樊學(xué)油區(qū)桿柱斷脫現(xiàn)象的原因及治理措施

韓 亮，張 帆，馮愛霞

陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司定邊采油廠樊學(xué)采油隊(duì) （陜西 榆林 718600）

樊學(xué)油區(qū)共管理油井1 498口，其中斜井占78%，主要開采層位為三疊系延長組長4+5，儲層物性普遍較差，屬低孔、低滲、特低滲和超低滲儲層，開采難度較大，井下環(huán)境復(fù)雜，產(chǎn)液高含水現(xiàn)象普遍。油區(qū)采用的主要為有桿泵采油系統(tǒng)，油井泵掛平均1 650m，桿柱負(fù)荷高，全年修井檢泵達(dá)到967井次，其中斷桿占到51%。因此，如何降低油井修井作業(yè)次數(shù)，減少油桿斷脫是實(shí)現(xiàn)油田經(jīng)濟(jì)利益最大化的關(guān)鍵。

1 原因分析

抽油桿斷脫的主要原因是偏磨,占近50%;其次是疲勞,占近30%;其他因素和材質(zhì)占近20%。抽油桿斷脫機(jī)理主要與鍛造、機(jī)械損傷、桿體彎曲、預(yù)緊力不足、腐蝕環(huán)境等諸多因素有關(guān)。

1.1 鍛造的影響

1.1.1 鍛造缺陷

主要缺陷是折疊、裂紋和皺折。折疊和裂紋的存在，減少了有效載面，降低了承載能力，特別是折疊和裂紋末端的應(yīng)力集中，大大縮短了疲勞裂紋的萌生期，從而大大降低了抽油桿的疲勞壽命。

1.1.2 熱影響區(qū)

在鍛造過程中，由于沿縱向的非均勻加熱使抽油桿產(chǎn)生熱塑性變形，從而在熱影響區(qū)段產(chǎn)生縱向的高殘余拉應(yīng)力和金相組織粗大。

1.2 機(jī)械損傷的影響

在運(yùn)輸、儲存過程中可能受到人為的機(jī)械損傷：桿體表面被擦傷或碰傷而出現(xiàn)凹坑、刻痕，這些表面缺陷就會因局部應(yīng)力集中而形成疲勞源，導(dǎo)致疲勞斷裂。當(dāng)處于腐蝕環(huán)境中，這些凹坑和刻痕還會加快腐蝕的速度引起疲勞斷裂。另外，在施工中嚴(yán)重磨損的抽油桿吊卡有時損傷桿頭的頸部，也會引起疲勞斷裂。

1.3 抽油桿偏磨

1.3.1 井斜的影響

斜井井身結(jié)構(gòu)存在一定的井斜角，如果抽油泵下到造斜點(diǎn)以下，泵上油管會隨著套管一起彎曲，生產(chǎn)時，抽油桿的綜合拉力產(chǎn)生了一個側(cè)向分力，導(dǎo)致油管和抽油桿發(fā)生偏磨[1]。彎曲段或造斜點(diǎn)的角度越大，抽油桿與油管之間的磨損越嚴(yán)重。這種磨損發(fā)生在抽油桿的上、下2個沖程的全過程，磨損較嚴(yán)重。即使對于直井，目前的鉆井技術(shù)很難保證井身完全垂直，這樣套管在某一段就會出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，其后下入的油管也會隨著套管彎曲，且當(dāng)彎曲段出現(xiàn)在泵以上時，由于抽油桿在油管中的上下往復(fù)運(yùn)動，也會造成管桿之間的摩擦。

1.3.2 井下座封器的影響

當(dāng)生產(chǎn)管柱有封隔器時,靠生產(chǎn)管柱的自重進(jìn)行座封,使管柱產(chǎn)生彎曲,在生產(chǎn)過程中彎曲段油管與抽油桿產(chǎn)生磨損,從而降低了抽油桿的壽命。

1.3.3 高含水率的影響

油井產(chǎn)出液含水越高,桿柱偏磨越嚴(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)出液含水高于74%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。樊學(xué)油區(qū)部分油井含水高達(dá)85%，因此這也是造成油桿偏磨的一個主要原因[2]。

1.3.4 預(yù)緊力不足的影響

當(dāng)預(yù)緊力不足時，抽油桿外螺紋接頭不僅受到較高的應(yīng)力幅度的作用，而且由于外螺紋接頭在接箍中搖動還要受到彎曲應(yīng)力，就可能發(fā)生早期斷脫。

1.4 腐蝕與出砂的影響

樊學(xué)油區(qū)主要產(chǎn)層為三疊系延長組，以點(diǎn)腐蝕為主。油井產(chǎn)液中含有H2S、CO2等有害氣體，在腐蝕介質(zhì)的作用下，腐蝕坑處產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成腐蝕疲勞裂紋源[3]。

由于樊學(xué)油區(qū)油井壓裂一般采用水力壓裂，以及一些地區(qū)地層本來出砂，生產(chǎn)時一些壓裂支撐劑及地層砂隨地層液體產(chǎn)出，油井的固含量偏高一方面，壓裂支撐劑及地層砂的硬度大于管、桿表面的硬度，加劇了對管、桿表面的破壞；另一方面，增加了柱塞與襯套間的半干摩擦，桿柱下行阻力增大。這會加大抽油桿與油管之間的摩擦，嚴(yán)重時可造成泵卡從而拉斷抽油桿。

腐蝕與出砂相互作用，相互促進(jìn)，二者交替作用具有更大的破壞性。腐蝕坑為砂粒的存在提供空間，砂粒的摩擦加速抽油桿的腐蝕。

1.5 振動的影響

沖次增加，使抽油桿產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，增加循環(huán)次數(shù)和動應(yīng)力，事故與沖次的高（大于4）次方成正比。嚴(yán)重者高沖次引起劇烈振動乃至趨于共振。容易發(fā)生螺旋彎曲，在接頭附近破裂，桿管相互摩擦，造成的大部分?jǐn)嗔淹ǔ３霈F(xiàn)在泵上140m以內(nèi)。

1.6 結(jié)蠟的影響

油井含蠟量高,從而使井下結(jié)蠟嚴(yán)重,導(dǎo)致蠟卡、桿下不去、抽油桿下行變形與油管之間產(chǎn)生嚴(yán)重碰磨和抽油桿或光桿的超負(fù)荷,造成油桿偏磨嚴(yán)重導(dǎo)致油桿斷脫等現(xiàn)象。

2 治理措施及取得效果

2.1 優(yōu)化桿柱結(jié)構(gòu)

2.1.1 更換使用專用光桿

由于樊學(xué)油區(qū)老井使用的基本上是Ф25mm舊油桿處理做成的，由于這些油桿使用年限過長，油桿本體上不同程度存在凹陷、擦痕，表面粗糙，這樣容易造成光桿偏磨以致磨斷現(xiàn)象。而專用光桿表面經(jīng)過特殊加工，可以耐老化、耐磨損，耐腐蝕。為此選擇部分井口位置偏磨嚴(yán)重的油井，更換專用光桿以及新井投產(chǎn)必須使用專用光桿。2012年共計(jì)189口更換安裝專用光桿，取得了很好的效果，降低了光桿斷落的作業(yè)井次。

2.1.2 偏磨位置加扶正器與扶正塊

結(jié)合斜井的鉆井資料，主要在拐點(diǎn)位置上、下端2～3根油桿處加上扶正器；在偏磨位置處加上扶正器，在偏磨桿柱處加扶正塊，可以有效地降低桿柱彎曲、偏磨。2012年共因偏磨而修井作業(yè)500井次，共計(jì)使用扶正器10 165根，平均延長檢泵周期142d，節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用。

2.1.3 全井更換油桿

對于油桿本體偏磨嚴(yán)重、超期服役的桿柱，進(jìn)行全井更換油桿[4]。

2.1.4 使用內(nèi)襯油管

對于偏磨井，造成油管和抽油桿失效的主要原因：一是受油井井深軌跡的影響，造斜點(diǎn)越淺，井斜角越大，桿管接觸點(diǎn)水平分力越大，偏磨越嚴(yán)重；樊學(xué)油區(qū)2012年偏磨造成斷桿井次275次，其偏磨原因主要是偏磨位置集中在桿柱中下部，井斜和高含水致使管桿偏磨嚴(yán)重。為了避免偏磨造成的斷桿修井井次的逐年增加，采用了在偏磨位置更換普通油管，下入內(nèi)襯油管的辦法。內(nèi)襯油管的襯層可以避免抽油桿與油管間的直接磨擦從而防止油管內(nèi)壁磨損，從而延長油井桿管的使用壽命。2012年，樊學(xué)油區(qū)更換內(nèi)襯油管井次為15口，延長檢泵周期79d，節(jié)省費(fèi)用50余萬元。

2.2 合理調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)

2013年，選擇了一些高含水的油井，進(jìn)行了24井次的調(diào)節(jié)抽油生產(chǎn)參數(shù)作業(yè)，主要依據(jù)“低沖次高沖程”原則，減少抽油桿疲勞應(yīng)力損壞，減少桿柱與油管摩擦損壞率。抽油機(jī)的最大沖次不能和抽油桿自振頻率的整數(shù)倍相重合，以免發(fā)生共振現(xiàn)象。結(jié)合油井實(shí)際情況，對于Ф44mm泵充滿系數(shù)不高的油井更換Ф38mm泵，提高泵的充滿系數(shù)，降低油井的“液擊”現(xiàn)象，彌補(bǔ)大泵徑造成大的沖程損失、載荷增大等不利因素造成油桿所承受的應(yīng)力載荷增大以致斷桿。經(jīng)過調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)使平均泵效由原來的7.81%提高到現(xiàn)在的10.62%。部分油井生產(chǎn)參數(shù)調(diào)節(jié)后，產(chǎn)量和泵效有了明顯提升，其免修期也明顯延長（表 1）。

表1 樊學(xué)油區(qū)油井生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整效果對比表

2.3 建立合理的間抽制度

對于間隔性出液且產(chǎn)量小于300kg/d的油井，實(shí)行間抽，對于不同的油井不僅能減少因供液不足，出現(xiàn)活塞與泵筒干磨，導(dǎo)致的不能正常生產(chǎn)造成檢泵的作業(yè)工作量，而且能減少由于“液擊”現(xiàn)象對于抽油桿工況的影響，還節(jié)約了大量電能。樊學(xué)油區(qū)共管理間抽井39口，每月少開井18 096h，年節(jié)省電費(fèi)21余萬元，同時降低了油井作業(yè)井次和提高了三抽設(shè)備使用壽命等經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 防蠟防垢技術(shù)

2.4.1 化學(xué)加藥

根據(jù)井下產(chǎn)液的實(shí)際情況，決定化學(xué)藥品類型，提高藥品與井下的配伍性，依據(jù)油井原油性質(zhì)以及油井的結(jié)蠟與結(jié)垢的周期，來確定加藥量與加藥濃度[4]。樊學(xué)油區(qū)共對83口油井進(jìn)行加藥計(jì)劃，主要為清蠟劑等化學(xué)藥劑，針對每口油井采取不同的符合本油井的加藥計(jì)劃，在保證其配伍性高的情況下，由采油工和專門技術(shù)人員灌入套管環(huán)空，以減緩井筒內(nèi)的結(jié)蠟速度，延長檢泵周期42d。

2.4.2熱洗環(huán)空清蠟

對油井的液量、沉沒度等來確定熱循環(huán)時間及熱循環(huán)液量，依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場情況來看，熱洗環(huán)空清蠟時，水溫最低需達(dá)到80℃，最好在80～85℃之間，加藥時根據(jù)原油性質(zhì)以及油井結(jié)蠟周期，按照油井產(chǎn)液含蠟濃度，確定熱洗環(huán)空清蠟過程中化學(xué)添加劑的用量，并結(jié)合實(shí)際情況及原油性質(zhì)，來確定熱洗環(huán)空清蠟周期[5]。目前對24口油井進(jìn)行了熱洗環(huán)空作業(yè)，增油效果明顯。

2.5 防腐及防砂治理措施

對于井下桿柱腐蝕比較嚴(yán)重的油井，結(jié)合實(shí)際油井腐蝕情況，確定合理的油井加藥量與加藥周期，防腐效果明顯，油井免修期明顯延長。

出砂井在泵下位置安裝防砂篩管，增加沉淀管長度，減少抽油機(jī)沖次，減緩沙子的上升速度，減少沙子對桿柱的磨損，從而有效地防止了因砂粒導(dǎo)致的偏磨現(xiàn)象。

3 結(jié)論與建議

對樊學(xué)油區(qū)斷桿現(xiàn)象采取一系列的措施，油井的免修期延長了51d，減少了因修井作業(yè)造成的油井減產(chǎn)，節(jié)能降耗的同時保證了油田的產(chǎn)量。

1）實(shí)施油井的“一井一策”制度，準(zhǔn)確掌握油井的動態(tài)生產(chǎn)資料。這為油井的檢泵作業(yè)提供詳細(xì)的資料依據(jù)，針對性的結(jié)合每個油井的實(shí)際情況，制定出符合本井的配套防治措施，才能達(dá)到防治斷桿的效果。

2）油井?dāng)鄺U現(xiàn)象受多方面因素影響，應(yīng)結(jié)合井下的全面的情況，找出斷桿的直接原因和間接原因，多方面的降低斷桿現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率。

3）加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)督的管理力度，對作業(yè)過程中關(guān)鍵部分實(shí)施資料、照相存檔制度，提高作業(yè)質(zhì)量，減少重復(fù)性作業(yè)，節(jié)省修井作業(yè)費(fèi)用。

[1]劉柯娣，王建國，謝雯晴，等.抽油機(jī)井綜合防偏磨技術(shù)研究與應(yīng)用[J].油氣井測試,2010，19(1):63-65.

[2]苗向輝,薛管.桿偏磨原因分析及防治對策[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(13)：43-45.

[3]范明理，王曉社，陳英利，等.延長三疊系油藏的檢泵周期技術(shù)研究[J].石油化工應(yīng)用,2009,28(7):84-87.

[4]王衛(wèi)忠，賀海洲，劉春林，等.長慶油房莊油田延長檢泵周期的技術(shù)措施[J].石油和化工設(shè)備,2010，13(8):40-41.

[5]陳斌.延長油井免修期的幾點(diǎn)做法[J].內(nèi)蒙古石油化工,2006(1):108-109.