统计大庆油田150口螺杆泵井的检泵情况，其中杆断脱问题占41.6%，而脱扣占杆问题65%，问题井中抽油杆柱断脱比例占73%。通过对抽油杆柱失效部位和杆头失效形式进行分析认为，一是普通抽油杆接头形式不太适合螺杆泵；二是缺少应有的过载保护和运动限制，抽油杆扶正器安装数量及位置缺乏技术依据；三是抽油杆的材质和加工质量存在问题。因此，从改变抽油杆接头结构形式入手，利用螺杆泵与钻杆运动的相似性，我们选择了钻杆锥螺纹抽油杆进行可行性研究。

 

　　一、锥螺纹力学分析

 

　　（1）锥螺纹螺纹牙参数计算及各圈间轴向力计算。根据锥螺纹连接的受力状况，分析螺纹牙沿着锥面的中径方向产生的弹性变形情况，得出锥螺纹轴向力分布公式。　　，（1）采用4阶龙格-库塔法求解，得出各圈旋合螺纹的轴向载荷和单圈螺纹承受的轴向载荷：，（2）

 

　　（2）锥螺纹上扣扭矩与预紧力关系。锥螺纹连接在上扣扭矩作用下，使连接螺纹扭紧，并产生预紧力。由于预紧力的存在，又在旋合螺纹间产生螺纹力矩、接触端面产生摩擦力矩。但预紧力、螺纹升角、螺纹中径在不同旋合螺纹处是变化的，因此得出上扣扭矩和预紧力的关系：，（3）公式表明，在锥螺纹连接中，由于第一扣螺纹处于锥螺纹的大端，用较高的中径来承受较大的预紧力，在一定条件下，能够用较低的预紧力产生较大的上扣扭矩或卸扣力矩，而且大端螺纹自锁性更强。锥螺纹连接与直螺纹相比，应具有较强的抗扭能力。

 

　　（3）锥螺纹牙强度计算。在轴向力作用下，计算抽油杆外螺纹牙、接箍内螺纹牙的剪切强度和螺纹牙表面挤压强度；分别计算各圈螺纹牙平均挤压工作应力，并取其最大平均挤压应力和抽油杆与接箍的最小许用挤压应力来建立强度条件：，（4）式中：分别为抽油杆和接箍螺纹牙的许用挤压应力。

 

　　二、钻杆锥螺纹设计及计算结果分析

 

　　（1）锥螺纹抽油杆螺纹牙计算。取CYG28的外形尺寸，锥螺纹大径为39m，上扣力矩为1200N.m，分别对不同螺纹锥度4.75°（1：6）、4.0°、3.56°（1：8）、3.0°进行分析计算。计算其合理锥度为1：8。

 

　　（2）钻杆螺纹牙螺纹长度计算。根据钻杆锥螺纹结构，分别选取旋合螺纹长度为7—11扣进行计算，计算上扣力矩为1650N.m，旋合螺纹长度由5扣变化到9扣时，单扣承受载荷都有所下降，但下降幅度不同，当旋合长度为9扣时，抽油杆旋合螺纹本体的最大应力发生在端部扣，并与第1扣螺纹相差不大每一扣承受的载荷都比较大，因而使工作条件下的卸扣力矩一般都大于预紧状态下的卸扣力矩，这一点正好与抽油杆螺纹相反，有利于提高旋合螺纹的防松脱能力。

 

　　（3）空心锥螺纹不同中心流道计算。钻杆锥螺纹与空心抽油杆相匹配，因其强度高和密封性强，能发挥空心流道满足测试和电缆清蜡等需要。空心钻杆锥螺纹结构为旋合长度9扣、中心流道25mm、锥角3.56°时，在不同上扣力矩作用下的计算结果，锥螺纹上扣力矩控制在1600-1800N.m、预紧力为210kN左右，在计算工作载荷下（轴向载荷120kN、传递扭矩800N.m），对于D级杆材料其工作安全系数在1.7以上。均能达到工程要求的安全系数。

 

　　三、螺杆泵抽油杆与泵的匹配关系及对材质要求

 

　　根据某厂开发的螺杆泵工艺设计软件，在综合考虑螺杆泵的工作排量和转速、液面深度（泵的扬程）和井眼轨道形态等因素，总结出泵杆的匹配关系，满足安全系数的要求。GLB120泵型：井斜和井眼曲率很小直井、低速CYG19D；井斜和井眼曲率一般中速CYG22D；井斜和井眼曲率较大高速CYG25D。GLB280：井斜和井眼曲率很小直井、低速CYG22D；井斜和井眼曲率一般中速CYG25D；井斜和井眼曲率较大高速CYG25H。GLB500：井斜和井眼曲率很小直井、低速CYG25D；井斜和井眼曲率一般中速CYG25H；井斜和井眼曲率较大高速CYG28H。GLB800：井斜和井眼曲率很小直井、低速CYG25H；井斜和井眼曲率一般中速CYG28H；井斜和井眼曲率较大高速KG38×6。GLB1100：井斜和井眼曲率很小直井、低速CYG28H，井斜和井眼曲率一般中速、井斜和井眼曲率较大高速KG38×6。

 

　　四、室内实验及现场应用

 

　　（1）结果分析。通过对普通直螺纹、抽油杆锥螺纹、实心钻杆锥螺纹、空心钻杆锥螺纹4种结构9套28个试件的室内实验。而普通直螺纹抽油杆当伤口扭矩达到2.052KN.m时，已粘扣，卸不开。

 

　　（2）现场应用。对φ22mm、φ25mm、φ28mm、φ38mm钻杆锥螺纹抽油杆形成了系列化应用，目前共下井锥螺纹抽油杆50口，其中φ22mm抽油杆7口井，φ25mm抽油杆40口井，φ28mm抽油杆1口井，φ38mm抽油杆2口井。可见锥螺纹专用抽油杆的应用将有利于螺杆泵的发展与应用。

 

　　五、结束语

 

　　研究开发新型锥螺纹抽油杆，该种螺纹可制作成实心杆或制作成空心杆，空心杆用于测试，实用性强。提高其预紧力，使上扣扭矩大于工作扭矩，尤其当上扣扭矩大于抽油杆本体屈服极限扭矩时，这种螺纹连接具有较强的抗扭能力和密封能力。现场应用锥螺纹抽油杆50口井，未出现脱扣现象，较好地解决了螺杆泵抽油杆脱扣问题，为延长螺杆泵检泵周期奠定坚实的基础。

 

　　参考文献：

 

　　1.山本晃著，郭可谦等译.螺纹连接的理论与计算[M].上海：科学技术出版社，1984.