抽油杆导向器制造技术

本文公开了具有低摩擦和高耐磨性的抽油杆导向器，以及包括该抽油杆导向器的流体抽取系统。抽油杆导向器的外表面的至少一部分由冷加工且可失稳硬化或经失稳硬化的铜合金形成，该铜合金包含约5wt％至约20wt％的镍和约5wt％至约10wt％的锡，余量为铜，且具有至少75ksi的0.2％残余变形屈服强度。导向器包括适于围绕并接合抽油杆表面的光滑孔。导向器的外表面可包括在两端之间延伸的凹槽。在特定实施方案中，通过将两个相同的导向器节段连结在一起来制成导向器。在另一些实施方案中，导向器是围绕抽油杆模制的单个一体件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抽油杆导向器相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月28日提交的美国临时专利申请序列号62/611,250的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术介绍
本公开涉及低摩擦且高耐磨的抽油杆导向器，该抽油杆导向器至少部分地由可失稳硬化的(spinodally-hardenable)铜合金或经失稳硬化的(spinodally-hardened)铜合金制成。导向器对于引导抽油杆进入流体抽取设备的导管(也称为生产管道)并使其居中特别有效，流体抽取设备诸如油气工业中制造和使用的那些设备。除其他特性外，本文公开的抽油杆导向器减少了摩擦并且更加耐磨、限制了对导管内径的损害、增强了流体抽取并降低了总的井运行成本。流体抽取设备通常包括用于从地下储层抽取流体的泵、所产生的流体行进通过的导管(也称为生产管道)、用于向泵提供动力的动力源以及连接动力源与泵的抽油杆举升系统。用于抽取的典型流体包括水，以及多种含烃油气。抽油杆举升系统包括一系列通过接箍(coupling)连结在一起并且置于导管或生产管道内部的抽油杆。由于抽油杆的外表面与导管的内表面(两者通常均由钢制成)之间反复接触而引起的导管损坏会破坏导管的机械完整性，导致由导管运送的流体泄漏到环境中。这样的泄漏非常容易导致泵送过程被停止，并经常需要非常昂贵的额外作业来修复这种故障。通常，在井壁弯曲的情况下，例如在斜井(deviatedwell)(在水平和竖直方向上都有延伸的井)中或通过非线性钻井工艺产生的井中，更有可能发生导管的损坏。可将抽油杆导向器围绕抽油杆放置，以使杆与井套管(casing)的接触最小化，从而减少总的损坏。然而，抽油杆导向器和井套管之间仍会发生接触。因此，期望开发具有改进性质的新的抽油杆导向器。
技术实现思路
本公开涉及至少部分地由可失稳硬化的铜合金或经失稳硬化的铜合金制成的抽油杆导向器。抽油杆导向器可以均一地由铜合金制成，或者铜合金可以仅存在于抽油杆导向器的外表面(或其一部分)上，或者铜合金可以作为插件存在，该插件最初暴露在外表面上或最初隐藏在抽油杆导向器的内部(而在后期暴露)。铜合金为抽油杆导向器提供了多种性质的组合，包括高拉伸强度、高疲劳强度、高断裂韧性、耐磨性、低摩擦和耐腐蚀性。铜合金的使用减少了导向器和使用这种导向器的泵系统中的其他部件的破坏性损坏的发生，同时在流体回收操作期间提供了机械功能和效率。这还延长了这些部件的使用寿命，显著降低了用于从井中回收流体的设备的成本。在本文的多个实施方案中公开了包含铜-镍-锡合金的抽油杆导向器。在一些实施方案中，铜-镍-锡合金构成抽油杆导向器的外表面的至少一部分。在另一些实施方案中，铜-镍-锡合金至少部分地被包裹在非铜合金的材料中，例如聚合树脂。在一个实施方案中，抽油杆导向器具有纵向主体，该纵向主体具有第一端、第二端、主体外径(outerbodydiameter)和外表面。抽油杆导向器还具有在纵向主体中从第一端延伸到第二端且适于接合抽油杆的光滑内孔。抽油杆导向器外表面的至少一部分包含铜-镍-锡合金。在一些实施方案中，构成外表面的至少一部分的铜-镍-锡合金为铜-镍-锡合金层的形式。该层可包含混合有例如聚合树脂的高百分比的铜-镍-锡合金。铜-镍-锡合金可以粉末形式分散在树脂内，具有从抽油杆导向器中心处的低浓度金属合金粉末到抽油杆导向器的外表面处的高浓度金属合金粉末的浓度梯度。在另一些实施方案中，构成外表面的至少一部分的铜-镍-锡合金为一个或多个铜合金插件的形式。抽油杆导向器的其余部分可由诸如聚合树脂的替代材料形成。铜-镍-锡合金可包含约5wt％至约20wt％的镍和约5wt％至约10wt％的锡，并且其中该合金具有至少75ksi的0.2％残余变形屈服强度。本文还公开了抽油杆导向器组件，其包括抽油杆和附连到该抽油杆的低摩擦且高耐磨的抽油杆导向器。抽油杆导向器可以具有如上所述的结构，其中抽油杆延伸贯穿内孔。在本文的多个实施方案中还公开了抽油杆导向器节段(suckerrodguidesegment)，其可以成对使用或作为单独部件的组合使用，以形成抽油杆导向器。这样的导向器节段可包括：节段主体，该节段主体具有第一端和第二端；半圆柱形中央通道，该半圆柱形中央通道具有半径并且纵向延伸贯穿节段主体；第一滑动接头和第二滑动接头，该第一滑动接头和第二滑动接头位于节段主体的内表面的相对侧上，并且适于允许抽油杆导向器节段相对于另一相关联的抽油杆导向器节段仅纵向移动；以及至少一个孔道(aperture)，该孔道延伸贯穿节段主体的第一侧，并适于允许相关联的紧固件将抽油杆导向器节段固定至相关联的抽油杆导向器节段。在一些实施方案中，第一滑动接头是销(pin)，并且第二滑动接头是尾部(tail)，因此使用燕尾形接头(dovetailjoint)。可使用两个相同的导向器节段来形成抽油杆导向器。在另一些实施方案中，第一滑动接头和第二滑动接头均为销或均为尾部。可以构想的是，将具有两个销的导向器节段与具有两个尾部的导向器节段一起使用，以形成抽油杆导向器。在特定实施方案中，销和尾部各自具有倾斜的侧壁。在另一些实施方案中，抽油杆导向器节段具有彼此间隔开并在节段主体的第一端和第二端之间延伸的多个孔道。抽油杆导向器节段可还包括在节段主体的外表面中的至少一个纵向凹槽。有时，随着该至少一个纵向凹槽从节段主体的第一端延伸到第二端，该凹槽从节段主体的第一侧螺旋延伸到节段主体的第二侧。在另一些情况下，该至少一个纵向凹槽从节段主体的第一端纵向地延伸到第二端。在特定的实施方案中，在节段主体的相对侧上，在节段主体的外表面中，存在一对纵向凹槽，每个凹槽从节段主体的第一端纵向地延伸到第二端。节段主体可以还包括中间部分，第一端和第二端朝向中间部分渐窄，使得中间部分的外径大于第一端和第二端的直径。该渐窄可以例如以线性或抛物线形方式。节段主体可以由铜-镍-锡合金制成，该铜-镍-锡合金包含约5wt％至约20wt％的镍和约5wt％至约10wt％的锡，其中该合金具有至少75ksi的0.2％残余变形屈服强度。在另外的实施方案中，节段主体的外表面可以包覆有聚合树脂或有机复合材料。金属节段主体用作外部覆盖层的框架。在另一些替代实施方案中，节段主体由固化的聚合树脂或有机复合材料制成，并且铜合金插件存在于节段主体中。可以构想，在这些实施方案中，抽油杆导向器节段最初会磨损，最终暴露出金属插件的表面。然后，铜合金插件将减缓进一步的系统磨损。本文还公开了抽油杆导向器，包括：纵向主体，该纵向主体具有第一端、第二端、主体外径和外表面；光滑内孔，该内孔在所述纵向主体中从第一端延伸到第二端，并适于接合抽油杆；以及至少一个凹槽，该至少一个凹槽从第一端延伸到第二端。这些抽油杆导向器可以制成一个一体件，或者可以由如上所述的导向器节段制成。在一些实施方案中，抽油杆导向器还包括从外表面径向延伸到内孔的至少一个孔道，该孔道适于接收相关联的紧固件以将抽油杆导向器相对于相关联的抽油杆固定到合适位置。本文还公开了抽油杆导向器组件，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抽油杆导向器，包含铜-镍-锡合金。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171228 US 62/611,2501.一种抽油杆导向器，包含铜-镍-锡合金。


2.根据权利要求1所述的抽油杆导向器，当相对于碳钢测量时，所述抽油杆导向器具有小于0.4的滑动摩擦系数。


3.根据权利要求1所述的抽油杆导向器，其中，所述铜-镍-锡合金存在于所述抽油杆导向器的外表面上。


4.根据权利要求1所述的抽油杆导向器，其中，所述铜-镍-锡合金为一个或多个铜-镍-锡合金插件的形式。


5.根据权利要求4所述的抽油杆导向器，其中，所述一个或多个铜-镍-锡合金插件构成所述抽油杆导向器的外表面的至少一部分。


6.根据权利要求1所述的抽油杆导向器，其中，所述铜-镍-锡合金包含约5wt％至约20wt％的镍和约5wt％至约10wt％的锡，并且其中所述合金具有至少75ksi的0.2％残余变形屈服强度。


7.根据权利要求1所述的抽油杆导向器，还包括：
纵向主体，所述纵向主体具有第一端、第二端、主体外径和外表面；以及
光滑内孔，所述光滑内孔在所述纵向主体中从所述第一端延伸到所述第二端，并且适于接合抽油杆。


8.根据权利要求7所述的抽油杆导向器，其中，所述纵向主体包含非铜合金材料。


9.根据权利要求6所述的抽油杆导向器，其中，所述非铜合金材料是聚合树脂。


10.根据权利要求7所述的抽油杆导向器，其中，(A)至少一个凹槽从所述第一端延伸到所述第二端；并且(B)(1)其中所述至少一个凹槽平行于从所述第一端向所述第二端延伸的纵轴，或(2)其中所述至少一个凹槽从所述第一端螺旋形地延伸到所述第二端。


11.一种抽油杆导向器组件，包括：
抽油杆；和
附连到所述抽油杆的抽油杆导向器，其中，所述抽油杆导向器包含铜-镍-锡合金，并且其中当相对于碳钢测量时，所述抽油杆导向器具有小于0.4的滑动摩擦系数。


12.根据权利要求11所述的抽油杆导向器组件，其中，所述抽油杆导向器被模制到所述抽油杆上。


13.根据权利要求11所述的抽油杆导向器组件，其中，所述铜-镍-锡合金形成在所述抽油杆导向器的外表面的至少一部分上。


14.根据权利要求11所述的抽油杆导向器组件，其中，所述铜-镍-锡合金包括一个或多个铜-镍-锡合金插件，所述铜-镍-锡合金插件形成所述抽油杆导向器的外表面的至少一部分。


15.根据权利要求11所述的抽油杆导向器组件，其中，所述铜-镍-锡合金包含约5wt％至约20wt％的镍和约5wt％至约10wt％的锡，并且其中所述合金具有至少75ksi的0.2％残余变形屈服强度。


16.根据权利要求11所述的抽油杆导向器组件，其中，用粘合剂将所述抽油杆导向器附连到所述抽油杆。


17.一种抽油杆导向器节段，包括：
节段主体，所述节段主体具有第一端和第二端；
半圆柱形中央通道，所述半圆柱形...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗里茨·C·格雷森，克里斯托弗·W·达姆施罗德，迈克尔·J·格德翁，黛安·M·尼尔森，威廉·D·尼尔森，
申请(专利权)人：美题隆公司，
类型：发明
国别省市：美国;US