1）方法一，全跳动值的测量，主要的方法为在杆表面距离支点152.4mm标距的位置进行测量，通常情况测量出的全跳动值为杆距全长范围内间隙的2倍。

（2）方法二：在弯曲处的凹边，使用长度为304.8mm的直尺靠近，对直尺与凹面之间的间隙采用塞尺测量的方式进行测量，对于抽油杆杆体尺寸在16～29mm范围之内的抽油杆，采用304.8mm的标距测量最大许可弯曲度，经过使用方法二测量可知，最大许可间隙为1.65mm，经过使用方法一测量可知，全跳动最大许可值为3.3mm。

1.2 杆端部直线度的测量

想要有效的测量出抽油杆杆体端部的直线度，就要将抽油杆放置在距离杆外螺纹接头台肩152.4mm位置，如图2所示，在同一平面支架上放置杆体的其它部分，间距不能超过1.83m，对台肩外径处的弯曲值采用激光、千分表等测量设备进行测量，抽油杆直径尺寸在16～29mm范围之内，允许的最大端部直线度全跳动值为3.3mm。无论在我国还是在国外，基本都采用千分表等测量仪器设备对端部直线度进行测量，主要的测量流程为，对杆体进行360°旋转，旋转过程中仪表与台肩外径存在接触，对其数值进行记录。

图2 杆端部直线度测量

1.3 注意事项

在我国或者国外对抽油杆杆端部的测量方法基本都是相同的，因为测量标准中只规定了一种方法，产品的检测与接收准则基本相同。但是我国与国外在抽油杆杆体直线度的测量方法上却存在较大的差异，我国企业大部分使用的为方法二，方法二测量过程中有着对测量仪器设备要求不高、操作简单的优势，而国外企业大部分使用方法一，在方法一的测量过程中，需要提前预制好相应的支架，方法一的测量准确度要高于方法二，但是方法一在测量过程中对使用的仪器设备有着严格的标准要求。在实际的检测过程中我们有时候可能发现，通过方法二检测合格的抽油杆，再使用方法一进行测量后可能出现不合格的情况，造成以上问题产生的主要原因为，方法二在检测过程中只是限定了304.8mm的直尺标距，将测量数据限定在了一定的杆体范围之内。方法一在测量的过程中，抽油杆需要在支架上旋转360°，测量的是整个过程的跳动值，测量全跳动的位置还是在杆表面距离支点152.4mm的位置，但是杆体整个长度对全跳动值都有着一定的影响。

杆体直线度的实际测量过程中，需要我们按照相应的标准规范，首先，采用支架滚动的方式对杆体的直线度进行检验，在同心支架上放置抽油杆，每个抽油杆的间距不能大于1.83m，从端部仔细的观察缓慢滚动重点抽油杆整体摆动状态，抽油杆的直线度是否满足需求只要通过目测观察就能判断出来。我们将一些摆动比较明显的抽油杆挑出来，标记为不合格产品，对于剩下摆动不是很明显的抽油杆，我们使用千分尺再进一步的测量，测量其全跳动值，通过全跳动值来判断抽油杆直线度是否在合理的范围之内。一些企业在对国外厂家生产的抽油杆进行检测时，一定要注意按照方法二进行检测，同时按照相应标准规定中的操作进行滚动检测，否则可能不满足第三方检验公司的检验标准，给企业带来巨大的经济损失。

2 抽油杆直线度的生产控制

在抽油杆的检测过程中，我国企业也要与时俱进，尽量采用国外检测方法，对生产工艺中抽油杆直线度问题及时解决，抽油杆在生产及最终检验时，均采用方法一测量抽油杆的全跳动数值，不断的完善与优化抽油杆整个生产工艺，如图3为生产工艺优化后的流程图。

图3 抽油杆生产工艺过程

2.1 原材料采购

首先我们需要保障我们采购的原料本身直线度要在标准的范围之内，在采购原料之前需要与供应商签订相关合同，合同内要明确的规定原材料棒材的直线度，一般情况下为原材料棒材在使用1m长直尺靠尺时，凹面间隙不能超过1mm。材料在进入厂区之前需要由专业的检验人员进行检验，随机抽取棒材放在支架上滚动，每个棒材摆放间距小于1.83m，对棒材的摆动情况进行观察，对摆动出现异常的棒材由检验人员使用1m长直尺进行进一步的检验，对不符合要求的棒材拒绝接收，退货并返还供应商处理。

2.2 冷校直

在进行锻造之前，可以将原材料进行冷校直，有利于保障原材料的直线度，冷校直一般在双辊校直机上操作，根据实际情况微调双辊校直机间距，上下的幅度不宜过大，原材料此时的截面为等圆形。

2.3 锻造

目前大部分公司在进行抽油杆锻造时采取的还是人工半自动化锻造方式，棒材支承辊为上下可调节设计，在锻造前，施工人员需要对支承辊进行水平高度的调节，调节到同一水平面上，但是肉眼的调节不可避免的存在一定的误差，因此我们对调节方式进行了改进，增加了三维激光测量仪，利用激光测量仪发射出的激光来对支承辊高度进行调节，进一步的提高了模具与棒材同一水平高度的准确度，避免了因为在锻造过程中，不同心问题出抽油机直线度产生影响。

2.4 组批之后的冷校直

在锻造完成之后，我们还可以添加冷校直工序，锻造完成产品端部面积一般到大于杆体截面积的4.5～5之间，传统的校直机校直的方式已经不能满足需求，我们需要根据实际情况，应用可抬升直辊式校直机，该机械设备的优势在于操作人员可以通过人工操作，对上辊机进行上升与下降的调节，完成了非等截面抽油杆的校直工作，保障了产品的直线度。

2.5 热处理及热校直

通常情况下抽油杆的制作都是正火加回火热处理，在高温热处理过程中， 抽油杆本身的应力会释放出来，在加热的影响下产生变形现象是必可避免的，产品经过热处理之后还要再进行冷校直工序的，根据设计图纸要求，需要采取回火处理，对冷校直过程中产品产生的残余应力进行去除，因此我们在以上流程中添加了同类型的校直机，抽油杆回火温度在610～690℃范围之内，回火后抽油杆的温度也能达到500℃高温，可以采取热状态下的校直，产生的效果基本与去应力回火没有差异。

2.6 抽油杆大平台终检

抽油杆的最后一次终检一般都是在刷漆之前、螺纹机加之后，终检的目的就是检查抽油杆的直线度是否满足设计需求。终检的检测方式为大平台全跳动与支架相结合的方式，支架检测方法与1.3章节相同，大平台的检验方位为方法一配合相应的检验工装。在直线方向上放置间距为304.8mm若干支撑点，抽油杆放置在平台上依次通过各个支撑点，各个支撑点需要使用激光测量仪保障处于相同的水平高度，将导轨放置在距离支撑点相同距离的移动平台上，在移动平台的相应位置我们固定好千分尺，抽油杆通过在导轨上的移动，完成不同位置全跳动值的测量。在若干支点上，我们将杆体放置在其中，每个杆体的间距为304.8mm，在每两个支撑点的中间位置我们安装千分尺，使杆体在支点缓慢的转动，此时记录下千分尺的数值，杆体的跳动值就是千分尺测量出来的数值最大值，同时我们在大平台上可以完成抽油杆端部外螺纹台肩位置全跳动值的测量。

2.7 其他环节的直线度控制

以上各种措施都能实现抽油杆直线度的进一步提升，除此之外，我们还要高度重视抽油杆的吊装与运输工作，避免因为人为操作不当对抽油杆的直线度产生影响，吊装过程中使用专门的吊具进行吊装，保障抽油杆吊装时受力均匀，抽油杆在运输时，使用角钢固定边角位置，避免在外力影响下，出现局部受力集中，破坏抽油杆的直线度。

3 结语

经过以上的研究和分析发现，我们需要结合实际情况对抽油杆的直线度检测及生产控制问题进行完善和优化，以保障抽油杆的直线度满足使用需求：（1）使用1米的长直尺对原材料棒材进行测量，棒材凹面与直尺之间的间隙不能超过1mm；（2）对于测量过程中使用的支撑辊和模具分型面使用三维激光设备进行高度的调节，保障其处于同一高度；（3）在组批工序之后增加冷校直工序，冷校直工序可以有效的校正锻造过程中抽油杆可能出现的弯曲、变形问题；（4）在热处理工序之后增加热校直工序，通过热校直工序可以对热处理高温下产生的抽油杆变形问题进行改善，同时还有效的解决了冷校直之后出现的应力回火问题；（5）进一步的提升检验效率，设计与制作大平台和支架的检验工装；抽油杆杆体直线度在通过以上各种措施的应用之后，测量出的杆体直线度全跳动小于1.4mm，测量出的端部直线全跳动小于1.66mm，远远小于标准要求的3.3mm值，得到了大幅度的提升。