楊冬

（大慶市龍興石油機(jī)械有限公司，黑龍江 大慶 163000）

我國(guó)油田從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，就將傳統(tǒng)的自噴式采油方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械采油方式，同時(shí)對(duì)抽油桿進(jìn)行了更加深入的研究和分析，主要從以下幾個(gè)方面，分別為生產(chǎn)設(shè)備、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、檢測(cè)與修復(fù)、失效分析等。我國(guó)經(jīng)過(guò)最近幾年的不斷努力，已經(jīng)成為了抽油桿生產(chǎn)大國(guó)。對(duì)抽油桿質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素比較多，其中，抽油桿的直線度對(duì)其的影響所占的比例較高，同時(shí)抽油桿的直線度也影響抽油桿的使用性能，已經(jīng)引起了我們的高度重視。目前我國(guó)對(duì)于抽油桿直線度的自動(dòng)、準(zhǔn)確性測(cè)量手段還比較欠缺，經(jīng)過(guò)科研人員的不斷研究，提出了基于方向模板的結(jié)構(gòu)光條紋中心檢測(cè)方法以及一種基于陣列攝像的機(jī)器視覺(jué)在線測(cè)量方法與系統(tǒng)，但是以上兩種方法在應(yīng)用的過(guò)程中，測(cè)量的準(zhǔn)確度還有待提升，很容易受到噪聲的影響，需要投入大量的設(shè)備資金，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。本文主要闡述了國(guó)內(nèi)外目前對(duì)抽油桿在直線度方面的一些需求，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況，將國(guó)內(nèi)外的抽油桿直線度測(cè)量差異進(jìn)行分析，引進(jìn)先進(jìn)的儀器設(shè)備，先進(jìn)的測(cè)量手段，實(shí)現(xiàn)我國(guó)抽油桿直線度測(cè)量準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提升，不斷的優(yōu)化和完善原油的抽油桿生產(chǎn)工藝，促進(jìn)我國(guó)石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外抽油桿直線度測(cè)量方法及其注意事項(xiàng)

如圖1為抽油桿的基本結(jié)構(gòu)，一旦抽油桿出現(xiàn)彎曲、變形，就會(huì)增大抽油桿工作運(yùn)行中的彎曲內(nèi)側(cè)應(yīng)力，長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)造成抽油桿的斷裂，影響抽油桿的正常工作運(yùn)行。我國(guó)目前對(duì)抽油桿桿體及桿頭的直線度測(cè)量方法主要是按照相應(yīng)的抽油桿標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行。

圖1 抽油桿

1.1 桿體直線度的測(cè)量

我們主要使用以下兩種方式對(duì)抽油桿和短桿彎曲進(jìn)行測(cè)量。

（1）方法一，全跳動(dòng)值的測(cè)量，主要的方法為在桿表面距離支點(diǎn)152.4mm標(biāo)距的位置進(jìn)行測(cè)量，通常情況測(cè)量出的全跳動(dòng)值為桿距全長(zhǎng)范圍內(nèi)間隙的2倍。

（2）方法二：在彎曲處的凹邊，使用長(zhǎng)度為304.8mm的直尺靠近，對(duì)直尺與凹面之間的間隙采用塞尺測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于抽油桿桿體尺寸在16～29mm范圍之內(nèi)的抽油桿，采用304.8mm的標(biāo)距測(cè)量最大許可彎曲度，經(jīng)過(guò)使用方法二測(cè)量可知，最大許可間隙為1.65mm，經(jīng)過(guò)使用方法一測(cè)量可知，全跳動(dòng)最大許可值為3.3mm。

1.2 桿端部直線度的測(cè)量

想要有效的測(cè)量出抽油桿桿體端部的直線度，就要將抽油桿放置在距離桿外螺紋接頭臺(tái)肩152.4mm位置，如圖2所示，在同一平面支架上放置桿體的其它部分，間距不能超過(guò)1.83m，對(duì)臺(tái)肩外徑處的彎曲值采用激光、千分表等測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，抽油桿直徑尺寸在16～29mm范圍之內(nèi)，允許的最大端部直線度全跳動(dòng)值為3.3mm。無(wú)論在我國(guó)還是在國(guó)外，基本都采用千分表等測(cè)量?jī)x器設(shè)備對(duì)端部直線度進(jìn)行測(cè)量，主要的測(cè)量流程為，對(duì)桿體進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中儀表與臺(tái)肩外徑存在接觸，對(duì)其數(shù)值進(jìn)行記錄。

圖2 桿端部直線度測(cè)量

1.3 注意事項(xiàng)

在我國(guó)或者國(guó)外對(duì)抽油桿桿端部的測(cè)量方法基本都是相同的，因?yàn)闇y(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了一種方法，產(chǎn)品的檢測(cè)與接收準(zhǔn)則基本相同。但是我國(guó)與國(guó)外在抽油桿桿體直線度的測(cè)量方法上卻存在較大的差異，我國(guó)企業(yè)大部分使用的為方法二，方法二測(cè)量過(guò)程中有著對(duì)測(cè)量?jī)x器設(shè)備要求不高、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，而國(guó)外企業(yè)大部分使用方法一，在方法一的測(cè)量過(guò)程中，需要提前預(yù)制好相應(yīng)的支架，方法一的測(cè)量準(zhǔn)確度要高于方法二，但是方法一在測(cè)量過(guò)程中對(duì)使用的儀器設(shè)備有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中我們有時(shí)候可能發(fā)現(xiàn)，通過(guò)方法二檢測(cè)合格的抽油桿，再使用方法一進(jìn)行測(cè)量后可能出現(xiàn)不合格的情況，造成以上問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因?yàn)?，方法二在檢測(cè)過(guò)程中只是限定了304.8mm的直尺標(biāo)距，將測(cè)量數(shù)據(jù)限定在了一定的桿體范圍之內(nèi)。方法一在測(cè)量的過(guò)程中，抽油桿需要在支架上旋轉(zhuǎn)360°，測(cè)量的是整個(gè)過(guò)程的跳動(dòng)值，測(cè)量全跳動(dòng)的位置還是在桿表面距離支點(diǎn)152.4mm的位置，但是桿體整個(gè)長(zhǎng)度對(duì)全跳動(dòng)值都有著一定的影響。

桿體直線度的實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，需要我們按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，首先，采用支架滾動(dòng)的方式對(duì)桿體的直線度進(jìn)行檢驗(yàn)，在同心支架上放置抽油桿，每個(gè)抽油桿的間距不能大于1.83m，從端部仔細(xì)的觀察緩慢滾動(dòng)重點(diǎn)抽油桿整體擺動(dòng)狀態(tài)，抽油桿的直線度是否滿(mǎn)足需求只要通過(guò)目測(cè)觀察就能判斷出來(lái)。我們將一些擺動(dòng)比較明顯的抽油桿挑出來(lái)，標(biāo)記為不合格產(chǎn)品，對(duì)于剩下擺動(dòng)不是很明顯的抽油桿，我們使用千分尺再進(jìn)一步的測(cè)量，測(cè)量其全跳動(dòng)值，通過(guò)全跳動(dòng)值來(lái)判斷抽油桿直線度是否在合理的范圍之內(nèi)。一些企業(yè)在對(duì)國(guó)外廠家生產(chǎn)的抽油桿進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一定要注意按照方法二進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的操作進(jìn)行滾動(dòng)檢測(cè)，否則可能不滿(mǎn)足第三方檢驗(yàn)公司的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 抽油桿直線度的生產(chǎn)控制

在抽油桿的檢測(cè)過(guò)程中，我國(guó)企業(yè)也要與時(shí)俱進(jìn)，盡量采用國(guó)外檢測(cè)方法，對(duì)生產(chǎn)工藝中抽油桿直線度問(wèn)題及時(shí)解決，抽油桿在生產(chǎn)及最終檢驗(yàn)時(shí)，均采用方法一測(cè)量抽油桿的全跳動(dòng)數(shù)值，不斷的完善與優(yōu)化抽油桿整個(gè)生產(chǎn)工藝，如圖3為生產(chǎn)工藝優(yōu)化后的流程圖。

圖3 抽油桿生產(chǎn)工藝過(guò)程

2.1 原材料采購(gòu)

首先我們需要保障我們采購(gòu)的原料本身直線度要在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，在采購(gòu)原料之前需要與供應(yīng)商簽訂相關(guān)合同，合同內(nèi)要明確的規(guī)定原材料棒材的直線度，一般情況下為原材料棒材在使用1m長(zhǎng)直尺靠尺時(shí)，凹面間隙不能超過(guò)1mm。材料在進(jìn)入廠區(qū)之前需要由專(zhuān)業(yè)的檢驗(yàn)人員進(jìn)行檢驗(yàn)，隨機(jī)抽取棒材放在支架上滾動(dòng)，每個(gè)棒材擺放間距小于1.83m，對(duì)棒材的擺動(dòng)情況進(jìn)行觀察，對(duì)擺動(dòng)出現(xiàn)異常的棒材由檢驗(yàn)人員使用1m長(zhǎng)直尺進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗(yàn)，對(duì)不符合要求的棒材拒絕接收，退貨并返還供應(yīng)商處理。

2.2 冷校直

在進(jìn)行鍛造之前，可以將原材料進(jìn)行冷校直，有利于保障原材料的直線度，冷校直一般在雙輥校直機(jī)上操作，根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)雙輥校直機(jī)間距，上下的幅度不宜過(guò)大，原材料此時(shí)的截面為等圓形。

2.3 鍛造

目前大部分公司在進(jìn)行抽油桿鍛造時(shí)采取的還是人工半自動(dòng)化鍛造方式，棒材支承輥為上下可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，在鍛造前，施工人員需要對(duì)支承輥進(jìn)行水平高度的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到同一水平面上，但是肉眼的調(diào)節(jié)不可避免的存在一定的誤差，因此我們對(duì)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了改進(jìn)，增加了三維激光測(cè)量?jī)x，利用激光測(cè)量?jī)x發(fā)射出的激光來(lái)對(duì)支承輥高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步的提高了模具與棒材同一水平高度的準(zhǔn)確度，避免了因?yàn)樵阱懺爝^(guò)程中，不同心問(wèn)題出抽油機(jī)直線度產(chǎn)生影響。

2.4 組批之后的冷校直

在鍛造完成之后，我們還可以添加冷校直工序，鍛造完成產(chǎn)品端部面積一般到大于桿體截面積的4.5～5之間，傳統(tǒng)的校直機(jī)校直的方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求，我們需要根據(jù)實(shí)際情況，應(yīng)用可抬升直輥式校直機(jī)，該機(jī)械設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于操作人員可以通過(guò)人工操作，對(duì)上輥機(jī)進(jìn)行上升與下降的調(diào)節(jié)，完成了非等截面抽油桿的校直工作，保障了產(chǎn)品的直線度。

2.5 熱處理及熱校直

通常情況下抽油桿的制作都是正火加回火熱處理，在高溫?zé)崽幚磉^(guò)程中， 抽油桿本身的應(yīng)力會(huì)釋放出來(lái)，在加熱的影響下產(chǎn)生變形現(xiàn)象是必可避免的，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)熱處理之后還要再進(jìn)行冷校直工序的，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，需要采取回火處理，對(duì)冷校直過(guò)程中產(chǎn)品產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行去除，因此我們?cè)谝陨狭鞒讨刑砑恿送?lèi)型的校直機(jī)，抽油桿回火溫度在610～690℃范圍之內(nèi)，回火后抽油桿的溫度也能達(dá)到500℃高溫，可以采取熱狀態(tài)下的校直，產(chǎn)生的效果基本與去應(yīng)力回火沒(méi)有差異。

2.6 抽油桿大平臺(tái)終檢

抽油桿的最后一次終檢一般都是在刷漆之前、螺紋機(jī)加之后，終檢的目的就是檢查抽油桿的直線度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。終檢的檢測(cè)方式為大平臺(tái)全跳動(dòng)與支架相結(jié)合的方式，支架檢測(cè)方法與1.3章節(jié)相同，大平臺(tái)的檢驗(yàn)方位為方法一配合相應(yīng)的檢驗(yàn)工裝。在直線方向上放置間距為304.8mm若干支撐點(diǎn)，抽油桿放置在平臺(tái)上依次通過(guò)各個(gè)支撐點(diǎn)，各個(gè)支撐點(diǎn)需要使用激光測(cè)量?jī)x保障處于相同的水平高度，將導(dǎo)軌放置在距離支撐點(diǎn)相同距離的移動(dòng)平臺(tái)上，在移動(dòng)平臺(tái)的相應(yīng)位置我們固定好千分尺，抽油桿通過(guò)在導(dǎo)軌上的移動(dòng)，完成不同位置全跳動(dòng)值的測(cè)量。在若干支點(diǎn)上，我們將桿體放置在其中，每個(gè)桿體的間距為304.8mm，在每?jī)蓚€(gè)支撐點(diǎn)的中間位置我們安裝千分尺，使桿體在支點(diǎn)緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)記錄下千分尺的數(shù)值，桿體的跳動(dòng)值就是千分尺測(cè)量出來(lái)的數(shù)值最大值，同時(shí)我們?cè)诖笃脚_(tái)上可以完成抽油桿端部外螺紋臺(tái)肩位置全跳動(dòng)值的測(cè)量。

2.7 其他環(huán)節(jié)的直線度控制

以上各種措施都能實(shí)現(xiàn)抽油桿直線度的進(jìn)一步提升，除此之外，我們還要高度重視抽油桿的吊裝與運(yùn)輸工作，避免因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)對(duì)抽油桿的直線度產(chǎn)生影響，吊裝過(guò)程中使用專(zhuān)門(mén)的吊具進(jìn)行吊裝，保障抽油桿吊裝時(shí)受力均勻，抽油桿在運(yùn)輸時(shí)，使用角鋼固定邊角位置，避免在外力影響下，出現(xiàn)局部受力集中，破壞抽油桿的直線度。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的研究和分析發(fā)現(xiàn)，我們需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)抽油桿的直線度檢測(cè)及生產(chǎn)控制問(wèn)題進(jìn)行完善和優(yōu)化，以保障抽油桿的直線度滿(mǎn)足使用需求：（1）使用1米的長(zhǎng)直尺對(duì)原材料棒材進(jìn)行測(cè)量，棒材凹面與直尺之間的間隙不能超過(guò)1mm；（2）對(duì)于測(cè)量過(guò)程中使用的支撐輥和模具分型面使用三維激光設(shè)備進(jìn)行高度的調(diào)節(jié)，保障其處于同一高度；（3）在組批工序之后增加冷校直工序，冷校直工序可以有效的校正鍛造過(guò)程中抽油桿可能出現(xiàn)的彎曲、變形問(wèn)題；（4）在熱處理工序之后增加熱校直工序，通過(guò)熱校直工序可以對(duì)熱處理高溫下產(chǎn)生的抽油桿變形問(wèn)題進(jìn)行改善，同時(shí)還有效的解決了冷校直之后出現(xiàn)的應(yīng)力回火問(wèn)題；（5）進(jìn)一步的提升檢驗(yàn)效率，設(shè)計(jì)與制作大平臺(tái)和支架的檢驗(yàn)工裝；抽油桿桿體直線度在通過(guò)以上各種措施的應(yīng)用之后，測(cè)量出的桿體直線度全跳動(dòng)小于1.4mm，測(cè)量出的端部直線全跳動(dòng)小于1.66mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的3.3mm值，得到了大幅度的提升。