專利名稱：改進的抽油桿端部接頭及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田生產(chǎn)，更特別地涉及端部接頭，該端部接頭連同 井下泵和位于表面的泵致動系統(tǒng)與玻璃纖維抽油桿或合成抽油桿一起 使用。


為進一步理解本發(fā)明的特性和目的，將結(jié)合附圖參考以下的詳細 說明，在附圖中類似的元件由相同或相似的附圖標記表示。圖l示出根據(jù)本發(fā)明的具有連接在泵與泵驅(qū)動器之間的抽油桿柱 的井筒的局部側(cè)剖視圖；圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的具有抽油桿柱的井筒的局部側(cè)剖視圖，該 抽油桿柱包括一個以上連接在泵與泵驅(qū)動器之間的桿；圖2示出組裝抽油桿和端部接頭的流程圖；圖3示出抽油桿的實施例的局部側(cè)視圖，并且示出根據(jù)本發(fā)明的用 于組裝的標線；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的抽油桿端部接頭的局部側(cè)剖視圖； 圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的改進的抽油桿端部接頭的側(cè)剖視圖； 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的抽油桿的部分的局部側(cè)剖視圖； 圖5A示出根據(jù)本發(fā)明的抽油桿形狀的底部剖視圖； 圖6以流程圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的制造連續(xù)抽油桿的過程；和6圖7示出根據(jù)本發(fā)明的抽油桿的部分的可選實施例的局部側(cè)剖視圖。
具體實施方式
本領(lǐng)域己知使用抽油桿來致動井下泵從而從井筒回收油。通常， 一系列抽油桿首尾相接以形成抽油桿柱，該抽油桿柱從泵驅(qū)動器10延伸至泵14(圖1)。應(yīng)當了解的是，泵驅(qū)動器10通常為泵傳動裝置(pump jack)(即梁式泵系統(tǒng))或其它已知的泵驅(qū)動器。此外，井下泵14通常 為本領(lǐng)域己知的常規(guī)泵。應(yīng)當了解的是，盡管玻璃纖維或合成抽油桿 重量較輕，但抽油桿通常由金屬端部接頭30連接，金屬端部接頭30增 加了柱的重量，并且由于泵驅(qū)動器必須克服抽油桿柱的重量，故金屬 端部接頭30在非常深的井筒為重要的因素，該抽油桿柱包括金屬端部 接頭30以致動井下泵14。應(yīng)當了解的是，抽油桿柱可由許多長約37英尺的桿構(gòu)成，該柱可 由包括單個的連續(xù)桿，或長為數(shù)百英尺或甚至上千英尺或更長的多個 連續(xù)桿。不論抽油桿的長度如何，如此所述，優(yōu)選由圖4或4A所示的端 部接頭30組裝。圖l示出通常的泵送系統(tǒng)，其中泵驅(qū)動器10為通常的梁式泵或泵傳 動裝置，并且通過插入井筒8的抽油桿柱12a連接至井下泵14。抽油桿 柱12a可包括從井下泵14延伸至泵驅(qū)動器10的連續(xù)抽油桿、 一系列連接 的連續(xù)桿、 一系列連接在一起的常規(guī)長度的桿、或其任何組合。優(yōu)選 地，抽油桿12為玻璃纖維桿或合成桿。應(yīng)當了解的是，如此所述，當 連續(xù)的抽油桿12為基本在泵驅(qū)動器10與下表面泵14之間延伸的整體桿 時，抽油桿柱12a可與連續(xù)抽油桿12相同?，F(xiàn)在參考圖2和3，通常，抽油桿12及其相應(yīng)的端部接頭30被單獨 地制備，以及組裝在一起，并且測試端部接頭30至桿12的連接的整體 性。圖2示出對應(yīng)于制備和組裝端部接頭30和桿12的步驟的流程圖。圖3示出桿12和下文所述的相應(yīng)元件。當在步驟100制造端部接頭30時， 在每次適當誤差的固有質(zhì)量控制中，在步驟105優(yōu)選地檢査該端部接頭 30。應(yīng)當了解的是，適當誤差指的是端部接頭30被制造的特定設(shè)計規(guī) 格。還應(yīng)當了解的是，誤差的質(zhì)量控制檢查也可在制造設(shè)備中進行或 由第三方檢查者進行。如果端部接頭30通過了檢査標準，就可以前進 至下一步驟IIO。為將來制造的需要，在尺寸上可接受的端部接頭30可 放置在存貨中。通常，如果端部接頭30沒有通過尺寸和/或誤差檢査， 則在步驟106，端部接頭30可返回制造商106，并且進行刮除，修復(即 焊接和/或加工，從而符合所需的尺寸/誤差標準)或其組合。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)當了解的是，尺寸/誤差檢查可在每個端部接頭30或某些統(tǒng)計 抽樣方法選擇的端部接頭的某些預定部分上進行。在下一步驟IIO，清潔該端部接頭30。清潔操作優(yōu)選包括至少一次 清洗。但是，端部接頭30可用多種常規(guī)方法進行清潔來去除灰塵、垢 皮、油/脂或其它可能停留在端部接頭30表面上的污染物。應(yīng)當了解的 是，清潔步驟110還可包括對制造所遺留的毛刺、金屬切屑或其它異物 進行檢査和去除。還應(yīng)當了解的是，清潔步驟110可手動或自動進行。在清潔步驟110后，在步驟115，端部接頭30放置成以便允許將脫 模劑導入端部接頭30。應(yīng)當了解的是，脫模劑可為多種常用的脫模劑。 脫模劑將防止端部接頭30的金屬材料與用于連接端部接頭30和桿端60 的粘合劑的粘合。還應(yīng)當更加充分了解的是，如下所述，組裝的新方 法不依賴于端部接頭30與桿12的化學粘合而是機械作用。因此，脫模 劑的目在下文中更為清楚。優(yōu)選地，為施加脫模劑，將已清潔的端部接頭30倒置，從而脫模 劑可被倒入端部接頭30。優(yōu)選地，在步驟117，整個端部接頭30充滿脫 模劑并且被允許被保持。優(yōu)選地，端部接頭30保持約3-4分鐘。但是， 保持時間可變并且在此不應(yīng)當視為限制?？梢灶A見的是，由于組件變 得更加自動化并且在技術(shù)上更加先進，并且由于不同的脫模劑被開發(fā)和測試，故保持時間可變?yōu)楦_的時間，并且可并入其它步驟，例 如但不局限于噴敷、熱敷、冷敷或其任何組合。在保持時間之后，脫模劑從端部接頭30中倒出。應(yīng)當了解的是，如果使用某些類型的噴敷，則倒出和/或保持時間可能產(chǎn)生變化或被消除。應(yīng)當了解的是，在脫模劑被倒出之后，將允許端部接頭30被保持，從而允許干燥大致所有剩 余的脫模劑。在進入的脫模劑在步驟119被倒出之后，在步驟121，涂覆的端部 接頭30優(yōu)選被放入加熱環(huán)境內(nèi)，該加熱環(huán)境例如但不局限于烤箱。烤 箱可為用于諸如釋放應(yīng)力或熱處理的金屬處理的常規(guī)烤箱。優(yōu)選地， 端部接頭30仍然保持在諸如烤箱的加熱環(huán)境中，直至其達到約150F的 溫度。應(yīng)當了解的是，確切的溫度可由于脫模劑的制造商的固化處理 建議、脫模劑的確切類型、用于制造端部接頭30的材料類型、或與固 化過程有關(guān)的其它因素而變化。在固化之后，端部接頭30可被移至平 臺區(qū)域或存貨儲存區(qū)域，以準備與抽油桿端60進行組裝。在步驟125，抽油桿12 (端部接頭30將被組裝于其上)在形成后被 檢查。應(yīng)當了解的是，制造抽油桿12的優(yōu)選方式是通過拉擠成形 (pulltruskm)。但是，其它制造方法也可以想到并且不視為對其的限定。 優(yōu)選地，不合格的桿體12被分離以進行刮除或修復。優(yōu)選地，下一個 步驟130是適當?shù)販y量和標記將容納端部接頭30的桿體末端60。優(yōu)選 地，在將與端部接頭30相組裝的每個末端60上制造兩個標線。 一個標 線62表示將被砂磨的區(qū)域66的長度。第二標線64表示端部接頭30在被 置于砂磨末端60上之后的適當位置，如下文詳細所述。應(yīng)當了解的是， 標記的位置為將應(yīng)用的桿體12的直徑和端部接頭30的函數(shù)。標記62、 64的位置可通過測量或使用標尺來確定，從而提高標記位置的重復性 和精確性。標記62、 64可以以各種常規(guī)方式形成，但是優(yōu)選地，標記 62、 64在桿12的表面上，該標記例如但不局限于油漆標記或墨水標記。 盡管輕微的劃痕標記也是可接受的，但是，應(yīng)注意的是，不要在表面 上鑿出深的劃痕，并且輕微的劃痕標記可能難以在其它操作期間被辨認。此外，因為在熱固化步驟之后，標線62、 64中的至少一個必須可 見，故標記62、 64必須為經(jīng)受高溫的類型。在步驟132，合格的桿體12 優(yōu)選地移入砂磨區(qū)域。優(yōu)選地，桿12在將接收端部接頭30的末端60處被砂磨。在一個實 施例中，桿端60在機器中被砂磨。在另一個實施例中，桿端60被噴砂， 但在又一個實施例中，手動進行砂磨。應(yīng)當了解的是，機器砂磨的步 驟更精確，并且優(yōu)選地在檢查和現(xiàn)場操作期間，在組裝桿端60和端部 接頭30之后獲得更低的廢品率。還應(yīng)當了解的是，機器砂磨還可通過 完全自動或自動和手動砂磨的組合來進行。自動和手動砂磨的組合包 括繞其縱軸旋轉(zhuǎn)桿體12的機器，末端60被手動砂磨。優(yōu)選地，由機器 協(xié)助或完全手動進行的手動砂磨使用粒度50的砂紙進行。但是，應(yīng)當 了解的是，砂紙的粒度可產(chǎn)生變化。優(yōu)選地，砂磨步驟132將允許粘合 劑與桿體12之間的更全面的連接。從上述描述和下文進一步的詳細描 述明顯的是，粘合劑必須與桿端60相粘合，但將不與端部接頭30粘合。在桿端60在步驟132被砂磨之后，在步驟134,砂磨端60優(yōu)選地被 清洗134以提供進行粘合的更好的表面。優(yōu)選地，用酒精清洗砂磨端60。 但是，可使用多種常規(guī)的清潔劑或化學制劑，只要它們不與桿體12的 基材相沖突或造成其損壞。在末端60被清洗和干燥之后，桿體12優(yōu)選 地為組裝桿體12和端部接頭30的步驟做準備。組裝步驟138包括用預定量的粘合劑填充先前制備的端部接頭30。 應(yīng)當了解的是，粘合劑為粘合至桿體12的材料的常規(guī)類型。但是，其 它粘合劑也是可接受的，并且特定粘合劑的選擇不應(yīng)當在此處視為限 制。 一旦粘合劑被置于端部接頭30中，端部接頭30就被置于桿體端60 上。優(yōu)選地，端部接頭30通過手動工具手動施加并且然后適當?shù)胤胖?在桿端60上。優(yōu)選地，端部接頭30定位成與第二標線64對齊以確保其到達底部，即桿端60被完全地插入端部接頭30內(nèi)，但仍然在端部接頭 30的內(nèi)表面與桿端的外表面之間形成必需的空腔24、 26 (參見圖4)。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，如果端部接頭30旋轉(zhuǎn)至桿端60上，粘合劑就更均勻地 分布在桿端60的表面與端部接頭30的內(nèi)表面之間。優(yōu)選地，組裝工具 允許端部接頭30在每次應(yīng)用中更精確地和重復地定位。應(yīng)當了解的是， 將端部接頭30放置在桿端60上的其他方法也是可能的。這些方法可包 括但不限于使用高速旋轉(zhuǎn)的常用鉆機，諸如氣壓、液壓或風力的鉆機， 該鉆機使用機器旋轉(zhuǎn)桿體12和端部接頭30中一個或兩個，或各種其它 裝置，該裝置將允許端部接頭30相對于桿端60適當?shù)囟ㄎ唬瑫r維持 粘合劑在空腔24、 26內(nèi)全面均勻地分布，空腔24、 26形成在端部接頭 30的內(nèi)部與桿端60的外表面之間。應(yīng)當了解的是，為了使桿體12和端 部接頭30在抽油桿12的壽命期間保持組裝，粘合劑在形成在端部接頭 30的內(nèi)部與桿端60的外表面之間的空腔24、 26中的數(shù)量和分布非常重 要。因此，將端部接頭30放置在桿端60上的方式非常重要。不適當?shù)?組裝方法將放置過多的粘合劑，即迫使過多的粘合劑離開形成在端部 接頭30的內(nèi)部與桿端60的外表面之間的空腔24、 26。這種粘合劑的過 多放置可導致固化的粘合劑內(nèi)的空隙，或缺少足夠的固化粘合劑量， 從而損壞或破壞桿體12與端部接頭30之間的機械結(jié)合。還應(yīng)當了解的 是，如果粘合劑沒有全面均勻地分布或如果放置過多的粘合劑而導致 空隙或氣穴，則可能在固化期間產(chǎn)生液壓效應(yīng)。這種液壓效應(yīng)沿朝向 砂磨區(qū)域66的末端的方向推動端部接頭30。應(yīng)當了解的是，這種現(xiàn)象 不是所希望的，因為這將導致在桿體12與端部接頭30之間的不適當或 不良的組裝，從而可導致桿12的檢查不合格或?qū)е卢F(xiàn)場抽油桿12更昂 貴和危險的過早失效。因而，第二標線64也用于在固化階段期間視覺 地檢查端部接頭30的任何移動。這種機械結(jié)合的目的和優(yōu)點在此更詳 細地說明。在端部接頭30在步驟138適當?shù)匮b配在桿體端60上之后，在步驟 140，端部接頭30和桿體端60優(yōu)選地熱固化以確保在端部接頭30和桿端 60中的粘合劑之間的適當粘合。存在多種熱固化粘合劑的方法和裝置。優(yōu)選地，粘合劑和桿端60以及接頭30—起被預熱，直到粘合劑達到約 350F的溫度。應(yīng)當了解的是，可使用不同的加熱技術(shù)來迅速達到該預 熱溫度。 一個這種方法是使用具有約1300F溫度的白熾管。與閃石(flash stone)連接的管的高溫允許粘合劑溫度在不到2分鐘內(nèi)達到350F。預熱 的桿端60和端部接頭30然后優(yōu)選地置于加熱環(huán)境中，該加熱環(huán)境諸如 但不限于可維持350F溫度的對流烤箱。優(yōu)選地，桿12和端部接頭30組 件在加熱環(huán)境中被固化至少一個小時。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解的是， 固化時間和溫度可根據(jù)如下因素變化，該因素諸如但不限于粘合劑的 類型/牌子、桿體12的材料、接頭30的材料、桿12的尺寸、快速加熱的 有效性、周圍溫度和濕度、以及使用的加熱環(huán)境的類型。應(yīng)當了解的是，優(yōu)選地保持跟蹤固化過程的時間和溫度。這可通 過使用復雜的圖表記錄器或計算機控制以不同方式實現(xiàn)，或者更簡單 地通過手動記錄時間和溫度實現(xiàn)。應(yīng)當了解的是，不論跟蹤固化周期 的裝置如何，桿12可成批地加熱或單獨地加熱。在步驟142，桿體12和已粘附的端部接頭30從加熱環(huán)境移走并且進 行檢査。如上述簡單所述， 一個可能的缺陷是液壓效應(yīng)，該液壓效應(yīng) 導致往返的空氣和/或水分捕獲在粘合劑中。這種液壓效應(yīng)將趨于迫使 端部接頭30從桿體12移走。因為第二標線64，故可通過視覺迅速地檢 查端部接頭30，以用于表示端部接頭30已經(jīng)移動，即第二標線64與端 部接頭30之間的任何分離都表示端部接頭30的移動。在步驟144，桿12和端部接頭30允許被冷卻，并且然后準備用于進 —步的檢查。在步驟147，冷卻的桿12進行拉伸試驗以設(shè)定粘合劑與端部接頭30 之間的機械楔合(下面將詳細說明)。應(yīng)當了解的是，拉力試驗用于 建立并檢查桿體12與端部接頭30之間的機械結(jié)合的完整性。還應(yīng)當了 解的是，在固化140和冷卻144之后，端部接頭30將松動并且能夠繞桿端60旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)至少部分由于粘合劑粘合至桿體12而非粘合至端 部接頭30，這是因為脫模劑施加于端部接頭30的內(nèi)部。但是，由于接 頭30和位于桿端60與端部接頭30之間的被粘合劑填充的空腔24、 26的 幾何形狀，接頭30不會離開桿端60。優(yōu)選地，拉伸試驗在對應(yīng)于抽油 桿12的直徑的預定壓力下進行。當沿將端部接頭30從桿體12移走的方 向施加壓力時，粘合至桿體12而非粘合至端部接頭30的粘合劑被端部 接頭30變形，從而在端部接頭30與桿體12之間建立楔型機械結(jié)合。拉 伸試驗的其余部分是證明新建立的機械結(jié)合的完整性，從而確保桿12 和端部接頭30在使用期間不分離。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解的是，在 拉伸試驗之后，端部接頭30將保持靜止并且不會移動或繞桿體端60旋 轉(zhuǎn)。在步驟150，組裝的抽油桿12和端部接頭30被視覺檢查以進行適當 組裝。優(yōu)選地，如果端部接頭30已被正確地粘合，則端部接頭30將沿 拉伸試驗的方向(即桿端60)移動約八分之一(l/8)英寸。可視覺地檢 測這種移動，因為粘合劑在最初施加并固化時在端部接頭30的最初位 置形成"標記"64'。優(yōu)選地，標記64'和標記64相同，但應(yīng)當了解 的是，標線64可不再可見，因此粘合劑形成的標記64'可為下一個標 線。在端部接頭30的初始定位后，該"標記"64'當粘合劑在端部接 頭30的末端處干燥時形成。因此，當端部接頭30在拉伸試驗期間移動 以將固化的粘合劑形成楔形時，粘合劑線變得可見，從而允許容易地 視覺表示端部接頭30實際上移動了多少。接下來，在步驟155，組裝的抽油桿12可準備用于裝運、使用或存 儲。應(yīng)當了解的是，可使用幾個常規(guī)步驟，諸如但不限于對端部接頭 30施加螺紋保護器，用防銹劑涂覆端部接頭30，其它的質(zhì)量控制檢驗 或檢查，噴漆，裝箱或儲存該成品。應(yīng)當了解的是，上述步驟不需要以所述的精確順序進行。某些步 驟可同時進行，諸如端部接頭30的制備和桿端60的制備。同樣，撿査和組裝步驟可在同一區(qū)域中進行，或者部件可被移至特定區(qū)域以進行 特定步驟。還應(yīng)當了解的是，可采用多種裝置實現(xiàn)相同結(jié)果，而不脫 離在此所述的本發(fā)明的精神。為了本公開的目的，術(shù)語"波"，"波形"，"正弦波"或"S 形"指的是本過渡面的曲率的漸近特性。可通過與切線或拱形曲率相 區(qū)別而理解漸近曲率。如果曲線被充分地延長，則切線或拱形曲線保 留與桿12的外表面相交或相接觸的可能。相反地，漸近曲線是無論怎樣延長曲線都不會與桿12相交的無限回歸。非漸近的環(huán)形過渡面的任 何曲率將在形成的楔形中建立突然的不連續(xù)，從而可能導致對桿體12 形成最大的破壞力。圖4和4A示出端部接頭30，該端部接頭30可被安裝在任何抽油桿 上，不論該抽油桿是否連續(xù)，或是否具有商用長度，或在端部接頭30 和抽油桿之間具有任意長度。抽油桿12優(yōu)選插入底部端部接頭室32內(nèi)。 應(yīng)當了解的是，端部接頭30的橫截面形狀應(yīng)基本與抽油桿12的橫截面 形狀相匹配。例如，但不意圖限制，如果抽油桿12的橫截面為基本圓 形，則端部接頭30的底室32的橫截面形狀將為基本圓形。對于另一示 例，但不意圖限制，如果抽油桿12的橫截面為基本多邊形，則端部接 頭30的底室32的橫截面形狀將為基本多邊形。但是，可以預見的是， 室32的橫截面形狀和桿的橫截面形狀不同。在大多數(shù)這種橫截面不匹 配的情形下，底室32的橫截面形狀最可能為圓形。還應(yīng)當了解的是， 端部接頭30可連接至抽油桿12，而桿12被存放在巻軸上(如果該桿為 連續(xù)的抽油桿)或可連接在現(xiàn)場位置。如下所述，優(yōu)選的端部接頭30 能夠使用目前描述的抽油桿12，因為優(yōu)選的端部接頭30防止從抽油桿 12分離以及防止桿12的損壞、斷裂或破裂。因此，桿12和優(yōu)選的端部 接頭30具有超過常規(guī)的抽油桿及其常規(guī)的端部接頭的有效的沖擊壽在作用于桿/粘合劑/金屬界面上的機械力中，存在壓縮力，諸如泵的上沖程或下沖程期間的壓縮力，和負載荷力。負載荷力指的是作用 于楔的與楔的夾持側(cè)相對的一側(cè)上的力。該負載荷力可能由井內(nèi)氣壓、 粘性泵或其它與抽油桿的運動相關(guān)的因素造成。負載荷可向下推動抽 油桿，從而在楔上產(chǎn)生壓縮力。該壓縮力如果足夠大或者頻繁地，則 將剪切粘合劑楔并且破壞連接。如此處所述，楔上的優(yōu)選負載荷力為 拉力，其中楔阻止桿離開端部接頭30移動。負載荷對于現(xiàn)有設(shè)計的楔 可具有非常大破壞性，從而導致楔的災(zāi)難性剪切失效。但在本發(fā)明中， 當產(chǎn)生負載荷的沖擊荷載發(fā)生時，楔能夠吸收負載荷力，并且從而阻 至桿連接的失效。楔將壓縮力和拉力從鋼連接器或端部接頭傳遞至玻璃纖維桿，并且反之亦然。金屬端部接頭30比硬化粘合劑更堅硬，并且使得硬化粘合劑楔的形狀產(chǎn)生變形。基本上，當對構(gòu)造施加壓縮力和回復移動力時，金屬端部接頭30擠壓粘合劑內(nèi)的變形。理論上，端 部接頭30向外朝桿端擠壓該變形，從而至少在一定程度上將力傳遞至 金屬端部接頭30，以最佳地分散破壞力。施加于桿的軸向力導致桿材料的變形。該變形傳遞至整體桿體12， 并且根據(jù)力的大小和桿12的橫截面區(qū)域而變化。桿12的橫截面區(qū)域的 突然變化將壓力集中在桿12的某個區(qū)域。相比于桿體12，抽油桿12連 接的楔以將壓力集中于桿12的某個區(qū)域的方式改變桿12的橫截面區(qū) 域。集中的力可超過桿12的合成材料的結(jié)構(gòu)強度，從而導致桿12由于 破裂或分裂而失效。早期的桿12的設(shè)計被過早的失效所困擾。這些早 期設(shè)計的失效分析揭示了當自身處于災(zāi)難時，災(zāi)難性事件很少產(chǎn)生失 效。災(zāi)難性失效的產(chǎn)生通常是由于不適當?shù)木S護和不適當?shù)牟牧咸幚?工序。此外，不論失效的表現(xiàn)如何，都可與玻璃纖維桿12與金屬端部 接頭30之間的界面聯(lián)系起來。還可以發(fā)現(xiàn)，沿界面的長度更全面地分 布施加壓力的端部接頭30在減少失效方面更為成功。因此，如圖4所示，優(yōu)選的抽油桿12連接器沿桿-連接器界面平穩(wěn) 且連續(xù)地對力進行分散，從而避免桿12上的集中力超過桿12的強度， 同時使連接器和桿12協(xié)同結(jié)合，從而避免被拔出。在桿12被插入容器32后(參見圖2，步驟13S)，粘合劑填充楔內(nèi)的空隙空間或容器32的 內(nèi)表面的環(huán)狀空間。最初可流動的粘合劑固化或硬化成變?yōu)楣腆w并粘 附于桿12。該粘合劑粘合至桿12，但不粘合至金屬容器32的內(nèi)部。當 組裝的桿12在其連接器30處被拉伸時，粘合至桿12的固體粘合劑楔壓 靠在端部接頭30的內(nèi)部的互補形狀，并且迫使端部接頭30靠在固體粘 合劑的環(huán)形楔上。由于金屬連接器和粘合劑楔彼此擠壓以阻止進一步 滑動，故壓力被分配至桿12自身。該壓力被施加在粘合劑楔和金屬表 面接觸的整個表面上。楔粘合端部接頭30以避免被拔出，并且在桿/粘 合劑/金屬界面上均勻地分散破壞力，從而理想地將力引向桿60的末端， 甚至引入金屬端部接頭30。端部接頭30的內(nèi)表面上的楔的輪廓影響粘合劑材料的形狀的變 形。該變形由作用于端部接頭30上的機械壓力和應(yīng)力驅(qū)使而穿過粘合 劑。特別地，變形的形狀接近楔的形狀。如果楔的橫截面區(qū)域突然改 變，諸如從一個楔到下一個相鄰楔的過渡點，則變形的形狀將響應(yīng)突 然改變的形狀，從而使變形呈現(xiàn)"尖頂"形狀。尖頂表示由楔的突然 不連續(xù)導致的力的集中。這種集中力可超過桿12的材料強度，特別是 在尖頂在桿12和粘合劑的界面處被推入桿12處。應(yīng)力分布動態(tài)的不足 導致可克服桿/粘合劑/金屬界面的特性以充分分布施加負載(多個負載) 的局部和劇烈的應(yīng)力梯度，從而喪失界面系統(tǒng)的完整性。此外，重復 的應(yīng)力梯度的累積效應(yīng)加劇了完整性的喪失，從而加速了受影響區(qū)域 的腐蝕。因此，任何減小導致災(zāi)難性失效的破壞力的嘗試必須集中在 抽油桿/粘合劑/金屬界面上。在任何端部接頭30的設(shè)計中，采用楔的原理來提供玻璃纖維桿12 的抓取和現(xiàn)場使用所遇到的施加力的分布。楔由具有內(nèi)表面的桿容器 形成，該內(nèi)表面被成形為在容器內(nèi)表面與被容器接收的桿12的末端之 間形成至少一個通常楔形的環(huán)。楔形環(huán)具有環(huán)形薄部和遠離該薄部的 環(huán)形厚部。端部接頭30設(shè)計的示例包括5個楔(最早的設(shè)計)至1個楔。 在每種設(shè)計中，(多個)楔的形狀由抽油桿12的直徑、端部接頭30的袋部(容器)的直徑、以及每個楔部的長度決定。在所有情形下，袋部形 狀的不連續(xù)和突然變化的區(qū)域?qū)е赂叩膽?yīng)力水平，如特定系統(tǒng)的應(yīng)力 分析所示。應(yīng)力分布的檢查，或不進行檢查，將揭示這些應(yīng)力高度集 中的區(qū)域由端部接頭30的袋部的不連續(xù)的形狀和尺寸所致。這些區(qū)域 導致桿/粘合劑層的破華，從而導致上述的災(zāi)難性失效。在本發(fā)明中，環(huán)形楔或多個環(huán)形楔(由桿容器或端部接頭30和接 收在其中的桿12的協(xié)作所形成)的形狀是波形，其中環(huán)或楔的厚部接 近遠離環(huán)或楔的薄部的桿體12。也就是說，環(huán)的環(huán)形厚部漸近地接近 桿60的末端，以便在楔形上或從一個楔至下一個楔上不存在突然的不 連續(xù)。計算機模型比較了不同楔設(shè)計的不同桿連接件構(gòu)造(包括金屬 端部接頭30或桿容器，玻璃纖維桿12以及硬化的最初可流動的粘合 劑)，該構(gòu)造包括本發(fā)明的構(gòu)造，該計算機模型表明本發(fā)明的桿連接 分散或引導了作用于連接上的力，特別是作用于玻璃纖維桿12上的力， 從而在實際上，在桿體12內(nèi)不存在這種力的峰值。當然，在本發(fā)明的 粘合劑/桿界面上這種力沒有達到破壞性水平。與計算機模型檢査的其 它楔設(shè)計不同，本發(fā)明將作用于連接上的力至少部分地引導至金屬端 部接頭30自身內(nèi)，這是本發(fā)明獨特的結(jié)果。計算機模型在美國專利US 6，193，431Bl中更完整地描述，其在此作為參考并入。本端部接頭30的波形過渡面避免了接頭30內(nèi)表面的曲率的任何突 然的不連續(xù)，從而避免在桿12上機械力過度集中而導致桿12失效，并 且還在力的應(yīng)用上提供充分的楔形抓取，以確保端部接頭30與粘合劑 楔(多個粘合劑楔)之間可靠的協(xié)同夾持。仍然參照圖4，優(yōu)選的端部接頭30包括端部連接器20，該端部連接 器20可適于連接至泵驅(qū)動器10或拋光桿、井下泵14或沉桿、其它抽油 桿或其它任何所需的連接。因此，應(yīng)當了解的是，盡管連接20被示出 為具有螺紋端，但是也可使用其它形式的連接，包括但不局限于內(nèi)螺 紋連接、快速聯(lián)接或其它任何連接方法。如圖4所示，端部接頭30形成為限定用于接收抽油桿12的末端的軸 向容器32。軸向容器32被一系列向外會聚的錐形表面34、 44所限定， 當桿12處于適當位置時，錐形表面34、 44與桿12的外圓柱形表面22進 一步限定圍繞桿12的多個楔形或錐形的環(huán)24、 26。端部接頭30包括終 止于外螺紋端20的大致圓柱形的外部表面28。端部接頭30還包括一對 直徑相對的平坦表面48，用于使油田操作員能夠?qū)藴食橛蜅U扳手附 于其上，從而使各個抽油桿端部接頭30彼此連接和/或分離。如上所述，抽油桿端部接頭30包括足量的粘合劑材料以完全地填 充環(huán)24、 26，用于將連接桿12粘附或以其他方式互連至連接器構(gòu)件30， 該環(huán)24、 26由第一連接器構(gòu)件的向外會聚的錐形表面33、 44和桿22的 圓柱形外表面所限定。當桿12被插入容器32中時，該桿12移走許多液 體粘合劑，并且迫使該液體粘合劑進入圍繞桿12的環(huán)24、 26,其中該 粘合劑隨后固化，從而形成粘合至桿12和容器錐形表面34、 44的有角 的楔。固化的粘合劑材料形成具有一系列環(huán)形錐形表面的套筒，該一系 列環(huán)形錐形表面限定位于桿12與容器錐形表面34、 44之間的一系列環(huán) 形楔。該硬化的粘合劑套筒與抽油桿12形成粘合，以抵抗當對桿12施 加壓力時產(chǎn)生的剪切力，該剪切力能將抽油桿12從端部接頭30拉開。 此外，施加于桿12的拉力迫使固化的粘合劑材料的環(huán)形楔與桿的圓柱 形外表面28粘合并且與連接器構(gòu)件的錐形表面34、 44粘合。這就使徑 向向內(nèi)引導至端部接頭30的中心線軸線c-c的壓力將粘合劑材料的環(huán)形 楔壓靠在桿12上，從而克服施加于桿12的這種拉力作用，將桿12保持 在連接器構(gòu)件30內(nèi)的適當位置。為避免這種壓力造成桿12上的過大的力的集中，楔必須形成為使 得在套筒的橫截面區(qū)域上沒有突然的變化。楔對作用于其上的壓力的 所需效果是使力分散，而不是使力集中。套筒的橫截面區(qū)域必須盡可能平滑地變化，以便壓力均勻地沿桿12的末端分散，而不是過多地集中在桿12的任何部分上。本發(fā)明的抽油桿的端部接頭30具有打開的軸向外端53和閉合的軸 向內(nèi)端33。第一環(huán)形表面或楔34接近打開端53,第二環(huán)形表面或楔44 遠離打開端，并且接近閉合端33。所述第一環(huán)形表面34和第二環(huán)形表 面44的過渡表面35由線a-a之間的區(qū)域所限定。容器32的過渡表面35以 波形的形狀形成，該波形具有更接近所述打開端53的向外錐形部分和 更接近閉合端33的向內(nèi)錐形部分。過渡部分35不凹形地彎曲以接觸桿 22的外表面，而是漸近地彎曲，以便表面35漸近地接近圓柱形桿表面 22，而不是拱形地或切向地接近。如上所述，將理解漸近曲率與拱形 或切線曲率之間的區(qū)別。環(huán)形過渡表面的任何非漸近的曲率將在形成 的楔內(nèi)產(chǎn)生突然的不連續(xù)，從而可能導致在桿體12上產(chǎn)生破壞力的尖 峰。因此，對于過渡表面的曲率漸近特性，表面35的橫截面優(yōu)選為S形、 正弦波形或簡單的波形。波形過渡表面35使從近環(huán)到遠環(huán)的過渡平緩，并且實現(xiàn)了避免在 桿12上形成應(yīng)力峰值的所需效果。由于固化的粘合劑的變形通過套筒 的過渡表面?zhèn)鬟f，故表面的波形用于使該粘合劑材料的變形平緩。因 此，壓力從不集中于桿12的任何特定點上并且在該點上超過桿12的材 料強度。類似地，過渡表面19限定在最接近線b-b之間的閉合端33的環(huán) 或楔之間。過渡表面19近似為波形，并且漸近地接近桿12的遠端的外 表面22。表面19在本發(fā)明中甚至在一個實施例中僅包括一個楔。本發(fā) 明的過渡表面的軟輪廓分布作用于桿12的力使得所述力不超過桿12的 材料強度。不存在曲率的突然改變，該變化在抽油桿12中形成高應(yīng)力 區(qū)域，從而可能導致桿失效。應(yīng)當了解的是，端部接頭30的其它實施 例可包括一個環(huán)，或可包括兩個以上的環(huán)。在任何情況下，這應(yīng)在本 發(fā)明的范圍內(nèi)并且不應(yīng)視為本發(fā)明的限制。圖4A示出端部接頭30的改進設(shè)計的另一個實施例。圖4A所示的端部接頭30包括兩個楔區(qū)域，頂部區(qū)域或頂楔72和底部區(qū)域或底楔74。 但是，應(yīng)當了解的是，可使用兩個以上的楔區(qū)域或僅使用一個楔區(qū)域。 該改進的設(shè)計包括增加了粘合劑所填充的區(qū)域的改變，并且改變環(huán)的 外壁的傾斜角。因此，增加楔或多個楔的尺寸，該楔在桿和接頭組裝 之后在通過拉動該桿來設(shè)置固化的粘合劑時形成。通過試驗和實際的 現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些設(shè)計改變已經(jīng)增加了桿和端部接頭的粘 合的壽命，同時避免現(xiàn)場中的過早失效。在改進中，任何或所有的楔 設(shè)計可被改變。但是，可以預見的是，因為現(xiàn)場試驗表明由于負載荷 最高的應(yīng)力集中通常在頂楔72處，僅改進該頂楔72。優(yōu)選地，楔的改進將在過渡表面19上形成倒錐(back relief)。由楔 的增加的表面積提供的倒錐將作為減震器，用于當向下推動桿時由負 載荷產(chǎn)生的力。通常在現(xiàn)有技術(shù)中，楔壁或環(huán)形表面70由半徑為約6英寸(6")的 圓限定。但是，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，通過將半徑增加至約20英寸(20")， 足夠地增加環(huán)26面積，以在桿和端部接頭的安裝期間提供更堅固的楔。 半徑的增加使得楔更長并且表面積增加，從而提供更堅固的楔，特別 是在背側(cè)(楔接近桿端60的一側(cè))，其中楔必須受拉地夾持以及抵抗 任何負載荷的壓力。此外，半徑的增加使得為上述環(huán)之間的平緩過渡 提供更加重要的漸近關(guān)系。該半徑的增加軟化了曲線，從而形成更漸 近的關(guān)系。此外，由于圓半徑的變化，頂楔72的直徑76優(yōu)選地從約27 英寸(27")增加至約38英寸(38")。應(yīng)當了解的是，頂楔72的直徑 主要取決于端部接頭30的尺寸(直徑)。因此，根據(jù)端部接頭30的初 始尺寸和端部接頭30將被安裝于其上的桿12的直徑，直徑76可大于或 小于38英寸(38")優(yōu)選地，為構(gòu)造端部接頭的內(nèi)室的輪廓，需要更精確的加工來為 楔提供區(qū)域。作為例子而非限定，優(yōu)選地，首先在端部接頭中為室32 鉆定位孔。優(yōu)選地，定位孔尺寸略小，從而在接頭30的末端處提供與桿端60相配合的更精確的中心孔37。應(yīng)當了解的是，中心孔37的適當 位置在組裝期間提供了更對稱的楔。此外，中心孔37優(yōu)選地鉆削成以 便在中心孔37的末端處形成更直或更平行的角度。這些角度優(yōu)選地在 中心孔37的末端處提供增加的表面面積，從而為桿至端部接頭連接提 供更好的夾持區(qū)域，以及在桿與端部接頭之間提供更精確的定心。如 此所述，端部接頭30至桿12的初始連接的優(yōu)選方法包括將端部接頭旋 入桿上，以移走未固化的粘合劑，并且使端部接頭30在桿12上適當?shù)?居中。因此，應(yīng)當了解的是，中心孔37的適當切削是確保端部接頭30 至桿12的適當連接的重要步驟。在已經(jīng)適當?shù)厍邢髟撝行目?7后，進 行加工步驟以切削楔區(qū)域的不同角度和半徑。應(yīng)當了解的是，盡管圓的半徑和環(huán)的直徑的優(yōu)選公差為正/負0.003 (+/-0.003)，可根據(jù)個人偏好和機器以及操作員能力使用不同的公差， 并且其視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。還應(yīng)看出的是，半徑尺寸和范圍在此 處作為示例和參考，同樣，超出在此所給的示例的圓的半徑的變化不 應(yīng)視為偏離本發(fā)明的教導。此外，應(yīng)當了解的是，此處描述的端部接 頭可與具有任何長度的任何抽油桿結(jié)合使用，并且不應(yīng)視為對本發(fā)明 的限制。再次參考圖l，優(yōu)選地，連續(xù)抽油桿12為柔韌的，足以纏繞在大直 徑的巻軸上，以便將連續(xù)抽油桿12從制造設(shè)備運輸至現(xiàn)場以插入井筒8 內(nèi)。應(yīng)當了解的是， 一定的橫截面形狀，諸如鉆石形或其它多邊形， 將便于使連續(xù)桿纏繞為更緊的直徑，從而提高連續(xù)桿的運輸性和使用 性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解的是，連續(xù)抽油桿12將減少抽油桿柱的 整體重量，因為大多數(shù)金屬端部接頭30被取消，并且將減少處理時間， 因為在抽油桿12被降低至井筒8內(nèi)時或之前，不需要將多個更短的抽油 桿首尾連接。還應(yīng)當了解的是，纏繞的連續(xù)抽油桿12的巻軸可在現(xiàn)場 被卸載以插入井筒8內(nèi)，或巻軸可安裝在拖車上，使得連續(xù)抽油桿12將 從安裝在拖車上的巻軸展開，并且直接插入井筒8內(nèi)。可以設(shè)想的是， 使用多種方法展開連續(xù)抽油桿12，并且將桿12插入井筒內(nèi)。這些方法節(jié)約了當首尾連接多個常用的抽油桿時或當必須將抽油桿柱12a和/或 井下泵14從井筒拉出時消耗的昂貴的鉆機停工時間。圖lA示出另一個實施例，其中連續(xù)抽油桿柱12a包括一個以上的連 續(xù)抽油桿12。優(yōu)選地，每個連續(xù)抽油桿12的長度范圍為1500英尺至2000 英尺。但是，應(yīng)當了解的是，可使用更長或更短的長度，并且長度的 選擇取決于如下因素，例如但不局限于特殊應(yīng)用、連續(xù)桿巻軸的尺寸 限制、運輸成本和實用性、以及井操作員和/所有者的偏好。連續(xù)抽油 桿12優(yōu)選地利用此處詳述的端部接頭30 (參見圖4)連接在一起。本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當了解的是，包括一個以上的連續(xù)桿12而非單個的連續(xù) 桿12的抽油桿柱12a將仍然減小桿柱的重量以及獲得更快的安裝。甚至 在非常深的井中，到達井下泵14與泵驅(qū)動器10之間所需的連續(xù)抽油桿 12的數(shù)量將顯著小于當使用約長37英尺長的常用抽油桿時的情形，并 且因此顯著減少將各個桿組裝至桿柱12a所需的端部接頭30的數(shù)量。參照圖1和1A，通常，抽油桿12通過拋光桿(未示出)連接于泵驅(qū) 動器IO。優(yōu)選地，抽油桿12與端部接頭30 (圖4)相適應(yīng)，其中端部接 頭30的一端連接于抽油桿12，并且另一端適于連接于拋光桿。在抽油 桿12的接近地下泵14的井下端，另一個端部接頭30的一端連接于抽油 桿12。端部接頭30的第二端優(yōu)選地適于連接于沉桿(未示出)。盡管 可使用多種端部接頭30，但是優(yōu)選的端部接頭30示于圖4和4A中。應(yīng)當 了解的是，當使用一個以上的連續(xù)抽油桿12或常用長度的抽油桿12時， 優(yōu)選使用額外的端部接頭30來連接抽油桿12的連續(xù)的末端60,以組裝 連續(xù)抽油桿柱12a。優(yōu)選地，如果抽油桿12和泵14連接在沉桿下方，則 沉桿用于幫助抽油桿12和泵14通過井筒降低。沉桿還有助于防止抽油 桿柱12a的彎曲并且拉伸抽油桿柱12a，從而使得在柱12a的底部處的沖 擊大于表面處的沖擊。沉桿和拋光桿的使用和選擇在本領(lǐng)域公知，在 此不對其進行進一步描述。圖7示出連續(xù)抽油桿12的一個實施例的截面圖。優(yōu)選地，抽油桿12通過沿大致縱向的方向16布置多股玻璃纖維粗紗而制成。但是，應(yīng)當了解的是，纖維粗紗和/或玻璃纖維簇(mat)可被布置成使得具有縱向排 列的纖維16和橫向排列的纖維18?？v向排列的纖維16為抽油桿12提供 主要的抗拉強度。橫向排列的纖維為抽油桿12提供了更大的耐壓強度。 本領(lǐng)域公知的是，在泵送循環(huán)期間當泵驅(qū)動器10提升或推動抽油桿柱 12a時，抽油桿12將拉伸，然后返回至其正常位置。桿12的拉伸和松弛 使得井下泵14的泵沖程長于泵驅(qū)動器10的沖程。因此，當泵驅(qū)動器IO 沿縱向朝向泵14或遠離泵14移動抽油桿12時，縱向排列的纖維16優(yōu)選 地提供所需的強度以維持桿的完整性。應(yīng)當了解的是，如果主要的壓 力沿抽油桿12的縱軸，則可能不需要額外的橫向纖維18。但是，這種 纖維18對于某些應(yīng)用是必須的，并且視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。應(yīng)當了 解的是，在整個說明書內(nèi)，抽油桿12指的是使用玻璃纖維或玻璃纖維 簇的玻璃纖維抽油桿12。但是，其它包括合成物的有機和無機纖維的 使用也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且不應(yīng)視為本發(fā)明的限制?，F(xiàn)在參照圖6，玻璃纖維、粗紗或簇總體表示為40，并且優(yōu)選地縱 向排列(圖5)，但如果需要的話也可橫向排列。然后，纖維40在樹脂 溶液42中浸濕。應(yīng)當了解的是，如果纖維大致縱向排列或縱向和橫向 排列，則此處描述的制造連續(xù)抽油桿12的方法大致相同。優(yōu)選地，樹 脂15為一種熱固性樹脂，但是可使用其它樹脂或粘合劑。圖5示出占據(jù) 了纖維40之間的空間的樹脂15。在纖維40已經(jīng)在樹脂溶液42中浸濕之 后，通過至少一個模具43將纖維40拉出。模具43優(yōu)選地將浸濕的纖維 40形成為所需的橫截面。應(yīng)當了解的是，所需的橫截面形狀可具有幾 乎所有的所需橫截面，諸如但不局限于圓形、橢圓形、矩形、正方形、 三角形、八角形、其它多邊形或各種其它形狀。但是優(yōu)選的橫截面形 狀為大致多邊形，其被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為鉆石形(圖5A中的112所 示)。還應(yīng)當了解的是，模具43可為冷?；蚩蔀闊崮?，其中熱模當成 形纖維桿12通過模具43時開始將其固化。當桿12通過加熱區(qū)或固化爐 45而經(jīng)過模具43時，桿12被進一步固化。應(yīng)當了解的是，模具43和加 熱區(qū)或固化爐45可為兩個單獨的單元，或可為單個單元，其中桿12被模具43成形，并且?guī)缀跬瑫r被固化。還應(yīng)當了解的是，桿12可以是空心的?？招臈U可用于多種應(yīng)用，包括但不限于承載電纜以在表面與井下之間傳輸信號，允許空心芯部 內(nèi)產(chǎn)生流體以消除相關(guān)問題，允許向井下泵送抑制劑或其它化學物質(zhì)以允許連續(xù)桿12具有更大的柔韌性(例如纏繞在巻軸上，或通過向空 心芯部內(nèi)放入加重材料而為柱增加重量)。應(yīng)當了解的是，連續(xù)抽油桿12不被切割為約37英尺的更常用的長 度，而是被拉伸為幾乎任何的預定長度，例如但不限于10，000英尺至 15,000英尺或更長的單個連續(xù)抽油桿12，或?qū)⒈贿B接在一起(通過端部 接頭30)的在1,500英尺與2，000英尺之間的連續(xù)桿12。應(yīng)當了解的是， 如上所述，可拉伸成特殊應(yīng)用所必需的更長或更短的長度。固化的抽油桿12現(xiàn)在可纏繞在一個或多個大直徑的巻軸50上。應(yīng) 當了解的是，巻軸50的直徑可具有如下尺寸，即使得連續(xù)纖維桿或合 成桿12在纏繞至巻軸50的過程期間不會損壞或斷裂。因此，巻軸50的 直徑可足夠大使得在纏繞操作期間不超過抽油桿的最小彎曲半徑。其 后，制造和纏繞的連續(xù)抽油桿12可被運輸至現(xiàn)場或被儲存，以供將來 使用。合成或玻璃纖維桿制造的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解的是，連續(xù) 抽油桿12可被制造為多種長度?？梢韵氲降氖牵B續(xù)抽油桿12可被制 造為用于特定深度，或可預先制造并且被切割者切割為所需長度，如 圖3的元件48所示。應(yīng)當了解的是，當不能向特定地點運輸連續(xù)抽油桿 12的單個巻軸時，可將一個以上的連續(xù)抽油桿12連接在一起。在這種 應(yīng)用中，中間端部接頭30的添加仍然相當節(jié)省重量和安裝費用。還應(yīng) 當了解的是，多種不同的橫截面構(gòu)造，包括空心芯部，以及包括被連 接在一起的一個以上的連續(xù)抽油桿的抽油桿柱也在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 并且不應(yīng)視為是本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域已知的是，抽油桿柱12a的長度為最接近表面的端部接頭30明顯增加了重量。盡管由于端部接頭環(huán)的錐形設(shè)計和形成在其內(nèi)的楔 所產(chǎn)生的較大重量，但是優(yōu)選的端部接頭30將仍然連接于抽油桿柱12a，并且不向抽油桿柱12a傳遞破壞力。從前述可看出，本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當了解的是，優(yōu)選的端部接頭30允許超過10,000至15，000英尺的相 當長的連續(xù)抽油桿12用于致動井下泵14，而不分離桿12和端部接頭30， 或由于從端部接頭30傳遞至桿的力而使桿12破壞。圖7示出連續(xù)抽油桿12的可選實施例，為清楚起見用12b表示。如 圖7所示，連續(xù)抽油桿12b成錐形使得連續(xù)桿12b的外徑在接近表面和泵 驅(qū)動器10的末端22處較大，并且在接近地下泵14的下端24處具有較小 的外徑。本領(lǐng)域已知的是，因為從泵驅(qū)動器10到達地下泵14所需的柱 的總重量，抽油桿柱12b的上端通常必須比下端支承更大的重量。因此， 具有更大上端22的連續(xù)抽油桿12b將允許支承連續(xù)抽油桿12b的更大重 量(因此支承更大長度)。應(yīng)當了解的是，因為上抽油桿端22和下抽 油桿端24具有不同的外徑，故圖7所示的實施例需要用于上端22和下端 24的不同尺寸的端部接頭30a、 30b。還應(yīng)當了解的是，如果抽油桿柱 12a包括一個以上的連續(xù)抽油桿，則每個桿部分的各個上下端60可具有 不同直徑，但是優(yōu)選地，整個抽油桿柱12a將從最接近表面的末端向最 接近地下泵14的末端成錐形。此外，可以設(shè)想的是，甚至包括多個獨 立抽油桿的抽油桿柱12a，例如但不限于約37英尺長的用多個端部接頭 連接在一起的桿，可從上端向下端成錐形。在這種實施例中，每個桿 12優(yōu)選在下井方向上至少具有輕微的錐度。因此，每個抽油桿12可具 有略微不同的上直徑和下直徑。但是，更實際的情況要求通過使柱的 長部分成錐形而使整個柱成錐形，其中該部分可包括數(shù)千英尺的抽油 桿12，該抽油桿12具有某個選定直徑，并且然后使隨后的抽油桿12柱 的下部分具有略微較小的直徑。應(yīng)當了解的是，某些特征和子組合具有實用性，并且可被采用而 不參考其它特征和子組合。這由權(quán)利要求的范圍所設(shè)想，并且在權(quán)利 要求的范圍內(nèi)。從上述描述可看出，已經(jīng)提供了抽油桿12和端部接頭30的新組合，該抽油桿12包括連續(xù)抽油桿，該端部接頭30阻止脫離并 且用于具有足夠直徑的抽油桿12，如果該抽油桿12為連續(xù)的，則不存 在接頭。此外，已經(jīng)提供了端部接頭30的改進設(shè)計及制備和組裝桿12 和端部接頭30的方法。盡管已經(jīng)描述和公開了特定示例，但是本申請 的發(fā)明被認為是包括并且意圖包括任何等同的結(jié)構(gòu)，并且可用多種不 同的方式構(gòu)造，從而以前述的常用方式運行和操作。因此，應(yīng)注意的 是，出于示例目的的此處詳述的實施例當然可進行結(jié)構(gòu)、設(shè)計、應(yīng)用 和方法的多種變型。因為多種變化和不同的實施例可在所教導的發(fā)明 原理的范圍內(nèi)實現(xiàn)，并且因為可根據(jù)法律的描述性要求對此處詳述的 實施例進行多種改進，應(yīng)了解的是，此處的細節(jié)解釋為示例性的而非 限定性的。
權(quán)利要求
1.一種改進的抽油桿構(gòu)造，包括具有桿容器的端部接頭；該桿容器具有內(nèi)壁、中心縱向軸線、閉合的軸向內(nèi)端和打開的軸向外端，其中所述桿容器包括多個整體形成、向外會聚、軸向排列的環(huán)，每個環(huán)漸近地接近所述中心軸線，并且朝向所述打開端成錐形以具有減小的直徑，該桿容器在每對相鄰的環(huán)之間限定單獨的過渡表面，其中每個所述過表渡面包括不具有突然變化曲率的連續(xù)作用表面；桿，該桿具有帶有外表面的端部，該桿通過所述打開的外端被容納于所述桿容器內(nèi)，并且與所述桿容器相協(xié)作以在所述桿的所述端部的所述外表面與所述桿容器的所述向外會聚的環(huán)之間限定環(huán)形室；每個所述環(huán)被所述內(nèi)壁限定在至少一側(cè)上；并且所述環(huán)中的至少一個在所述閉合的軸向端附近具有倒錐，其中所述倒錐吸收由所述端部接頭和/或所述桿的負載荷所產(chǎn)生的壓力。
2. 如權(quán)利要求l所述的抽油桿構(gòu)造，還包括所述內(nèi)壁的至少一部 分，該部分被具有5英寸至21英寸之間的曲率半徑的所述環(huán)中的至少 一個所限定。
3. 如權(quán)利要求l所述的抽油桿構(gòu)造，還包括在所述閉合端與遠離所述 打開端的所述環(huán)的最大直徑之間的過渡表面，其中所述過渡表面包括 波形橫截面。
4. 如權(quán)利要求1所述的抽油桿構(gòu)造，還包括圓柱形桿，該圓柱形桿具有帶有圓柱形外表面的端部，該桿通過 所述打開的外端被容納于所述桿容器內(nèi)，并且與所述桿容器相協(xié)作以 在所述桿的所述端部的所述外表面與所述桿容器的所述向外會聚的環(huán) 之間限定環(huán)形室。
5. 如權(quán)利要求4所述的抽油桿構(gòu)造，其中所述圓柱形桿包括玻璃 纖維。
6. 如權(quán)利要求4所述的抽油桿構(gòu)造，其中所述圓柱形桿包括合成 材料。
7. 如權(quán)利要求1所述的抽油桿構(gòu)造，還包括-最初可流動的粘合劑體，該粘合劑體固化為結(jié)合所述桿的所述端部的所述外表面，并且凝固為形成多個楔以與所述環(huán)相協(xié)作。
8. 如權(quán)利要求l所述的抽油桿構(gòu)造，其中所述桿和/或端部外表面具 有大致多邊形的橫截面構(gòu)造。
9. 如權(quán)利要求8所述的抽油桿構(gòu)造，其中所述桿包括玻璃纖維。
10. 如權(quán)利要求8所述的抽油桿構(gòu)造，其中所述桿包括合成材料。
11. 一種抽油桿端部接頭，包括桿容器，該桿容器具有中心縱向軸線和限定用于容納抽油桿的環(huán)的內(nèi)壁，所述內(nèi)壁具有軸向向內(nèi)會聚并遠離所述中心軸線的第一部分、朝向所述中心軸線向外會聚的第二部分、軸向向內(nèi)會聚并遠離所述中心軸線的第三部分、以及朝向所述中心軸線向外會聚并且漸近地接近所述中心軸線且終止于環(huán)形基部的第四部分，所述限定的環(huán)提供楔， 該楔具有用于分配正向力的前緣和用于分配負向力的后緣；并且所述部分中的至少一個具有5英寸至21英寸之間的曲率半徑。
12. —種組裝抽油桿體和端部接頭的方法，包括如下步驟 提供至少一個端部接頭，該端部接頭具有中心縱向軸線、閉合的軸向內(nèi)端、打開的軸向外端，和限定用于容納抽油桿的環(huán)的內(nèi)壁，所 述內(nèi)壁具有軸向向內(nèi)會聚并遠離所述中心軸線的第一部分、朝向所述中心軸線向外會聚的第二部分、軸向向內(nèi)會聚并遠離所述中心軸線的 第三部分、以及朝向所述中心軸線向外會聚并且漸近地接近所述中心 軸線且終止于環(huán)形基部的第四部分，所述限定的環(huán)提供楔，該楔具有 用于分配正向力的前緣和用于分配負向力的后緣；提供具有第一端、第二端和外表面的抽油桿體，其中所述第一端 和/或第二端被構(gòu)造為與所述端部接頭相配合；在所述閉合的軸向內(nèi)端附近切削出中心孔，其中所述切削形成大 致圓形的中心孔；將粘合劑施加于所述端部接頭的內(nèi)表面；將所述桿體插入所述填充有粘合劑的端部接頭，從而所述端部接 頭安裝在所述桿體上；將所述桿體在所述端部接頭內(nèi)對中；其中所述對中由所述中心孔 所引導；并且對具有端部接頭的桿體進行熱處理，其中所述熱處理將粘合劑結(jié) 合至所述桿體。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述至少一個端部接頭包括 桿容器，該桿容器具有閉合的軸向內(nèi)端和打開的軸向外端，并且具有 多個整體形成、向外會聚、軸向排列的環(huán)，所述環(huán)漸近地接近所述桿， 并且朝向所述打開端成錐形以具有減小的直徑，該桿容器在所述環(huán)和 所述打開端之間限定過渡表面，其中所述過渡表面包括不具有突然變 化曲率的連續(xù)作用表面。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述至少一個端部接頭包括 桿容器，該桿容器具有閉合的軸向內(nèi)端和打開的軸向外端，并且具有 多個整體形成、向外會聚、軸向排列的環(huán)，并且其中每個所述環(huán)漸近 地接近所述桿，并且朝向所述打開端成錐形以具有減小的直徑，該桿 容器在包括于所述多個環(huán)中的相鄰環(huán)之間限定單獨的過渡表面，每個 所述過渡表面包括不具有突然變化曲率的連續(xù)作用表面。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述楔由在所述熱處理期間 固化的粘合劑構(gòu)成。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括如下步驟，即在熱處理 后，以遠離所述端部接頭的方向拉動所述桿體，從而在所述環(huán)中形成 固化粘合劑的所述楔。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述部分中的至少一個具有 5英寸至21英寸之間的曲率半徑。
全文摘要
在此描述了一種用于抽油桿或連續(xù)抽油桿的改進端部接頭。該端部接頭設(shè)計成以便形成加強端部接頭至桿的連接性的楔，此外，該楔或多個楔漸近地接近桿以避免楔和多個楔中的任何突然的不連續(xù)，從而基本上消除了桿中的應(yīng)力集中區(qū)域和潛在的失效區(qū)域。改進的設(shè)計提供了更好地形成的楔，該楔具有倒錐以抵抗壓力，從而提供更加可靠的桿至端部接頭的連接。
文檔編號E21B17/02GK101260786SQ20081000303
公開日2008年9月10日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者大拉塞爾·P·拉特利奇, 小拉塞爾·P·拉特利奇, 瑞安·B·拉特利奇 申請人:纖維復合材料公司