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李延青(中國石化集團(tuán)勝利油田現(xiàn)河采油廠 山東 東營 257000)

聶濤(中國石化集團(tuán)勝利油田東辛采油廠 山東 東營 257000)

前言

東辛油田經(jīng)過40多年的開發(fā)，目前已進(jìn)入高含水開發(fā)后期。一方面剩余油主要分布于低壓低滲透潛力儲(chǔ)層，造成泵掛越來越深；另一方面，隨著多年的開發(fā)，井內(nèi)射開小層較多，而東辛油田非均質(zhì)性較為嚴(yán)重，層間差異較大，為充分發(fā)揮油層潛力，必須實(shí)施分采分注，因而井下管柱勢必更加復(fù)雜。此外，東辛油田斷層復(fù)雜，加上多年開發(fā)對(duì)地層膠結(jié)的破壞，造成許多老井出現(xiàn)套管變形，井況惡化。井下管柱的工作條件日益惡劣，油水井作業(yè)頻繁。其中油管失效是油水井作業(yè)的主要原因之一。分析油管失效原因，找出預(yù)防措施，對(duì)于延長油水井生產(chǎn)周期，降低維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。

一、油管失效機(jī)理分析

1.油管聯(lián)結(jié)螺紋失效

聯(lián)結(jié)螺紋是油管最易損壞的部位，在油水井作業(yè)中，油管螺紋失效主要表現(xiàn)為螺紋被深淺不同地推平，最深的已接近螺紋牙根部，這是在軸向載荷的作用下螺紋部分出現(xiàn)塑性變形繼而出現(xiàn)螺紋牙斷裂失效的現(xiàn)象。螺紋失效原因如下：

（1）公螺紋在規(guī)定力矩作用下,未能完全進(jìn)入母螺紋相應(yīng)深度，使螺紋的抗拉強(qiáng)度大幅度下降；另外，公、母螺紋的螺紋牙的加工單側(cè)斜度不同，只有少部分牙處于全牙嚙合狀態(tài)，這部分牙在擰緊過程中承受了較大的載荷，致使材料疲勞變形，產(chǎn)生牙根部局部斷裂，降低了軸向抗拉強(qiáng)度。

（2）螺紋加工尺寸存在較大偏差。目前各廠家加工螺紋的機(jī)器各不相同，雖然有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，但是總難免產(chǎn)生認(rèn)為誤差，從而使螺紋加工存在較大偏差。

（3）作業(yè)過程中絲扣猛上，損壞螺紋；斜扣硬上，導(dǎo)致縮徑；作業(yè)過程中使用扭矩較大液壓鉗，使螺紋擰入過度，導(dǎo)致螺紋損壞。

（4）作業(yè)過程中起下油管時(shí)，上提下放均過猛，使金屬材料產(chǎn)生疲勞變形，導(dǎo)致螺紋受損。

（5）偏磨發(fā)生在公螺紋處時(shí)，極易磨穿管壁使螺紋失效，并嚴(yán)重降低抗拉強(qiáng)度、甚至發(fā)生斷裂。如井就是在公螺紋處磨損嚴(yán)重。

（6）注水井油管因受高壓、高速水流、高水溫和高礦化度的多重作用，電化學(xué)腐蝕速度加快；并且這種腐蝕多發(fā)生在油管兩端。

2.油管本體失效

油水井作業(yè)中，油管本體失效的比例相當(dāng)大，主要表現(xiàn)為本體斷裂、裂縫、砂眼等。原因如下：

（1）擊打、碰撞造成失效

作業(yè)時(shí)由于擊打、碰撞在油管表面留下內(nèi)陷的坑痕，導(dǎo)致管徑縮小，活塞通不過造成工序返工或勉強(qiáng)通過而加劇桿、管摩擦導(dǎo)致漏失。在下油管時(shí)，吊單根起升速度過快，井口操作人員無法接住油管，使油管與井口、井架、抽油機(jī)等碰撞而形成傷痕。擊打、碰撞使油管表面的防護(hù)層脫落，被腐蝕介質(zhì)腐蝕，，造成油管失效加速。

（2）液壓鉗咬傷

作業(yè)起下油管時(shí)，由于液壓鉗牙塊磨損或牙縫填滿油泥、鐵屑，使液壓鉗牙塊打滑，將油管表面保護(hù)層刮削掉，引起腐蝕加??；頻繁作業(yè)屢次在同一部位咬傷、刮削使管壁變薄，引起本體漏失甚至在負(fù)荷過大時(shí)從該處斷裂。

（3）偏磨導(dǎo)致油管失效

由于自然井斜、地層的蠕變，套管彎曲變形形成“拐點(diǎn)”，使油管產(chǎn)生彎曲，再加上抽油桿在油管內(nèi)不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成油管嚴(yán)重磨損；油管因抽汲力的作用，產(chǎn)生蠕動(dòng)與套管發(fā)生摩擦。這兩種偏磨是平面偏磨，輕時(shí)磨穿漏失，重時(shí)斷裂。

座封負(fù)荷太大，上部油管彎曲，加速桿管的偏磨。管柱失穩(wěn)、共振引起桿管偏磨，多是由于采用小沖程、高沖次，間隙小的泵深抽，抽油桿多級(jí)組合，管柱失穩(wěn)、共振，引起偏磨。

（4）腐蝕引起油管失效

腐蝕破壞是化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)，是油管內(nèi)外表面金屬與井液發(fā)生反應(yīng)造成的，在油管表面形成不同形狀、體積的腐蝕，造成油管漏失。由于油管本體的腐蝕,抵抗拉伸和扭曲等應(yīng)力的能力降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致斷裂。

3.接箍失效

接箍的加工與熱處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響接箍的質(zhì)量；作業(yè)時(shí)由于擊打、碰撞和液壓鉗背鉗咬傷，使接箍表面保護(hù)層脫落、接箍易腐蝕變形，導(dǎo)致漏失甚至斷裂。

二、預(yù)防措施

根據(jù)油管失效機(jī)理分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)采取以下措施來預(yù)防油管失效。

1.盡量使用高質(zhì)量油管

如美國API油套管標(biāo)準(zhǔn)中的J55油管，不僅機(jī)械性能好，還具有抗H2S腐蝕的特點(diǎn)。目前的N80系列油管在綜合性能方面也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。

2.改進(jìn)油管加工工藝

加工油管用的鋼管應(yīng)使用16MnCu、15MnV等。油管本體表面涂防護(hù)層，硬度達(dá)到260—280HB。加工螺紋時(shí)提高螺紋表面的光潔度和去毛刺。接箍應(yīng)調(diào)質(zhì)處理，從而增強(qiáng)油管的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)與防腐、耐磨、密封性能。

3.加強(qiáng)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)督避免人為因素?fù)p害油管

(1)加強(qiáng)操作人員的協(xié)調(diào)、配合。

（2）杜絕斜扣硬上、絲扣猛上，擊打、碰撞、液壓鉗咬傷油管等。

（3）平穩(wěn)操作，嚴(yán)禁高速起、下鉆，避免造成磕碰、蹲鉆等事故的發(fā)生。

（4）使用專用油管護(hù)絲油，減少螺紋聯(lián)接時(shí)的摩擦，并對(duì)螺紋起到潤滑、密封作用。

（5）起下油管使用小滑車，杜絕油管在滑道上滑行、在地上拖行。

4.預(yù)防管柱偏磨

(1)針對(duì)斜井、套管彎曲變形井，采用旋轉(zhuǎn)式油管扶正器、防止油管偏磨的旋轉(zhuǎn)式采油井口裝置等。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)管柱，采用丟手管柱避免因座封影響生產(chǎn)管柱。

（3）合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，采用長沖程、低沖次，減輕共振對(duì)管柱的影響。

（4）優(yōu)化抽油桿組合，減輕失穩(wěn)引起的彎曲偏磨，在抽油桿底部下加重桿使抽油桿中性點(diǎn)下移，減輕抽油桿彎曲造成的偏磨。

（5）設(shè)計(jì)合理的尾管深度，使油管中性點(diǎn)下移，減少下部油管的彎曲。一般選擇200—250m。

（6）合理選擇泵的間隙，減輕活塞與泵筒的摩擦力引發(fā)的“失穩(wěn)”現(xiàn)象。出砂井或稠油井應(yīng)采用間隙大的二級(jí)泵。

三、結(jié)論和建議

1.確保油管材料硬度，改進(jìn)加工工藝，避免使用劣質(zhì)油管。特別是簡單的修復(fù)管，必須經(jīng)強(qiáng)度處理，試壓合格后才可使用。

2.提高作業(yè)質(zhì)量，可以避免人為因素造成油管故障。

3.加強(qiáng)偏磨井的綜合治理，可有效減緩磨損速度，延長油管使用壽命。

4.優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，加強(qiáng)油水井日常維護(hù)管理，延長生產(chǎn)周期，是保護(hù)油管的重要途徑。

5.建立一套完整的油管鑒定及管理體系，確保油管的質(zhì)量和合理使用。