淺析抽油桿斷裂原因分析與預(yù)防

代勇　鐘新梅

摘 要：在眾多影響油田生產(chǎn)的因素中抽油桿斷裂是其中一個(gè)不可忽視的重要問題。抽油桿是抽油機(jī)井的細(xì)長桿件，上接光桿、下接抽油泵。一般情況下抽油桿的長度為7.6或8m。材質(zhì)為高碳鋼表面鍍硬鉻。在油管中使用內(nèi)螺紋箍連接而成延伸至地下油層活塞處。通過反復(fù)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行泵油。文章主要針對(duì)抽油桿斷裂的原因進(jìn)行分析，并且就預(yù)防抽油桿斷裂進(jìn)行了闡述，以期能夠?qū)︻A(yù)防抽油桿斷裂起到一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：抽油桿斷裂；原因分析；預(yù)防措施

引言

抽油桿是地面與地下油田設(shè)備相連接的重要結(jié)構(gòu)部件，也是組成抽油系統(tǒng)的重要部位之一，同時(shí)也是油田抽油系統(tǒng)中十分容易出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)之一。在油田開采年限逐漸增加的基礎(chǔ)上，抽油泵的深度不斷增加，抽油桿的工作狀態(tài)將會(huì)直接影響到抽油的工作效率。然而抽油桿斷裂是影響抽油桿工作狀態(tài)的重要因素之一。對(duì)抽油桿斷裂的原因進(jìn)行分析，同時(shí)有針對(duì)性的采取相應(yīng)措施能夠有效延長抽油桿的使用壽命，從而維護(hù)油田的正常生產(chǎn)。

1.抽油桿斷裂的原因

1.1疲勞腐蝕

由于受到高含水油井中腐蝕性物質(zhì)的影響，抽油桿的材質(zhì)會(huì)受到腐蝕，進(jìn)而縮短使用壽命。當(dāng)抽油桿受到外界物體的碰撞、敲擊導(dǎo)致彎曲后，抽油桿防腐表層容易脫落露出內(nèi)部的基體金屬。而抽油桿上外露的基體金屬與腐蝕性的環(huán)境相接觸會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕部位會(huì)造成應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生疲勞腐蝕斷裂[1]。在井眼軌跡中可以看出抽油桿在不同方向的變化。其在井眼中運(yùn)動(dòng)受力相對(duì)繁復(fù)，在承受拉應(yīng)力的同時(shí)還要承受持續(xù)變化的彎曲應(yīng)力，并且在反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)過程中容易與油管、最大傾角出現(xiàn)偏磨，從而導(dǎo)致抽油桿或接箍出發(fā)生斷裂[2]。

1.2制造缺陷

抽油桿在制造缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：螺紋的精度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在處理抽油桿頭部的時(shí)候方式不當(dāng)，導(dǎo)致熱影響區(qū)的拉伸疲勞極限降低。在進(jìn)行加熱淬火由于加熱速度過慢，導(dǎo)致抽油桿部件表面脫碳并且形成氧化皮，降低疲勞強(qiáng)度。熱影響區(qū)與彎曲應(yīng)力等因素在抽油桿頸部的體現(xiàn)最為明顯，因此由于制造缺陷所導(dǎo)致的抽油桿斷裂一般都是出現(xiàn)在頸部附近。

1.3長超期使用

在油田開采年限逐漸增加的基礎(chǔ)上，抽油泵的深度不斷增加，抽油桿的工作狀態(tài)將會(huì)直接影響到抽油的工作效率。以抽油機(jī)6次/min的頻率來計(jì)算，抽油桿的最短疲勞壽命在3.2年左右。伴隨著抽油桿在工作時(shí)期上下反復(fù)交替，承受的荷載從小至大重復(fù)變化。疲勞裂紋開始出現(xiàn)在抽油桿外表應(yīng)力最為集中的地方。并且隨著運(yùn)行次數(shù)的增多，將會(huì)逐漸往直徑方向擴(kuò)張。承載面積變小，應(yīng)力也會(huì)相應(yīng)增加，從而又導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。因此當(dāng)抽油桿超過安全使用期限時(shí)，抽油桿表面十分容易斷裂。

1.4運(yùn)輸抽油桿不當(dāng)

抽油桿的外層狀態(tài)會(huì)直接影響其使用狀態(tài)。如果抽油桿在出廠后如果在運(yùn)輸或存儲(chǔ)方面出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致抽油桿表面形成應(yīng)力集中區(qū)。將彎曲的抽油桿校直還會(huì)在抽油桿表面上殘留張應(yīng)力與壓應(yīng)力，這些張、壓應(yīng)力會(huì)在抽油桿表面形成細(xì)微的裂縫，從而導(dǎo)致應(yīng)力更加集中。在運(yùn)輸過程中抽油桿被撞擊或與尖銳物體接觸后所產(chǎn)生的凹痕與缺口也會(huì)形成應(yīng)力集中。

2.預(yù)防抽油桿斷裂對(duì)策

2.1使用超高強(qiáng)度抽油桿

針對(duì)應(yīng)力不足而導(dǎo)致的抽油桿斷裂直接、快捷的預(yù)防方式就是強(qiáng)化抽油桿的強(qiáng)度，使用超高強(qiáng)度的抽油桿。通常情況下超高強(qiáng)度的抽油桿相對(duì)于D級(jí)抽油桿的強(qiáng)度高出30%，可以再深井、大泵井中工作。例如H級(jí)的超高強(qiáng)度抽油桿可以承受1020兆帕的抗拉強(qiáng)度，能夠有效減少抽油桿斷裂的出現(xiàn)[3]。

2.2合理設(shè)計(jì)桿柱組合

通常情況下抽油桿桿柱組合強(qiáng)度不夠時(shí)就會(huì)導(dǎo)致抽油桿偏磨破壞與桿脫。為了避免這一現(xiàn)象可以適當(dāng)強(qiáng)化強(qiáng)度。抽油桿組合要選擇適中，強(qiáng)度過大不僅會(huì)多用材料，還會(huì)導(dǎo)致抽油機(jī)工作效率降低。在設(shè)計(jì)抽油桿桿柱時(shí)要嚴(yán)格控制其材料、直徑與長度的配合。

2.3使用旋轉(zhuǎn)扶正器

旋轉(zhuǎn)扶正器可以有效降低抽油桿的偏磨。在抽油桿上安裝旋轉(zhuǎn)扶正器，可以避免抽油桿與油管直接接觸摩擦，能夠在一定程度上釋放扭力，改善抽油桿的工作狀態(tài)，從而降低抽油桿斷裂的情況。

2.4增加緩蝕阻垢劑

為了預(yù)防抽油桿出現(xiàn)偏磨腐蝕可以向套管中增加緩蝕阻垢劑來預(yù)防套管腐蝕，結(jié)垢。緩蝕阻垢劑中的緩蝕成分是極性與非極性基團(tuán)通過不同的排列組合而形成的保護(hù)膜，可以起到明顯的緩蝕作用。緩蝕阻垢劑中的阻垢成分經(jīng)過絡(luò)合可以形成可溶性絡(luò)合離子，抑制套管中沉淀的出現(xiàn)。另外，在晶體變形逐漸變?yōu)榫w垢的過程中添加了緩蝕阻垢劑能夠抑制晶體增大。因此可以看出，增加緩蝕阻垢劑可以有效防止抽油桿偏磨腐蝕。

3.結(jié)束語

抽油桿斷裂是抽油機(jī)在正常工作時(shí)出現(xiàn)的主要故障之一。當(dāng)抽油桿出現(xiàn)斷裂時(shí)不僅大大增加了油田井下作業(yè)的施工量，還會(huì)使得油田工作效率大大降低，進(jìn)而降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，。因此在油田開發(fā)過程中要著重注意抽油桿斷裂這一現(xiàn)象，從實(shí)際出現(xiàn)提高抽油桿生產(chǎn)使用技術(shù)，預(yù)防抽油桿斷裂，從而減少抽油桿斷裂帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]王倩，任向海，彭振華.塔河油田抽油桿斷裂原因分析及防治[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013，（15）：74-76.

[2]高慶云.阿塞拜疆K&K油田機(jī)采井抽油桿斷脫原因分析與防治對(duì)策[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，（09）：319-321+325+1.

[3]楊東林.關(guān)于抽油桿斷裂原因及預(yù)防措施[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，（06）：289+292.

作者簡介：代勇（1983-），男，漢族，四川德陽人，本科，畢業(yè)于西南石油大學(xué)，單位：四川威德福石化裝備有限責(zé)任公司成都分公司，研究方向：游梁式抽油機(jī)、抽油桿、接箍。