一种聚甲醛抽油杆接箍及其制造方法.pdf

本发明提供了一种聚甲醛抽油杆接箍及其制造方法。该聚甲醛抽油杆接箍包括接箍本体、铜层、聚甲醛层；所述铜层包覆于所述接箍本体的外表面；所述聚甲醛层包覆于所述铜层的外表面；优选所述铜层的维氏硬度为68-89，密度为7.5-8.3g/cm3；还优选所述聚甲醛层的密度为1.35-1.42g/cm3，屈服强度为67-72MPa，伸长率为12％-17％。本发明还提供了上述聚甲醛抽油杆接箍的制造方法。因聚甲醛具有较高的耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性，所以本发明的聚甲醛抽油杆接箍的磨损速率较低，进而可以延长检泵周期。

1.  一种聚甲醛抽油杆接箍，其包括接箍本体、铜层、聚甲醛层；
所述铜层包覆于所述接箍本体的外表面；所述聚甲醛层包覆于所述铜层的外表面；
优选所述铜层的维氏硬度为68-89，密度为7.5-8.3g/cm³；
还优选所述聚甲醛层的密度为1.35-1.42g/cm³，屈服强度为67-72MPa，伸长率为12％-17％。

2.  根据权利要求1所述的聚甲醛抽油杆接箍，其中，所述铜层从距离接箍本体两端面1-3mm处覆盖于所述接箍本体的外表面；
优选所述铜层从距离接箍本体两端面2mm处覆盖于所述接箍本体的外表面。

3.  根据权利要求1或2所述的聚甲醛抽油杆接箍，其中，所述铜层的厚度为0.7-1.5mm；优选所述铜层的厚度为0.7mm。

4.  根据权利要求1-3任一项所述的聚甲醛抽油杆接箍，其中，所述铜层具有微孔或蜂窝状结构；优选所述微孔或蜂窝状结构的平均孔径为0.005-0.02mm。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的聚甲醛抽油杆接箍，其中，所述聚甲醛层的厚度为0.15-0.45mm；优选所述聚甲醛层的厚度为0.4mm。

6.  根据权利要求1-5任一项所述的聚甲醛抽油杆接箍，其中，所述聚甲醛层具有微孔结构；优选所述微孔的平均孔径为0.004-0.01mm。

7.  权利要求1-6任一项所述的聚甲醛抽油杆接箍的制造方法，其包括以下步骤：
a、将铜粉松散铺于接箍本体的外表面，在氢气和氮气气氛下，将铜粉烧结于所述接箍本体的外表面，随炉冷却至室温，形成铜层；
优选所述铜粉为60-150目的铜粉；更优选所述铜粉为90目的铜粉；
还优选所述铜粉的松装密度为3.2-3.5g/cm³；
b、在氮气气氛下，将聚甲醛粉末烧结于所述铜层的外表面，形成聚甲醛层；
c、将步骤b得到的抽油杆接箍冷却至室温后，在氮气气氛下，进行退火去应力处理，得到所述聚甲醛抽油杆接箍。

8.  根据权利要求7所述的制造方法，其中，在所述步骤a中，所述烧结温度为800-1020℃，烧结时间为0.5-1.5h，烧结过程的升温速率为5-15℃/min。

9.  根据权利要求7所述的制造方法，其中，在所述步骤b中，所述烧结温度为165-200℃，烧结时间为20-30min，烧结过程的升温速率为10-20℃/min；
优选烧结过程当升温的温度大于130℃时，需通过三阶段加压再卸压以便排气；
还优选所述三阶段加压再卸压的加压、卸压的压力范围为5-20MP；
更优选三阶段加压的第一阶段加压是将压力由常压加压至5MPa，第一阶段加压所需的时间为2-4min；第二阶段加压的压力为在第一阶段加压压力基础上再加2-7MPa，第二阶段加压所需的时间为4-6min；第三阶段加压的压力为在第二阶段加压压力基础上再加3-8MPa，第三阶段加压所需的时间为6-8min；
所述卸压是将压力由第三阶段加压所达到压力降至常压；所述卸压所需的时间为5-20s；
还优选当加热温度达到175-185℃时，压力应为10-20MPa。

10.  根据权利要求7所述的制造方法，其中，在所述步骤c中，所述退火去应力处理的温度为95-105℃，退火去应力处理的时间为2-4h。

一种聚甲醛抽油杆接箍及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种聚甲醛抽油杆接箍，属于采油工程技术领域。
背景技术
目前，抽油杆接箍以3-12冲次/分钟的频率在油管内孔中进行上下往复运动，由于油田稠油、稀油、高凝油开发生产中的井液高含水、高矿化度等物理化学特性可造成油井杆管偏磨及腐蚀严重，并且井身结构的不合理亦可造成油井杆管偏磨。上述两种情况将导致抽油杆接箍因偏磨及腐蚀严重而引起抽油杆柱断裂，造成检泵作业，致使油井产量降低甚至无法开采并易引发安全及环保事故。
因此，亟需研制一种具有较高耐磨性的抽油杆接箍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚甲醛抽油杆接箍。
本发明的目的还在于提供一种上述聚甲醛抽油杆接箍的制造方法。
为达上述目的，本发明提供了一种聚甲醛抽油杆接箍，其包括接箍本体、铜层、聚甲醛层；
所述铜层包覆于所述接箍本体的外表面；聚甲醛层包覆于所述铜层的外表面。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述铜层的维氏硬度为68-89，密度为7.5-8.3g/cm³。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述聚甲醛层的密度为1.35-1.42g/cm³，屈服强度为67-72MPa，伸长率为12％-17％。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述铜层从距离接箍本体两端面1-3mm处覆盖于所述接箍本体的外表面；
更优选所述铜层从距离接箍本体两端面2mm处覆盖于所述接箍本体的外表面。
本发明所述端面为本领域习惯用语，本领域技术人员通常知晓所述端面的位置，即接箍长度方向的两个端面，位置如图1所示。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述铜层的厚度为0.7-1.5mm；
更优选所述铜层的厚度为1mm。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述铜层具有微孔或蜂窝状结构；
更优选所述微孔或蜂窝状结构的平均孔径为0.005-0.02mm。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述聚甲醛层的厚度为0.15-0.45mm；
更优选所述聚甲醛层的厚度为0.4mm。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，优选地，所述聚甲醛层具有微孔结构；
更优选所述微孔的平均孔径为0.004-0.01毫米。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，上述接箍本体可以采用本领域常用的抽油杆接箍，在本发明的优选实施例中，该接箍本体的材质为42CrMo钢。
根据本发明所述的聚甲醛抽油杆接箍，其外径的尺寸可以根据现场作业需要，采用不同的接箍本体，进而可以根据油管的尺寸控制本发明的聚甲醛抽油杆接箍外径的尺寸。例如在27/8英寸的油管内，聚甲醛抽油杆接箍的外径不大于58毫米，在31/2英寸的油管内，聚甲醛抽油杆接箍的外径不大于72毫米。
本发明还提供了上述的聚甲醛抽油杆接箍的制造方法，其包括以下步骤：
a、将铜粉松散铺于接箍本体的外表面，在氢气和氮气气氛下，将铜粉烧结于所述接箍本体的外表面，随炉冷却至室温，形成铜层；
b、在氮气气氛下，将聚甲醛粉末烧结于所述铜层的外表面，形成聚甲醛层；
c、将步骤b得到的抽油杆接箍冷却至室温后，在氮气气氛下，进行退火去应力处理，得到所述聚甲醛抽油杆接箍。
根据本发明所述的制造方法，优选地，所述铜粉为60-150目的铜粉，
更优选所述铜粉为90目的铜粉。
根据本发明所述的制造方法，优选地，所述铜粉的松装密度为3.2-3.5g/cm³。
根据本发明所述的制造方法，步骤a中的烧结在氢气和氮气气氛下进行，氢气和氮气气氛可防止铜氧化。
根据本发明所述的制造方法，步骤b中的烧结、步骤c中的退火去应力处理均在氮气气氛下进行，可以防止处理过程中工件的氧化。
根据本发明所述的制造方法，在所述步骤a中，90目粒度的铜粉可保证铜层具 有微孔或蜂窝状结构。
根据本发明所述的制造方法，优选地，在所述步骤a中，所述烧结温度为800-1020℃，烧结时间为0.5-1.5h，烧结过程的升温速率为5-15℃/min。
根据本发明所述的制造方法，优选地，在所述步骤b中，所述烧结温度为165-200℃，烧结时间为20-30min，烧结过程的升温速率为10-20℃/min；
更优选烧结过程当升温的温度大于130℃时，需通过三阶段加压再卸压以便排气；
更优选所述三阶段加压再卸压的加压、卸压的压力范围为5-20MP；
进一步优选三阶段加压的第一阶段加压是将压力由常压加压至5MPa，第一阶段加压所需的时间为2-4min；第二阶段加压的压力为在第一阶段加压压力基础上再加2-7MPa，第二阶段加压所需的时间为4-6min；第三阶段加压的压力为在第二阶段加压压力基础上再加3-8MPa，第三阶段加压所需的时间为6-8min；
所述卸压是将压力由第三阶段加压所达到压力降至常压；所述卸压所需的时间为5-20s；
更优选当加热温度达到175-185℃时，压力应为10-20MPa。
通过上述三阶段加压再卸压排气过程，可以使聚甲醛层具有更好的屈服强度和伸长率。
根据本发明所述的制造方法，优选地，在所述步骤c中，所述退火去应力处理的温度为95-105℃，可防止聚甲醛层表面或内部产生裂纹；退火去应力处理的时间为2-4h。
在本发明的聚甲醛抽油杆接箍中，聚甲醛层具有极低的摩擦系数，其摩擦系数一般为钢材料的1/3-1/10，因而具有较高耐磨性；其次，聚甲醛具有较好的耐腐蚀性，在弱酸碱介质中基本不发生化学反应；另外，由于聚甲醛在高温烧结过程中可以形成多微孔结构，该微孔结构可以容纳液体介质中的细沙或者油类介质，因而其在高含沙液体介质中具有较高耐磨性；聚甲醛由于高温烧结过程中形成的多微孔结构不仅可以含沙也可含油，具有较好的自润滑性。这一特性保证了在油井供液不足的前提下，即摩擦有可能为干摩擦的情况下，聚甲醛层仍然可以保证较好的耐磨性。
因聚甲醛具有较高耐磨性和自润滑性，在使用过程中聚甲醛有可能由于摩擦转移到与之相摩擦的油管内表面上，从而使油管内表面具有较好的自润滑性，聚甲醛层所 包覆的铜层露出，井液中的摩擦微粒也可进入铜层的微孔结构内，从而也可以防止摩擦微粒磨损油管内表面。
本发明的聚甲醛抽油杆接箍在应用过程中可将聚甲醛抽油杆接箍的两侧螺纹分别与抽油杆相连，下入井内；这样当抽油杆柱上下往复运动时，聚甲醛抽油杆接箍的聚甲醛层代替接箍本体与油管内表面相接触，由于聚甲醛层具有较高的耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性，因而可以降低聚甲醛抽油杆接箍的磨损速率，可将检泵周期延长60-120天。当抽油杆柱的接箍和油管内表面因接触而导致磨断，这时就必须关停抽油机而进行作业，该作业是指使用相关的设备对磨损的抽油杆柱进行更换。检泵周期是指从这次作业结束后重新启动抽油机工作，直到下一次因抽油杆柱的接箍被再次磨断而进行作业的周期。
附图说明
图1为本发明的聚甲醛抽油杆接箍的结构示意图。
主要附图标号说明
1聚甲醛层 2接箍本体 3铜层 4端面。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种聚甲醛抽油杆接箍的制造方法，其包括以下步骤：
将90目、松装密度为3.3g/cm³铜粉松散铺于接箍本体2的外表面，在氢气和氮气气氛下，将铜粉在900℃下烧结于所述接箍本体2的外表面，升温速度为10℃/min，其烧结时间为1.2h，随炉冷却至室温，形成铜层3；
在氮气气氛下，将聚甲醛粉末在180℃烧结于铜层3的外表面，升温速度为15℃/min，其烧结时间为25min，
在升温至180℃的过程中，当温度大于130℃时，需通过三阶段加压再卸压，以使聚甲醛层具有更好的屈服强度和伸长率；
三阶段加压的第一阶段加压是将压力由常压加压至5MPa，第一阶段加压所需的时间为3min；第二阶段加压至压力为10MPa，第二阶段加压所需的时间为5min；第 三阶段加压至压力为15MPa，第三阶段加压所需的时间为7min；
卸压是将压力由15MPa降至常压；所述卸压所需的时间为5-20s；最后形成聚甲醛层；
将上述得到的抽油杆接箍冷却至室温后，在氮气气氛下，在100℃下进行退火去应力处理3h，得到所述聚甲醛抽油杆接箍。
实施例2
本实施例提供了由实施例1的聚甲醛抽油杆接箍的制造方法制备得到的聚甲醛抽油杆接箍，其包括接箍本体2、铜层3、聚甲醛层1；
所述铜层3包覆于所述接箍本体2的外表面；所述聚甲醛层1包覆于所述铜层3的外表面；上述聚甲醛抽油杆接箍的结构示意图如图1所示。
上述铜层3从距离接箍本体2两端面42mm处，开始覆盖于所述接箍本体2的外表面；
上述铜层3具有微孔或蜂窝状结构，该微孔或蜂窝状结构的平均孔径为0.008mm；
上述铜层3的厚度为1mm，维氏硬度为74，密度为7.85g/cm³。
上述聚甲醛层1具有微孔结构，该微孔的平均孔径为0.007毫米；
上述聚甲醛层1的厚度为0.4mm，密度为1.38g/cm³，屈服强度为69MPa，伸长率为15％。
实施例3
本实施提供了实施例2的聚甲醛抽油杆接箍在采油中的应用，其包括以下步骤：
将实施例2的聚甲醛抽油杆接箍的两侧螺纹分别与抽油杆相连后，下入井内；抽油杆接箍在油管内孔中进行上下往复运动，开始进行采油工作。在同一口油井中，在相同的抽油机工况下，应用本发明的聚甲醛抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期较应用常规抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期延长了80天。当抽油杆柱的接箍和油管内表面因接触而导致磨断，这时就必须关停抽油机而进行作业，该作业是指使用相关的设备对磨损的抽油杆柱进行更换。检泵周期是指从这次作业结束后重新启动抽油机工作，直到下一次因抽油杆柱的接箍被再次磨断而进行作业的周期。
实施例4
本实施例提供了一种聚甲醛抽油杆接箍的制造方法，其包括以下步骤：
将60目、松装密度为3.2g/cm³铜粉松散铺于接箍本体2的外表面，在氢气和氮气气氛下，将铜粉在800℃下烧结于所述接箍本体2的外表面，升温速度为5℃/min，其烧结时间为0.5h，随炉冷却至室温，形成铜层3；
在氮气气氛下，将聚甲醛粉末在165℃烧结于铜层3的外表面，升温速度为10℃/min，其烧结时间为20min，
在升温至165℃的过程中，当温度大于130℃时，需通过三阶段加压再卸压，以使聚甲醛层具有更好的屈服强度和伸长率；
三阶段加压的第一阶段加压是将压力由常压加压至5MPa，第一阶段加压所需的时间为2min；第二阶段加压至压力为7MPa，第二阶段加压所需的时间为4min；第三阶段加压至压力为10MPa，第三阶段加压所需的时间为6min；
卸压是将压力由10MPa降至常压；所述卸压所需的时间为5-20s；最后形成聚甲醛层；
将上述得到的抽油杆接箍冷却至室温后，在氮气气氛下，在95℃下进行退火去应力处理2h，得到所述聚甲醛抽油杆接箍。
实施例5
本实施例提供了由实施例4的聚甲醛抽油杆接箍的制造方法制备得到的聚甲醛抽油杆接箍，其包括接箍本体2、铜层3、聚甲醛层1；
所述铜层3包覆于所述接箍本体2的外表面；所述聚甲醛层1包覆于所述铜层3的外表面；上述聚甲醛抽油杆接箍的结构示意图如图1所示。
上述铜层3从距离接箍本体2两端面41mm处，开始覆盖于所述接箍本体2的外表面；
上述铜层3具有微孔或蜂窝状结构，该微孔或蜂窝状结构的平均孔径为0.02mm；
上述铜层3的厚度为0.7mm，维氏硬度为68，密度为7.5g/cm³。
上述聚甲醛层1具有微孔结构，该微孔的平均孔径为0.01毫米；
上述聚甲醛层1的厚度为0.15mm，密度为1.35g/cm³，屈服强度为67MPa，伸长率为17％。
实施例6
本实施提供了实施例5的聚甲醛抽油杆接箍在采油中的应用，其包括以下步骤：
将实施例5的聚甲醛抽油杆接箍的两侧螺纹分别与抽油杆相连后，下入井内；抽 油杆接箍在油管内孔中进行上下往复运动，开始进行采油工作。在同一口油井中，在相同的抽油机工况下，应用本发明的聚甲醛抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期较应用常规抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期延长了60天。当抽油杆柱的接箍和油管内表面因接触而导致磨断，这时就必须关停抽油机而进行作业，该作业是指使用相关的设备对磨损的抽油杆柱进行更换。检泵周期是指从这次作业结束后重新启动抽油机工作，直到下一次因抽油杆柱的接箍被再次磨断而进行作业的周期。
实施例7
本实施例提供了一种聚甲醛抽油杆接箍的制造方法，其包括以下步骤：
将150目、松装密度为3.5g/cm³铜粉松散铺于接箍本体2的外表面，在氢气和氮气气氛下，将铜粉在1020℃下烧结于所述接箍本体2的外表面，升温速度为15℃/min，其烧结时间为1.5h，随炉冷却至室温，形成铜层3；
在氮气气氛下，将聚甲醛粉末在200℃烧结于铜层3的外表面，升温速度为20℃/min，其烧结时间为30min，升温到200℃时，
在升温至200℃的过程中，当温度大于130℃时，需通过三阶段加压再卸压，以使聚甲醛层具有更好的屈服强度和伸长率；
三阶段加压的第一阶段加压是将压力由常压加压至5MPa，，第一阶段加压所需的时间为4min；第二阶段加压至压力为12MPa，第二阶段加压所需的时间为6min；第三阶段加压至压力为20MPa，第三阶段加压所需的时间为8min；
卸压是将压力由20MPa降至常压；所述卸压所需的时间为5-20s；最后形成聚甲醛层；
将上述得到的抽油杆接箍冷却至室温后，在氮气气氛下，在105℃下进行退火去应力处理4h，得到所述聚甲醛抽油杆接箍。
实施例8
本实施例提供了由实施例7的聚甲醛抽油杆接箍的制造方法制备得到的聚甲醛抽油杆接箍，其包括接箍本体2、铜层3、聚甲醛层1；
所述铜层3包覆于所述接箍本体2的外表面；所述聚甲醛层1包覆于所述铜层3的外表面；上述聚甲醛抽油杆接箍的结构示意图如图1所示。
上述铜层3从距离接箍本体2两端面43mm处，开始覆盖于所述接箍本体2的外表面；
上述铜层3具有微孔或蜂窝状结构，该微孔或蜂窝状结构的平均孔径为0.005mm；
上述铜层3的厚度为1.5mm，维氏硬度为89，密度为8.3g/cm³。
上述聚甲醛层1具有微孔结构，该微孔的平均孔径为0.004毫米；
上述聚甲醛层1的厚度为0.45mm，密度为1.42g/cm³，屈服强度为72MPa，伸长率为12％。
实施例9
本实施提供了实施例8的聚甲醛抽油杆接箍在采油中的应用，其包括以下步骤：
将实施例8的聚甲醛抽油杆接箍的两侧螺纹分别与抽油杆相连后，下入井内；抽油杆接箍在油管内孔中进行上下往复运动，开始进行采油工作。在同一口油井中，在相同的抽油机工况下，应用本发明的聚甲醛抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期较应用常规抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期延长了120天。当抽油杆柱的接箍和油管内表面因接触而导致磨断，这时就必须关停抽油机而进行作业，该作业是指使用相关的设备对磨损的抽油杆柱进行更换。检泵周期是指从这次作业结束后重新启动抽油机工作，直到下一次因抽油杆柱的接箍被再次磨断而进行作业的周期。
实施例10
本实施例提供了一种聚甲醛抽油杆接箍的制造方法，其包括以下步骤：
将150目、松装密度为3.5g/cm³铜粉松散铺于接箍本体2的外表面，在氢气和氮气气氛下，将铜粉在1020℃下烧结于所述接箍本体2的外表面，升温速度为15℃/min，其烧结时间为1.5h，随炉冷却至室温，形成铜层3；
在氮气气氛下，将聚甲醛粉末在200℃烧结于铜层3的外表面，升温速度为20℃/min，其烧结时间为30min，将上述得到的抽油杆接箍冷却至室温后，在氮气气氛下，在105℃下进行退火去应力处理4h，得到所述聚甲醛抽油杆接箍。
实施例11
本实施例提供了由实施例10的聚甲醛抽油杆接箍的制造方法制备得到的聚甲醛抽油杆接箍，其包括接箍本体2、铜层3、聚甲醛层1；
所述铜层3包覆于所述接箍本体2的外表面；所述聚甲醛层1包覆于所述铜层3的外表面；上述聚甲醛抽油杆接箍的结构示意图如图1所示。
上述铜层3从距离接箍本体2两端面43mm处，开始覆盖于所述接箍本体2的 外表面；
上述铜层3具有微孔或蜂窝状结构，该微孔或蜂窝状结构的平均孔径为0.005mm；
上述铜层3的厚度为1.5mm，维氏硬度为89，密度为8.3g/cm³。
上述聚甲醛层1具有微孔结构，该微孔的平均孔径为0.006毫米；
上述聚甲醛层1的厚度为0.45mm，密度为1.38g/cm3，屈服强度为60MPa，伸长率为10.2％。
实施例12
本实施提供了实施例11的聚甲醛抽油杆接箍在采油中的应用，其包括以下步骤：
将实施例11的聚甲醛抽油杆接箍的两侧螺纹分别与抽油杆相连后，下入井内；抽油杆接箍在油管内孔中进行上下往复运动，开始进行采油工作。在同一口油井中，在相同的抽油机工况下，应用本发明的聚甲醛抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期较应用常规抽油杆接箍的抽油杆柱的检泵周期延长了76天。当抽油杆柱的接箍和油管内表面因接触而导致磨断，这时就必须关停抽油机而进行作业，该作业是指使用相关的设备对磨损的抽油杆柱进行更换。检泵周期是指从这次作业结束后重新启动抽油机工作，直到下一次因抽油杆柱的接箍被再次磨断而进行作业的周期。
由实施例11、实施例12可知，不经三阶段加压再卸压过程得到的聚甲醛抽油杆接箍的聚甲醛层的屈服强度和伸长率均低于经三阶段加压再卸压过程得到的聚甲醛抽油杆接箍的聚甲醛层的屈服强度和伸长率，将其应用于采油过程，其效果也较差。