CN1306142C

CN1306142C - 一种包括多个中空抽油杆和与中空抽油杆匹配的连接件的延长驱动杆组件

Info

Publication number: CN1306142C
Application number: CNB031600484A
Authority: CN
Inventors: 乌戈A·恩斯特; 丹尼尔·约翰逊; 何塞·比利亚桑特
Original assignee: Jideicah S A
Current assignee: Jideicah S A
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: FR2845118A1; FR2845118B1; AR041418A1; US20030085570A1; AT504816A1; RO122159B1; CA2443075C; BR0303892A; US6764108B2; AT504816B1; CN1497126A; BRPI0303892B1; RU2327901C2; RU2003129631A; CA2443075A1

Abstract

在油井地面的驱动头和油井深处的旋转泵之间的延长驱动连接装置包括一系列中空抽油杆和用轴连接在一起的连接件，在每一中空抽油杆中至少有一端要有内螺纹以与连接件，如短接管上的外螺纹相啮合。为了进一步优化连接件间的应力分布，采用不同锥度的圆形不对称螺纹。扭矩轴肩取最大平均直径和横截面积以抵抗驱动中的反作用扭矩。改进的短接管自由端有一小密封圈以较少腐蚀。改进的抽油杆的两端有一系列孔，充分提高了流体的流动能力。这一整体结构确保具有高的剪切强度、减少了应力集中以及较强的抵抗反作用扭矩的作用，最大程度地减小了抽油杆动力突然停止时发生倒旋的危险。

Description

一种包括多个中空抽油杆和与中空抽油杆匹配的连接件的延长驱动杆组件

技术领域

本发明是有关中空扭矩传输抽油杆的装配，尤其是涉及一种包括多个中空抽油杆和与中空抽油杆匹配的连接件的延长驱动连接装置。

背景技术

本发明所述的抽油杆通常用于从位于油井地面上的驱动头有选择性地转动位于油井深处的旋转泵。抽油杆装配或者联接技术性较强，它不能象钻杆联接那样完全自由地旋转，而是一个储存有大量反扭矩的真正的驱动轴，这是由于其长度较大，一般在1500-1600英尺。本发明中称为“中空抽油杆”的独立单元，至少其第一末端有一组内螺纹和一个“连接元件”，该“连接元件”可能是一个带有一对外螺纹的分离的“短接头连接元件”或者在中空抽油杆第二末端的一组完整的外螺纹。

非喷出油井的抽取一般是用汲取系统。最常用的系统是使用位于油井底部的交互泵，泵由连接油井底部和地面的抽油杆驱动，地面上有一驱动抽油杆上下运动的交互泵。因此，在先前文献中提到的抽油杆，最初设计只能进行简单的上下交互运动，按照美国石油组织(API)的规范(11B)制造，使用有镦头和螺纹头的实心钢杆，每个螺纹头都有实心柱状部分。抽油杆的相互连接通常是通过圆柱的螺纹连接。当使用累积泵(PCP)或者向下旋转的带孔泵时，能获得较高的汲取效率。PCP还有其它优点，如石油汲取率较高，疲劳负载降低，输油管道内部磨损减少，以及汲取高粘度高纯度组分石油的能力。PCP泵安装在井的底部，使用扭矩传输杆联接，通过安装在地面的连接有变速箱的电动机驱动。传统上，标准的API抽油杆被用来驱动PCP泵，尽管这些杆没有被设计来传递扭曲负载。使用抽油杆联接传输扭矩具有以下缺点，i)扭矩传输能力低，ii)逆旋高iii)接头和杆之间的硬度差别大，所有因素都倾向于增加疲劳破坏的可能性。这种传统抽油杆的失效是由于杆头部的连接区域和杆体的疲劳，这是由于杆体和杆头部的刚度不同引起的。

对于一个给定的十字连接区域，带有环状十字连接区的空心杆要比窄的实心杆传递扭矩更有效。请注意在上面提到的概念中，以前的文献也包括空心抽油杆，那仅仅是在连接器的第一个末端使用标准的API外部圆柱螺纹，在连接器的第二部分使用标准的API内螺纹。每个连接器粗大的一端被焊接在管体上，这会导致在管体和每个连接体之间明显的突变。(见Grade D Hollow Sucker Rod，CPMEC手册，未标日期)。抽油杆联接逆旋以及油井地面的驱动头和油井深处旋转泵的操作细节等问题，也就是本发明所涉及的领域，在Mills(美国专利第5,551,510号)中也能找到。

不同的螺纹和肩角的排列，在关于连接油井管道的先进技术中讨论。例如，Pfeiffer et al.(美国专利第4,955,644号)；Carstenson(美国专利第5,895,079号)，Gandy(美国专利第5,906,400号)，Mithoff(美国专利第262,086号)，Blose(美国专利第4,600,225号)，Watts(美国专利第5,427,418；第4,813,717号；第4,750,761号)，Shock et al.(美国专利第6,030,004号)，and Hardy et al.(美国专利第3,054,628号).瓦特专利指出在1986前美国石油组织标准管道基线是一条直线，带着旋转箍。他的改进包括平的关节管状连接以及锥形螺纹和轴肩扭矩。瓦特也参考了美国石油组织关于管道和护套连接的标准，在使用扭矩轴肩的同时使用三角螺纹和锯齿螺纹。Pfeiffer et al 1990年的专利和Carstensen et al 1996年的专利，作为对照，参考了更多当前的美国石油组织关于管道和护套连接的标准(去顶的三角螺纹，用扭矩轴肩连接)，表现为圆锥形状的螺纹和轴肩。Carstensenet al在其专利的第7卷第9行讨论了如何精确选定圆锥梯度和详细说明了螺纹长度重点分配的效果。同样，Pfeiffer et al在其专利的第2卷第51行说明了他们的螺纹是渐变的并且根据“API标准”他们的改进基本上只是确定了如何处理渐变区域。因此，Pfeiffer所涉及的是钻孔管道的装配问题，根据API标准，在这里使用无差别的螺纹很重要，以及无不完全螺纹和无扭矩轴肩的说明书，。Pfeiffer螺纹的最主要特点是对称性，对于内罗纹和外螺纹(在1.42和3.75毫米之间)，截顶三角螺纹(每四英寸4到6条螺纹，底角60°)和螺纹高度相同。此外，内螺纹和外螺纹(在0.125和0.25毫米之间)的根部具有同样的锥度。Shock et al示出了一个特定的钻孔工具连接，它完全不同于锥形螺纹(粗糙(每英寸31/2螺纹)并且拥有相等的螺纹底角(75°)和椭圆形的底部表面)，对于钻杆使用来讲具有意想不到的好处。

尽管如此，驱动PCP泵时，抽油杆间歇运作所固有的不同的程度逆旋问题在这些参考文献中都没有明确说明。本发明所作的设计专门注意了这些问题和要求。

首先，管道最小内径必须符合API2 7/8”管道(内径＝62毫米)和API 31/2”管道(内径＝74.2毫米)。石油提取率必须达到每天500立方米，最大石油流速达4米每秒。上面提到的分析完全取决于所设计抽油杆的几何形状。其次，保证中空杆有高的生产扭矩以至最大扭矩传输到PCP泵而不对中空杆连接有所损伤。再次，最大限度地减小和分配螺纹区的应力。为了满足这些要求，就需要使用特定锥度的螺纹，不同的锥度，低螺纹深度和在螺纹区下开锥孔。再次，中空抽油杆必须有好的抗疲劳性能。第五，保证低逆旋和高轴向负载能力。第六，容易安装和拆解(混杂螺纹部分装配)一定要保证并且是渐变螺纹。第七，保证中空抽油杆由于逆旋的抗松解性，或者当驱动机停止，泵当作发动机时，抽油杆的反转。第八，通过适当的螺纹轮廓和扭矩轴肩的倒角来保证中空抽油杆连接(中空抽油杆在螺纹部分的分界)的抗跳离性。第九，由于中空杆接头的圆锥钻孔使得流体接头的减少到最小。第十，由于扭矩轴肩的密封性能和螺纹直径的相干保证了连接部分的密封。第十一，螺纹外形设计决定了管壁厚度的最优化。第十二，消除了焊接产生的疲劳损伤，硫化处理的裂口损伤和高制造成本。第十三，当液体在杆内部以合理流速流过时，由于湍流会在接头部分制造早期的磨损，所以在接头的末端引入了小密封装置。十四，充分保证了液体提取的流动，中空的孔隙容许液体在杆的内部流动。

发明内容

本发明的第一个目的是提供抽油杆的装配和螺纹结合部分的分离，或者在每个抽油杆第二个末尾的一个完整的结合，以激活PCP或旋转泵，其传递扭矩的能力要比在API 11B标准的实心泵杆高很多，并且拥有很好的抗疲劳能力。另外，本发明探索定义了一个中空杆螺纹区，与API 11B标准的抽油杆安装定义显著不同甚或完全相反，但是仍然容易安装。实际上，修改的锯齿螺纹是独一无二的，因为它是完全不同于其他的。例如，API锯齿螺纹的螺纹要求完全相同，对于钻杆和联接器(直径0.625英寸)，其锥度相同。同样，API 8r锯齿护套和API 8r管的螺纹要求完全相同，钻杆和联接器(直径0.625英寸)的锥度相同。更进一步，每一个API锯齿护套，API8r护套和API 8r管不能使用任何形式的扭矩轴肩。

本发明的另一个目的是提供泵杆的安装和无论何时发生“逆旋”时的更少拆卸，不论是偶然或是泵驱动的老化所引起的。本发明能显著降低存储在抽油杆连接中的扭转能。连接中的储能反比于杆的直径，正比于所加的扭矩和连接长度。

再一个发明点是提供抽油杆的装配，该抽油杆是中空的并带有钻孔可使工具(油井里的传感器)通过，和/或要求液体内部循环(注射溶剂和/或生锈抑止剂)。

此外，本发明还解决了腐蚀问题，即对接头尾部用小密封；适当修改内部圆锥孔的角度和充分增加液体流动；连接末端的杆体上打孔。

本发明阐述了技术方面的上述需要，通过提供一个中空抽油杆，本质上包括一个管的中枢部分，有或没有螺旋，在杆内部螺纹消失处的第一末端至少有一个内锥螺纹和外部锥形扭矩轴肩。第一末端被设计成与外部相应的，并且毗邻的另一根杆的锥形扭矩轴肩有一完整的外部螺纹连接元件，正如它的第二末端一样，或者其中一个轴肩位于连接元件外螺纹之间。如果使用分离的连接元件，那么这个抽油杆的第二部分总是与第一部分相同。如果不使用分离的连接元件，那么抽油杆第二部分的镦端一定与另一根抽油杆的第一末端相吻合，也就是要有锥形外螺纹。

一个连接元件主要包括中间的圆柱部分和外部锥形扭矩轴肩。扭矩轴肩具有最佳的直径和交叉区域以存储在驱动中产生的反扭矩。短接头最好具有壁部，以增加抗疲劳能力。为了最优化元件的应力分配，使用了具有不同锥度的特定的螺纹。整体结构保证具有高剪切强度，低应力集中和存储反扭矩的能力，这可使抽油杆动力突然消失时逆旋的危害减小至最小。

接头元件数目可以是梯形的，非对称外螺纹在每个末端或尽头，被轴肩分离，但是外螺纹与在中空管第一末端的直径锥度内螺纹不同。螺纹接头和杆可以用不连续的外部直径连接，或不用其连接。联合部分的直径与杆的直径成比例，大约在1到最大1.5毫米。通过这种方式，贯穿整个管长的平均外径，在相同交叉部分面积时总是比实心杆大。因此，在给定管长度和交叉面积时，根据本发明，在装配上抗击“逆旋”的能力更强。接头尺寸也决定于内部圆锥孔在每条螺纹末端最近长度，这是为了更进一步增强每条螺纹整体长度的同类分配强度和接头元件在中心部分的比例。通过这种方式可能获得预期的结束于接头考虑到内径的螺纹直径比例，和考虑内径的接头外径比例，还有接头的外径和每条螺纹末端直径的比例。

在本发明的第一部分，中空抽油杆的基本特性是至少在管件的第一末端有圆锥内螺纹，这被作为改良支架而设定或者SEC螺纹和管件内部渐渐消失，与已知的扭矩轴肩在角度(Beta)为75°到90°之间圆锥前沿表面相配合。HSR48×6的外部侧面和HSR 42×5端面包含远离末端的管状杆实体元件，是48.8毫米或42毫米，管件的外径为42毫米，末端为50毫米。这些尺寸是非常重要的，因为抽油杆最大尺寸能够符合27/8英寸管道(内径62毫米)标准。对于31/2英寸管道(内径74.2毫米)HSR48×6末端，末端直径为60.6毫米，这样效果最佳。螺纹排布是梯度和非对称的，在螺纹部分锥度径向减小。螺纹长度至少在管件第一末端是不完整的，由于内部螺纹的消失。如图2所示，在扭矩轴肩圆锥表面有83°角。在扭矩轴肩顶端的内部和外部显示半径。在螺纹部分的末端内部有一个短圆柱部分从螺纹部分转变为管件的孔穴

本发明的第一部分，接头连接元件的基本特性是螺纹在每边的安排，也就是说，在外部圆柱状的扭矩轴肩拥有更大的交叉部分，在邻近地带将会大大增强抗疲劳能力。在中心部分的外部扭矩轴肩的每一边，定位于与中空杆第一末端扭矩轴肩相配。平均直径和扭矩轴肩的总交叉部分面积最大化，为了得到最大的扭矩。

另外，在每个接头末端，外部螺纹是圆锥形的，为了生成在扭矩轴肩临近区域更大的交叉部分面积，因此，显著增加抗疲劳能力。为了达到这个优点，从每个最近的自由螺纹末端圆锥形孔穴渐渐缩小，并且因此限定了一个渐渐增加的接头中心实体的壁厚。接头中心实体的外径是50毫米或60.6毫米，有机加工的相对平滑表面的中心实体在连接时用一个扳手固定。螺纹是改进过的，使得在杆和接头不同数量的径向螺纹锥度略有不同。螺纹是梯度和非对称的。接头上所有的螺纹是完整的。用一对圆锥形表面来做扭矩轴肩在角度为75°到90°之间的圆锥前沿表面。在扭矩轴肩顶端的内部和外部显示半径。为了增强抗疲劳能力，在每个接头螺纹之下的圆锥孔穴被圆柱形孔穴相连生成在扭矩轴肩临近区域更大的交叉部分面积。

杆和接头螺纹锥度的略微不同(锥度不同)保证了压力分配的最优化。当建立连接时，在杆和接头上相应的扭矩轴肩互相挤压得到密封，那可以排除压力流体自外向内的和自内向外的渗透。密封能力由于在杆和接头第一末端两个相配螺纹部分的径向干涉而增强。

在杆内以适当流速流过的液体在接头和杆的连接部分(重叠部分)造成早期磨损。这可能由于是“停滞区域”存在的缘故，在“停滞区域”流体几乎静止不动(低流速)。为了解决问题，发明中作出了修改，使得“停滞区域”不再存在并且使得流体平滑流动不紊乱。重要的是这些修改是很小的，所以不会改变连接部分的压力分布和接头的性能。

另一个优点是，发明充分增加了液体提取量，这是通过在杆的末端，例如，井口或井底，钻一系列的小孔来实现的。

为了更好的理解发明的用途，特点和优点，参考草图和说明也许更好，因为那更直观也能解释发明的不同装置。鉴于任何插图上的外螺纹末端完全与内螺纹末端匹配，在所有装置中典型的部分首选装配装置。

附图说明

图1A和1B描绘了按API 11B中标准说明书中制造的传统固体抽油杆的轮廓。

图2A和2B分别描绘了中空抽油杆第一末端的一般结构，接头连接元件，和根据发明的第一装置，在固定外径下两个元件的装配。

图3A描绘了中空抽油杆一般结构，根据发明的第二装置有第一第二内螺纹末端和接头连接元件，有一个螺旋末端和一个扩大的外径

图3B描绘了中空抽油杆一般装配结构，根据发明的第三装置，第一内螺纹末端和第二外螺纹末端有固定的外径

图4A，4B和4C分别是轴向部分截面图，侧面零件图和顺着4C-4C线的交叉部分图。根据发明的第四装置，第一第二外螺纹末端设计中空管48×6外部齐平。

图5A和5B，分别是有第一内螺纹末端的中空抽油杆轴向部分截面图和侧面零件图，根据发明的第四装置。

图6A，6B和6C分别是有第一第二外螺纹末端接头连接元件的轴向部分截面图，顺着6B-6B线的交叉部分和侧面零件图。设计中空管42×5外部镦头。

图7A和7B，分别是有第一内螺纹末端的中空抽油杆轴向部分截面图和侧面零件，根据发明的第五装置。

图8A，8B和8C分别是有第一第二外螺纹末端接头连接元件的轴向截面图，侧面零件图和顺着8B-8B线的交叉部分，根据发明的第六装置，设计中空管48.8×6外部螺旋。

图9A和9B，分别描绘了有第一内螺纹末端的中空抽油杆轴向部分截面和侧面零件，根据发明的第六装置。

图10A描绘了有第一内螺纹末端的中空抽油杆轴向部分截面和尺寸零件，展示了梯形结构，非对称的螺纹轮廓，这就是改良的支架和SEC螺纹，根据发明装置的首选。

图10B描绘了有第一外螺纹末端的接头连接元件轴向部分截面和尺寸零件，展示了梯形结构，非对称的螺纹轮廓，这就是改良的支架和SEC螺纹，根据发明装置的首选。

图11图解说明了带有zoneA来表示停滞区域的外部齐平接头的轴向部分截面。

图12图解说明了停滞区域的腐蚀。

图13图解说明了用一个改良接头修改过的外部齐平接头的轴向部分截面

图14图解说明了一个修改过的接头的轴向部分截面，像与图13一样。

图15图解说明了一个修改过的杆的轴向部分截面，像与图13一样。

图16A和16B描述了一个改良过的杆的末端轴向和部分截面，根据结构1。

图17A和17B描述了一个改良过的杆的末端轴向和部分截面，根据结构2。

图18A和18B描述了一个改良过的杆的末端轴向和部分截面，根据结构3。

具体实施方式

图1A描绘了带有传统螺纹第一末端或有圆柱形外螺纹接头的普通实心抽油杆。很容易能够在杆接头和实体部分之间的大量不连续，DC和DV分别的直径。图1B示意了根据API 11B标准，用传统螺纹连接或固定的实心泵杆的转配。

图2A-2C描绘了中空抽油杆第一末端的一般结构，接头连接元件，和根据发明的第一装置，在固定外径下两个元件的装配。图2A给出了根据这个发明在中空杆末端内螺纹的参考。从中也能观察到，截头圆锥形状螺纹在杆内部的部分，随着直径的减小而减小。图2B给出了，根据本发明，接头和结合部的参考。圆锥形外部螺纹和两个扭矩轴肩也可以从图中看到。从图中还可以观察到，接头内孔直径的变化，在图中用弧线引出用“选择A”表示。这些反过来可以增加矩轴肩临近区域的交叉部分面积，进而增加抗疲劳能力。

图2C进一步给出了两个中空泵杆和一个螺纹部分的装配参考。从图中可以看出，杆内径的两条内螺纹(3.a和3.b)与相应的外螺纹末端(1.a和1.b)连接在一起，和扭矩轴肩(2.a和2.b)如何成为接头的一部分。相应的外螺纹和内螺纹末端结合在一起，依赖于螺纹不同的截头圆锥形状(5.a和5.b)。螺纹形状是截头圆锥的事实促进了最初两个部分的安装。位于中空杆自由末端表面的轴肩参与装配的位置，阻碍了接头上(2.a和2.b)扭矩轴肩的成形。上述接触面形成一个与杆轴线有关的扭矩轴肩角(Beta角，见图2A)，这个角在75°到90°之间，最合适的是83°。

图2B展示了对于一个连接元件作为一个单独的接头在一般几何学上的参考并且特别定义了外径(DEN)，内径(DIN)和扭矩轴肩起始直径(DHT)。根据下表，这个发明的连接元件在直径比率方面的特点展现出来。

直径比例	范围
直径比例	范围			最小	最大
DHT/DEN	0.60	0.98		最小	最大
DHT/DEN	0.60	0.98	DIN/DEN	0.15	0.90
DIN/DHT	0.25	0.92	DIN/DEN	0.15	0.90

图2B还用断续线表示了optionA，圆锥孔的选择，对于接头内部孔穴结构这是首要的。图2A用外径(DEVU)和相应于螺纹末端的第一第二末端表面的杆内径(DIFR)表示了中空管的结合部分。它还用DEVU＝DEV的标签展示了中空管外径(DEV)，因为这里没有螺旋末端表示结合。无论是单独的连接元件或者是完整的连接元件螺旋末端的最大外径(DEVU)和杆外径(DEV)比，在图3A，7A和9A中显示出来，它应该保持在下面这个范围之内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

因此，对于最大确定直径，相反的中空杆和连接器的平均直径要比对于实心泵杆相等的交叉部分直径大。所以，瞬间传输旋转或者是扭矩，空心杆要比实心杆大。这也是抵抗逆旋现像或杆管反旋的决定因素。另外，扭矩轴肩起始直径(DHT)和相应于螺纹末端的第一第二末端表面的杆内径(DIFR)之间的比例要保持在下面这个范围之内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

图3A给出了进一步参考，在装配过程中，最大结合部外径(DEVU)和中空管外径(DEV)是有限制的(1＜DEVU/DEV≤1.5)。图3B是这个发明的一个可能结构，在杆的第一末端加工出内螺纹，而加工相应的外螺纹在反面或者是第二末端，这两条螺纹是互相补足的而径向锥度略有不同。作为螺旋杆或完整结合部分，这是一个很好的参考结构。

图4-10，包括相关的首选装置，中空抽油杆包含至少在管件的第一末端有圆锥内螺纹，这被作为改良支架而设定或者SEC螺纹和管件内部渐渐消失，与已知的扭矩轴肩在角度(Beta)为75°到90°之间圆锥前沿表面相配合。管件的外径远离末端是在42毫米或者是48.8毫米，在螺旋末端的外径是50毫米或60.6毫米。

图4A，4B和4C分别描绘了轴向部分截面，侧面零件和接头连接元件顺着4C-4C线的交叉部分截面。402和平面406有第一和第二外螺纹末端，401和401.b，根据发明的第四装置，设计中空管48×6外部齐平。在图4A里改良螺纹405.b作为评估，每英寸8螺纹DEN＝48.8毫米；DIN＝20毫米，扩展26毫米超过了末端的44毫米；DHT＝39毫米；Beta＝83°；总长度＝158毫米；螺纹长度＝46毫米和中心部分长度＝50毫米.。在图4B里轴肩零件402.a在螺纹后开始于4.61毫米，内部半径是1.4毫米和外部轴肩半径0.5毫米。

图5A和5B，分别描绘了有第一内螺纹末端403a的中空抽油杆403轴向部分截面和侧面零件，根据发明的第四装置。在图5A里改良螺纹405.b作为评估，每英寸8螺纹DEV＝48.8 DIFR＝41.4毫米；DIV＝37毫米；Beta＝83°。在图5A里轴肩零件404.a，在螺纹有一个30°的转变和4.5毫米的延伸；内部半径是0.8毫米和外部轴肩半径0.5毫米。

图6A，6B和6C分别描绘了第一第二外螺纹末端，501a和501b，接头连接元件502和平面506的轴向部分截面，顺着6B-6B线的交叉部分和侧面截面零件。设计中空管42×5外部螺旋。在图5A里改良螺纹505.b作为评估，每英寸8螺纹，DEN＝50毫米；DIN＝17毫米扩展25.3毫米超过了末端的44毫米；DHT＝38.6毫米；Beta＝83°；总长度＝158毫米；螺纹长度＝46毫米和中心部分长度＝50毫米。在图6C里轴肩零件502.a在螺纹后开始于4.61毫米，内部半径是1.4毫米和外部轴肩半径0.5毫米。

图7A和7B，分别描绘了有第一内螺纹末端503.a的中空抽油杆503轴向部分截面和侧面零件，根据发明的第五装置。在图7A里改良螺纹505.a作为评估，每英寸8螺纹，DEVU范围从50毫米到DEV＝42毫米；DIFR＝41毫米；DIV＝36.4毫米；在15°有一个转变到30毫米，从自由末端开始55毫米并且回到32毫米，超过最大长度150毫米；Beta＝83°。在图7B里轴肩零件504.a在螺纹有一个30°的转变和4.5毫米的延伸；内部半径是0.8毫米和外部轴肩半径0.5毫米。

图8A，8B和8C分别描绘了有第一第二外螺纹末端，601.a和601.b，接头连接元件602和平面的606的轴向截面，侧面零件截面和顺着8B-8B线的交叉部分，根据发明的第六装置，设计中空管48.8×6外部螺旋。在图8A里改良螺纹605.b作为评估，每英寸8螺纹，DEN＝60.6毫米；DIN＝20毫米；扩展33.6毫米超过了末端的44毫米；DHT＝47毫米；Beta＝83°；总长度＝158毫米；螺纹长度＝46毫米和中心部分长度＝50毫米。在图8C里轴肩零件602.a在螺纹后开始于4.61毫米，内部半径是1.4毫米和外部轴肩半径0.5毫米。

图9A和9B，分别描绘了有第一内螺纹末端603.a的中空抽油杆603轴向部分截面和侧面零件截面，根据发明的第六装置。在图9A里改良螺纹605.a作为评估，每英寸8螺纹，DEVU范围从60.6毫米到DEV＝48.8毫米；DIFR＝49.4毫米；DIV＝44.6毫米；在15°有一个转变到30毫米，从自由末端开始55毫米并且回到35.4毫米，超过最大长度150毫米；Beta＝83°。在图9B里轴肩零件604.a在螺纹有一个30°的转变和4.5毫米的延伸；内部半径是0.8毫米和外部轴肩半径0.5毫米。

图10A描绘了有第一内螺纹末端的中空抽油杆轴向部分截面和零件尺寸，展示了梯形结构，非对称的螺纹轮廓，这就是改良的支架和SEC螺纹，根据发明装置的首选。每个中空抽油杆的内螺纹是梯形结构，非对称的和不完整的。螺纹程度是每英寸8螺纹，高度是1.016+0/-0.051毫米。在螺纹部分的径向锥度是0.1毫米/毫米。由于管件内部螺纹渐渐消失而产生的部分螺纹部完全，在管件的第一末端螺纹长度至少是44毫米。螺纹锥度角是2°51’45”，内部表面齿轮是1.46毫米和齿轮间距1.715毫米；主边有4°锥度或者负载底角和内部半径0.152毫米，而托边有8°锥度和更大的内部半径0.558毫米。在螺纹部分的末端短圆柱部分从螺纹区域转变为中空管件的孔穴。

图10B为短接管连接件前外螺纹端的轴向截面图和尺寸，其结构为梯形、不对称螺纹，这是修正的锯齿或SEC螺纹。根据首选的短接管前、后端修正方案，每一短接管连接件中央部分的外径为50或60mm，且该中央部分为两反平面，连接时扭接在一起。短接管两端的外螺纹为完整的修正的锯齿螺纹，螺距为每英寸8个螺纹，螺纹高度为1.016+0.051/-0mm。螺纹区的径向螺纹锥度为0.0976mm/mm螺纹形状为梯形且不对称的。短接管两端的螺纹长度为46mm，短接管上的螺纹都是完整的。扭矩轴肩(Beta)处锥形面的角度为83°，扭矩轴肩尖端处的内半径为1.4mm、外半径为0.5mm。短接管的每一螺纹区有通过圆柱孔相连的圆锥孔。螺纹锥角为2°47’46”；内表面上的齿为1.587mm、齿间距为1.588mm；后沿的锥度为4°、外半径为.152mm，而前端的锥度为8°、外半径较大为.558mm.。

图11和12为流体以一定速度流经杆内部时的腐蚀问题。磨损将首先发生在杆和短接管的连接(交跌)处。这是由于存在着近乎静止(低速)流体停滞带的。见图11和12中的A区。

为了解决上述问题，对图12A和12B所示的杆和短接管进行了改进。图11为48×6中空杆，外部同高，在A区存在滞留带，滞留带的存在引起的腐蚀如图12中照片所示。在短接管的端部加一小密封圈，并相应地改变内部圆锥孔(图13-15的B、C和D区)的角度。通过上述改进将不再产生滞留区，流体可平稳流过，很少产生湍流。需要注意的是只能稍做改动，以不会显著改变连接处的应力分部及制品的性能。图示的改进为短接管和杆的改进(图13-15)。与图11相比图13只有微小变化。对现有短接管进行改进，加一小密封圈，以防止流体(流经管内部时)仍停在滞留区引起腐蚀。

短接管和杆上的应力分部与48×6HR相似。

外平面如图2A-AC和图11所示。

扭转肩(图13-14，701b)与图11中相似。

有螺纹部分(图13-14，702b)的标称直径和径向锥度也与图11相似。

与图11(图11，703a)不同的是短接管的螺纹是完整的且长度较短。

在短接管的端部和螺纹部分之间有一外圆柱区(图13-14，704b)，其长度为10-27mm、外径为36.8mm，与图11中所示不同。

短接管的端部在该连接件中起密封作用(图13-14，705b)，其厚度为2mm，与图11有所不同(图11，705a)。

短接管上的孔为圆锥形，与图11中不同(3°46′，见图11，706a)，[0060]其首选角度为8°16′(图14，706b)。短接管的总长(图14，707b)与图11相当(图11，707a)。

改进后的杆同样带有扭矩轴肩(图13和15，708b)，其尺寸和图11中的尺寸相当。由于管内有退刀纹，管或杆端的螺纹是不完整的(图15，709b)，这与图11相同。螺纹部分的标称直径和径向锥度(图13和15，710b)也与图11相似。

在杆内、在杆上的不完整螺纹处附近有密封圈(图13和15，711b)。该密封圈可被看作是第二个扭矩轴肩，但不能充当一个扭矩轴肩，且不承载。其厚度取决于管子的制造公差，通常为0-1.7mm，不同于图11中48×6HR的外平面。管内的密封角度为90度，距管端55mm(图13和15，711b、712b)。密封区B承载较小且不传递载荷，只起密封作用，使流体平稳流过。

图16-18为另一具体改进方案，这种方法是通过进一步改进图2A-2C、图11或图13中所示的中空抽油杆线的端头来充分提高流体的流动性。

在抽油杆线的两端(地平面和井底面)钻一系列的孔，这样流体可从中空杆内流过(通常是流经管内、外表面间的环形区)。孔的模式通常有1型和、和3型。1型格局中每一横截面上有两个孔，交错90度，具有特定的面间距(图16A，16B)；2型格局是在螺旋面上有两个孔，它们在轴向上是“分开”的，不同面上的孔互成一定角度(图17A、17B)；3型格局是在每一横切面上有3个特定纵距的孔(图18A、18B)。

图16A、B为中空杆803的一端，在每一横截面上有2个孔804，互成180°、交替分布。每一孔与相邻的孔成90°，且具有特定面间距(图16A和16B)。首选孔径，Dh，为5-7mm；杆端的带孔区总长(轴向)，L，为3000-4000mm，在该区域内有62到162个孔。

图17A、B为中空杆805的一端，在每一横截面上有1个孔806。孔分布在螺旋面上，有一定的纵距，p(图17B)，每个面与相邻面间的旋转角为120°(图17A和17B)。首选孔径，Dh，为5-7mm；面间纵距，p，为25-50mm；杆端的带孔区总长(轴向)，L，为3000-4000mm，在该区域内有61到161个孔。

图18A、B为中空杆807的一端，在每一横截面上有3个孔808，互成120°，有一定的纵距，p(图18B)。首选孔径，Dh，为5-7mm；面间纵距，p，为50-100mm；杆端的带孔区总长(轴向)，L，为3000-4000mm，在该区域内有93到243个孔。

因此，图13所示的改进短接管(带密封)可是流体在流经管子时平稳流动、很少产生湍流，进而在B区有很好的耐腐蚀性。图14所示短接管也可与图11所示短接管互换。

在每一改进方法中都有不同的直径和锥度。例如杆的端部锥度为0.1inches/inch，则相应的短接管端部的锥度为0.0976inches/inch.。在所有改进方法中，扭矩轴肩(Beta)处锥形面的角度首选83°。扭矩轴肩尖部的内半径为0.8mm、外半径为0.5mm。

同样地，在每一改进方法中，连接件都有一圆柱形中央区。在该中央区的外壁附近装有外扭矩轴肩以与中空抽油杆一端的扭矩轴肩相配合。短接管的两端都是圆锥形的并有外螺纹，靠近每个螺纹端部段的圆锥形内孔使结构更合理，确保短接管的每一自由端与中央区和扭矩轴肩形成一横断面。现已阐明我们的发明中首选的改进方法，本发明仅限于有特殊要求的领域。

Claims

1、一个延长的驱动连接装置，包括一系列中空抽油杆和用轴连接在一起的连接件，其位于在油井地面的驱动头和油井深处的旋转泵之间，在每一中空抽油杆中至少有一端要有内螺纹以与连接件上的外螺纹相啮合，其中所述的螺纹为圆锥形且非对称的，但锥度各不相同，每一中空抽油杆的自由端还要有与连接件上环形扭矩轴肩相接的环形扭矩轴肩，并用连接件外径(DEN)、连接件内径(DIN)和扭矩轴肩的起始直径(DHT)来表征，其比例如下：直径比范围最小最大 DHT/DEN 0.60 0.98 DIN/DEN 0.15 0.90 DIN/DHT 0.25 0.92

2、根据权利要求1所述的延长驱动连接装置，其中不同的螺纹都是非对称的，螺纹的形状为斜截不等四边形；连接件上的螺纹是完整的而中空杆端头的螺纹是不完整的；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角在75°至90°之间，并用连接件外径(DEVU)和中空杆外径(DEV)之比来表征，并保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

3、根据权利要求2所述的延长驱动连接装置，其中连接件上扭矩轴肩的起始直径(DHT)与自由端中空杆的内径(DIFR)之比保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

4、根据权利要求1所述的延长驱动连接装置，其中每一连接件均为一独立的短接管，短接管的两端都有外螺纹，中间为一对扭矩轴肩，螺纹的形状为非对称的斜截不等四边形；短接管上的螺纹是完整的，而中空杆端头的螺纹是不完整的；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角在75°至90°之间，并用连接件外径(DEVU)和中空杆外径(DEV)之比来表征，并保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

5、根据权利要求4所述的延长驱动连接装置，其中短接管上扭矩轴肩的起始直径(DHT)与自由端中空杆的内径(DIFR)之比应在以下范围内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

6、根据权利要求1所述的延长驱动连接装置，其中每一连接件的后端都是一完整的外螺纹，而每一中空杆为不同的非对称斜截不等四边形螺纹；连接件的后端螺纹是完整的，中空杆的前端螺纹是不完整的；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角在75°至90°之间，并用连接件外径(DEVU)和中空杆外径(DEV)之比来表征，并保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

7、根据权利要求6所述的延长驱动连接装置，其中中空杆后端上扭矩轴肩的起始直径(DHT)与螺纹自由前端中空杆的内径(DIFR)之比应在以下范围内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

8、根据权利要求1所述的延长驱动连接装置，其中不同的螺纹各自为非对称斜截不等四边形；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角为83°；每一连接件均为一独立的短接管，短接管的两端都有外螺纹，中间为一对扭矩轴肩；中间部分的圆柱形内孔与靠近每个螺纹端部段的圆锥形内孔相连，确保短接管的每一自由端与中央区和扭矩轴肩形成一横断面。

9、根据权利要求8所述的延长驱动连接装置，其中不同的螺纹为修正的锯齿螺纹，螺距为每英寸8个螺纹，短接管的外螺纹直径锥度为0.0976inches/inch，中空杆内螺纹的直径锥度为0.1inches/inch。

10、根据权利要求1所述的延长驱动连接装置，其中连接件均为独立的短接管，短接管的两端都有圆锥形外螺纹，中间为一对扭矩轴肩，此短接管还包括有与一个杆的扭矩轴肩相匹配的完整的螺纹和自由端，从而限定内孔和螺纹之间的密封装置。

11、根据权利要求10所述的延长驱动连接装置，其中短接管上的孔是圆锥形的并开向管的两端，在每个自由端和螺纹的起始区之间为外圆柱区，每个自由端与一个杆的一个扭矩轴肩接触从而限定内孔和螺纹间的密封装置。

12、根据权利要求1所述的延长驱动连接装置，其中靠近杆两端的截面上都有许多孔，以确保流体可在杆外流过，并可流过上述的孔和杆。

13、根据权利要求12所述的延长驱动连接装置，其中穿过杆壁的孔呈放射状，靠近杆的两端。

14、根据权利要求12所述的延长驱动连接装置，其中穿过杆壁的孔相对于杆的中心线呈对称分布，靠近杆的两端。

15、根据权利要求12所述的延长驱动连接装置，其中沿杆中心线的每个横截面上有1-3个孔，共有62-162个，它们靠近杆的两端。

16、根据权利要求12所述的延长驱动连接装置，其中沿杆中心线的旋转面上的孔在62至162个之间，它们靠近杆的两端。

17、一种在轴向上与连接件相匹配的中空抽油杆，其中每一中空抽油杆至少有一前端有内螺纹，以与连接件上与上述内螺纹的直径锥度不同的外螺纹相啮合，每一中空抽油杆的自由端还要有与上述连接件上环形扭矩轴肩相接的环形扭矩轴肩，并用连接件外径(DEN)、连接件内径(DIN)和扭矩轴肩的起始直径(DHT)来表征，其比例如下：直径比范围最小最大 DHT/DEN 0.60 0.98

DIN/DEN 0.15 0.90 DIN/DHT 0.25 0.92

18、根据权利要求17所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中螺纹形状为不对称斜截不等四边形；中空杆前端的螺纹是不完整的；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角在75°至90°之间，并用连接件外径(DEVU)和中空杆外径(DEV)之比来表征，并保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

19、根据权利要求18所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中连接件上扭矩轴肩的起始直径(DHT)与螺纹自由端中空杆的内径(DIFR)之比应在以下范围内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

20、根据权利要求19所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中不同的螺纹为修正的锯齿螺纹，螺距为每英寸8个螺纹，中空杆内螺纹的直径锥度为0.1inches/inch与短接管的外螺纹直径锥度0.0976inches/inch相匹配。

21、根据权利要求17所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中位于杆线两端的抽油杆上都有许多穿过杆壁的孔，以确保流体可在杆外流过，并可流过上述的孔。

22、根据权利要求21所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中穿过杆壁的孔呈放射状。

23、根据权利要求21所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中穿过杆壁的孔相对于杆的中心线呈对称分布。

24、根据权利要求21所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中沿杆中心线的每个横截面上的孔为1到3个之间，一系列横截面上的孔为62到162个之间。

25、根据权利要求21所述的与连接件相匹配的中空抽油杆，其中沿杆中心线的旋转面上的孔为62到162个之间。

26、一种在轴向上与中空抽油杆相匹配的连接件，其中连接件上的外螺纹与带有与中空杆的前端相啮合，该中空杆的前端有与上述外螺纹锥度不同的内螺纹；连接件上还要有与中空杆自由前端上环形扭矩轴肩相接的环形扭矩轴肩，并用连接件外径(DEN)、连接件内径(DIN)和扭矩轴肩的起始直径(DHT)来表征，其比例如下：直径比范围最小最大 DHT/DEN 0.60 0.98 DIN/DEN 0.15 0.90 DIN/DHT 0.25 0.92

27、根据权利要求26所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中连接件均为一独立的短接管，短接管的两端都有外螺纹，中间被一对扭矩轴肩分开，螺纹的形状为非对称的斜截不等四边形；短接管上的螺纹是完整的；每个扭矩轴肩与杆的轴向间夹角在75°至90°之间，并用连接件外径(DEVU)和中空杆外径(DEV)之比来表征，并保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

28、根据权利要求27所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中连接件上扭矩轴肩的起始直径(DHT)与螺纹自由端中空杆的内径(DIFR)之比应在以下范围内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

29、根据权利要求26所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中每一连接件的后端都是一完整的外螺纹，而每一中空杆为不同的非对称斜截不等四边形螺纹；连接件的后端螺纹是完整的，中空杆的前端螺纹是不完整的；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角在75°至90°之间，并用连接件外径(DEVU)和中空杆外径(DEV)之比来表征，并保持在以下范围内：

1 \leq \frac{DEVU}{DEV} \leq 1.5

30、根据权利要求29所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中连接件上扭矩轴肩的起始直径(DHT)与螺纹自由端中空杆的内径(DIFR)之比应在以下范围内：

1 \leq \frac{DIFR}{DHT} \leq 1.1

31、根据权利要求26所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中不同的螺纹各自为非对称斜截不等四边形；扭矩轴肩与杆的轴向间夹角为83°；每一连接件均为一独立的短接管，短接管的两端都有外螺纹，中间为一对扭矩轴肩；中间部分的圆柱形内孔与靠近每个螺纹端部段的圆锥形内孔相连，确保短接管的每一自由端与中央区和扭矩轴肩形成一横断面。

32、根据权利要求31所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中不同的螺纹为修正的锯齿螺纹，螺距为每英寸8个螺纹，短接管的外螺纹的直径锥度为0.0976inches/inch与中空杆内螺纹的直径锥度0.1inches/inch相匹配。

33、根据权利要求26所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中连接件的每一端还有圆锥形外螺纹，被一中间部分分开，构成一对扭矩轴肩，此短接管还包括有与一个杆的扭矩轴肩相匹配的完整的螺纹和自由端，从而限定内孔和螺纹之间的密封装置。

34、根据权利要求33所述的与中空抽油杆相匹配的连接件，其中短接管上的孔是圆锥形的并开向管的两端，在每个自由端和螺纹的起始区之间为外圆柱区，每个自由端适合于与杆的扭矩轴肩相接触从而限定内孔和螺纹间的密封装置。