抽油桿斷脫的成因分析與防治對策

【摘 要】抽油桿是抽油井三抽設(shè)備的重要組成部分之一，長期經(jīng)受著較多負(fù)荷的重量及變化，還長期經(jīng)受液體的沖刷，抽油桿越來越疲勞，隨著時間的延長，抽油桿斷脫的現(xiàn)象將越來越嚴(yán)重。本文分析了抽油桿斷脫的成因，闡述了預(yù)防抽油桿斷脫的幾點對策。

【關(guān)鍵詞】抽油桿;斷脫;成因分析;防治對策

1.抽油桿斷脫的成因分析

1.1井斜的影響

在斜井中，管桿隨套管井眼軌跡彎曲，斜度越大，管桿磨損越嚴(yán)重。通常，人們只注意油井的垂直斜，而實際上，在斜井中，特別是定向井中，方位斜與垂直斜同樣嚴(yán)重影響管桿磨損，并且不易為人們所發(fā)現(xiàn)，這就是部分井斜并不大，但確是造成管桿磨損的重要原因。在彎曲度較小的地方，油管內(nèi)壁和抽油桿節(jié)箍產(chǎn)生磨擦，油管偏磨面積較大，磨損較輕。而彎曲度越大的地方，不僅油管內(nèi)壁與抽油桿節(jié)箍產(chǎn)生磨擦，油管內(nèi)壁與抽油桿本體也產(chǎn)生磨擦，油管偏磨面積較小，磨損較嚴(yán)重。在抽油桿柱的中性點以下，為雙面偏磨。上沖程時，由于井斜使抽油桿與油管內(nèi)壁的一側(cè)面產(chǎn)生偏磨，下沖程時，由于管內(nèi)各種阻力與重力的綜合作用，使抽油桿彎曲，并與油管內(nèi)壁的另一側(cè)面產(chǎn)生偏磨，使油管桿對應(yīng)的兩側(cè)面磨成深槽，甚至被磨穿。

1.2高含水率的影響

產(chǎn)出液含水越高，磨損越嚴(yán)重。原因是產(chǎn)出液含水率低時，管桿摩擦面處于良好的油潤滑狀態(tài)，動摩擦因數(shù)較小，磨損較輕;當(dāng)產(chǎn)出液含水高時，管桿摩擦處于水潤滑狀態(tài)，動摩擦因數(shù)大大增加，加快了管桿磨損。

1.3負(fù)荷變化引起的疲勞破壞分析

光桿負(fù)荷在上下沖程中是不相同的，在保證產(chǎn)量的前提下，長沖程和小沖次可以使負(fù)荷變化最小，負(fù)荷的變化主要與光桿的沖程和抽油機懸點負(fù)荷有關(guān)。由于泵閥的作用，上沖程時抽油桿承受著液柱重量，下沖程時液柱的重量便作用在油管上，因此，上沖程開始時，舉升的液柱重量會使抽油桿的負(fù)荷發(fā)生突然變化，沖次愈高負(fù)荷愈大，這種負(fù)荷的突變愈強裂。

由于負(fù)荷反復(fù)變化的沖擊，疲勞破壞是抽油桿所有損壞形式的基本特點。疲勞破壞往往是由于低于彈性極限的交變應(yīng)力造成的，彈性極限是不使金屬產(chǎn)生永久變形的最大負(fù)荷。抽油桿因反復(fù)拉伸作用而產(chǎn)生裂紋，則屬于應(yīng)力疲勞破壞。

疲勞破壞的抽油桿外觀很特殊，其斷面平滑，無縮徑，與軸線垂直。疲勞裂紋開始產(chǎn)生于表面應(yīng)力高度集中的部位，隨著運行次數(shù)的增加，逐漸向直徑方向擴(kuò)展，承載面積逐漸縮小，應(yīng)力隨之逐漸增大，從而又促使裂紋擴(kuò)展，當(dāng)剩下的截面積小到不足以承載時，就會突然被拉斷。

1.4工作參數(shù)偏大造成液擊現(xiàn)象

目前油井供液不足的井比例較高，由于工作參數(shù)過大，產(chǎn)生液擊現(xiàn)象造成振動載荷加劇，造成油桿斷脫。當(dāng)泵的能力超出地層流體流入井底的流量時，通常發(fā)生液擊。在這種情況下，在上沖程時泵筒不能完全充滿液體。當(dāng)下沖程開始時，游動凡爾應(yīng)當(dāng)打開卻沒有打開，柱塞承擔(dān)了全部流體載荷開始下沖程。接著，當(dāng)柱塞撞擊泵筒中的液面時，突然的撞擊力就沿著桿柱傳到了地面。在液擊期間產(chǎn)生的大量動載荷對井下桿柱產(chǎn)生有害的影響：桿柱遇到能導(dǎo)致桿斷的縱向彎曲，使抽油桿斷裂。

1.5油桿質(zhì)量問題

少數(shù)抽油桿斷裂面是不平整的，很粗糙，沒有一個完整的平面;沿抽油桿軸向上有比較明顯的“分離層”，說明抽油桿內(nèi)部的金屬微結(jié)構(gòu)不均勻，從而導(dǎo)致抽油桿強度的不均衡性。在抽油桿的實際使用過程中，交替變化的負(fù)荷首先使抽油桿在強度較弱的部分發(fā)生破壞，致使該部分油桿強度降低，導(dǎo)致抽油桿在薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生斷裂。

1.6施工不當(dāng)管理不合理

作業(yè)監(jiān)督管理不合理，不到位?，F(xiàn)在修井都是外雇隊伍，責(zé)任心不強，不能確保施工合格率。如作業(yè)時桿下井前上扣扭矩未上緊未上滿，人為因素造成抽油桿脫扣。

2.抽油桿斷脫的預(yù)防對策

2.1防斷

針對抽油桿材質(zhì)問題造成的桿斷，在抽油機井投產(chǎn)之初盡量選用優(yōu)質(zhì)材料制成的抽油桿，以延長抽油桿的使用是壽命;在檢泵時對使用年限較長的抽油桿及時更換，以達(dá)到延長檢泵周期的目的。針對抽油桿偏磨嚴(yán)重造成的桿斷主要由以下幾點防治措施：①采用抽油桿扶正器并改進(jìn)抽油桿扶正器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，提高其耐磨性能;并根據(jù)抽油桿偏磨規(guī)律在易發(fā)生偏磨的桿段加裝抽油桿扶正器以減緩抽油桿的偏磨。②采用旋轉(zhuǎn)井口裝置防偏磨。該裝置是通過地面人力轉(zhuǎn)動來改變油管與抽油桿的偏磨面，是磨損面均勻分布，從而達(dá)到桿管達(dá)到延長桿管使用壽命的目的。另外安裝偏心井口的油井也可以轉(zhuǎn)動井口也可以達(dá)到上述目的。③其他防治措施。合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，采用長沖程、沖次的生產(chǎn)制度;合理設(shè)計尾管長度，以減少油管底部彎曲;在抽油桿底部下加加重桿，使抽油桿柱的中性點下移，以減少抽油桿的彎曲。

2.2加大扶正器和防偏磨接箍的使用力度

為了避免和減緩抽油機井的偏磨，可以加大抽油桿扶正器、防偏磨接箍的使用力度，及應(yīng)用一些新的防偏磨技術(shù)來實現(xiàn)。針對斜井和定向井采取全井扶正防偏磨措施，針對普通偏磨井利用公式計算出偏磨井段采取扶正防偏磨措施，針對泵上連桿無防偏磨措施的問題采取安裝鍍塑防偏磨接箍的方式。2018年根據(jù)檢泵現(xiàn)場，對28口存在不同程度的偏磨井應(yīng)用防偏磨接箍170個，扶正器54個;更換偏磨抽油桿39根，油管357根;ZOH應(yīng)用鍍塑防偏磨接箍，共25口井使用，應(yīng)用效果良好。

2.3應(yīng)用井下工具避免卡泵斷脫等問題

（1）應(yīng)用防砂管避免地層砂進(jìn)入到泵筒中通過2根直徑大小不同的油管，在油管表面纏繞鋼絲網(wǎng)就會制作形成防砂管。在2根油管的表面上鉆適宜的孔洞，然后再小直徑的油管上纏鐵絲網(wǎng)，組合之后放到大直徑的油管中就會形成防砂管。（2）應(yīng)用注塑桿為了有效的避免抽油桿因為偏磨問題而出現(xiàn)鐵屑，可以合理的應(yīng)用注塑桿。注塑桿是現(xiàn)階段工藝較為成熟的一種油筒防偏磨的工藝手段，是現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的基礎(chǔ)性技術(shù)手段?？梢杂行У谋苊饨庸科栴}，也可以避免桿體偏磨。。在油井的正常生產(chǎn)中，在一些井斜度較大且偏磨嚴(yán)重的油井中應(yīng)用可以有效的避免抽油桿與油管出現(xiàn)偏磨以及鐵屑等問題。

2.4適當(dāng)?shù)慕档蛥?shù)指標(biāo)

抽油桿的偏磨也會受到?jīng)_程、沖飲以及泵徑等因素影響。綜合這個幾個因素的不同影響程度以及調(diào)整的難易程度，在實踐中對其進(jìn)行分析塊發(fā)現(xiàn)，隨著沖次的不斷增加，最大應(yīng)力會不斷的變大，而最大許用應(yīng)力隨著緩慢變小，在兩者之間會存在臨界點，在超過臨界范圍之后，其最大應(yīng)力就會高于最大的許用應(yīng)力，這樣就會導(dǎo)致抽油桿出現(xiàn)斷脫等問題。對此，在實踐中，要加強對抽油桿的大泵徑、長沖程以及低沖次等參數(shù)分析，合理配置，進(jìn)而濕度的降低抽油桿可以承受的最大應(yīng)力。

2.5引進(jìn)高強度抽油桿

玻璃鋼抽油桿具有強度高，重量輕，彈性好和耐腐蝕的特點，其強度和同規(guī)格的D級鋼桿相近，但重量只約為鋼桿的1/3，彈性模量約為鋼桿的1/4-1/5，降低了抽油機的懸點負(fù)荷，以最大限度提高抽油桿的使用壽命。用強度H級抽油桿代替同規(guī)格D級抽油桿，由于H級抽油桿比同規(guī)格D級抽油桿的強度高30%，在相同載荷條件下，疲勞壽命高兩倍。

3.結(jié)語

有桿泵采油仍是目前最主要的采油生產(chǎn)方式之一，抽油桿斷脫原因的分析和防治對策應(yīng)當(dāng)引起管理和技術(shù)人員足夠的重視。因此在日常的生產(chǎn)中應(yīng)該著重做到以下幾點：①提高作業(yè)質(zhì)量，杜絕因作業(yè)質(zhì)量的原因造成抽油桿斷、脫。②加強抽油桿的質(zhì)量管理工作，嚴(yán)格杜絕不合格抽油桿下井并對超過使用年限的桿柱進(jìn)行更換。③嚴(yán)格按照API標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真優(yōu)化桿柱組合和確定合理的生產(chǎn)參數(shù)。④積極應(yīng)用防偏磨新工藝、新技術(shù)，已達(dá)到延長抽油桿使用壽命的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉一江.中原油田采油新技術(shù)文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

[2]王鴻勛.采油工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：崔強（1988—），男，助理工程師，從事油田開發(fā)技術(shù)工作。