抽油桿斷脫治理技術(shù)探討

胡光運(yùn)　吳義賀（長慶油田分公司第五采油廠，陜西　榆林　719000）

抽油桿斷脫治理技術(shù)探討

胡光運(yùn)吳義賀（長慶油田分公司第五采油廠，陜西榆林719000）

本文分析了造成抽油桿斷脫的主要原因，并針對(duì)機(jī)械磨損、鍛造熱影響區(qū)、化學(xué)腐蝕等影響因素提出相應(yīng)的治理措施。

抽油桿；斷脫；原因分析；治理措施

國內(nèi)各大油田在油田日常生產(chǎn)管理中采用桿泵機(jī)械采油時(shí)，常常為水平井、定向斜井抽油桿偏磨、老化及斷脫等問題所困擾，抽油桿斷脫影響著油田的正常生產(chǎn)，不僅降低了生產(chǎn)單位的采油時(shí)率，抽油桿斷脫的部分落入泵筒底部可能損壞油管與抽油泵，這樣一來無疑增加了工作量與采油成本。針對(duì)抽油桿斷脫問題需要油田根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的考察情況，找出造成斷脫的原因后提出相應(yīng)的治理措施。

1　造成抽油桿斷脫的主要原因分析

油田生產(chǎn)中常使用的抽油桿包括常規(guī)鋼抽油桿、超高強(qiáng)度抽油桿、玻璃鋼抽油桿等幾種類型，它們?cè)谑褂眠^程中各有優(yōu)勢(shì)但均不能有效避免斷脫現(xiàn)象的發(fā)生。

1．1機(jī)械磨損

直井下沖和斜井偏磨都會(huì)造成抽油桿機(jī)械磨損，直井抽油桿下沖程過程中抽油桿自身及液柱將對(duì)懸點(diǎn)位置產(chǎn)生向下的拉力，前半沖程產(chǎn)生向上的慣性力和摩擦力會(huì)隨著沖次、液體粘度的增加而增大，進(jìn)入下沖程時(shí)抽油桿則會(huì)因?yàn)槭艿竭@些聯(lián)合應(yīng)力的共同作用發(fā)生縱向彎曲，彎曲的抽油桿與油管管壁的接觸面積增大、摩擦阻力增強(qiáng)將使管桿因偏磨受損。井斜引起的機(jī)械磨損是由于抽油桿進(jìn)入井筒后發(fā)生彎曲，其綜合重力在水平方向產(chǎn)生一個(gè)分力作用于油管內(nèi)壁，相當(dāng)于對(duì)油管內(nèi)壁產(chǎn)生了一個(gè)正壓力，在壓力的作用下抽油桿與受水平分力一側(cè)的油管內(nèi)壁接觸而產(chǎn)生磨損。

1.2鍛造熱影響區(qū)

金屬質(zhì)地的抽油桿在制造過程中涉及到鍛煉、焊接等工序，桿的兩端凸緣一般采用墩鍛工藝制造，加熱過程溫度過高或過低都可能引起外螺紋接頭端面的抽油桿桿體部分，即熱影響區(qū)的桿體組織的晶粒增大，導(dǎo)致桿體的塑性形變從而產(chǎn)生較高的殘余拉應(yīng)力，降低桿體垂向的機(jī)械性能（強(qiáng)度、韌性等）。

1.3化學(xué)腐蝕

油井開發(fā)的中后期出液中往往是含水的，水中往往包含了CO32-、HCO3-、SO42-、CO2、H2S等腐蝕介質(zhì)，復(fù)雜化學(xué)成分的腐蝕介質(zhì)在與抽油桿的長期接觸過程中對(duì)其產(chǎn)生化學(xué)性腐蝕破壞。例如，水中游離的CO2與H2O發(fā)生酸性反應(yīng)所生成的H+離子將產(chǎn)生氫去極化腐蝕，該類腐蝕作用屬電化學(xué)作用，生產(chǎn)易溶的腐蝕產(chǎn)物使得抽油桿金屬表面失去保護(hù)膜?；瘜W(xué)腐蝕作用下抽油桿表面將沉淀出疏松垢層，腐蝕作用集中于表層破壞部位而形成凹口，在應(yīng)力的集中作用下腐蝕凹口最易發(fā)生斷裂。

2　抽油桿斷脫的有效治理技術(shù)

2.1降低抽油桿的機(jī)械磨損

通過前文的分析我們知道抽油桿的機(jī)械磨損現(xiàn)象主要是由于其與油管內(nèi)壁發(fā)生了摩擦作用，針對(duì)偏磨作用所產(chǎn)生的機(jī)械磨損我們可以采取下加重桿、裝抽油桿扶正器等方法控制桿柱的彎曲程度。扶正器在材料可以選用增強(qiáng)尼龍、聚四氟乙烯等，固定方式上采用三點(diǎn)固定，加固位置主要根據(jù)井下桿柱的分段受力及懸點(diǎn)載荷等的計(jì)算結(jié)果來確定。此外，在井口安裝旋轉(zhuǎn)井口裝置，定期對(duì)井下油管柱旋轉(zhuǎn)一定角度以實(shí)現(xiàn)抽油桿與油管的均勻磨損，將對(duì)管桿磨損及抽油泵的磨損起到減緩作用。

2.2提高抽油桿自身物理性能

抽油桿自身的機(jī)械性能與抽油桿的原材料選用、桿柱設(shè)計(jì)及加工制造工藝等有密切的關(guān)系，抽油桿的設(shè)計(jì)在承受應(yīng)力計(jì)算方面需考慮超負(fù)荷工作工情況，加大耐久承受的極限值，另一方面還需要將抽油桿發(fā)生彎曲時(shí)其凸側(cè)需承受的附加拉應(yīng)力納入設(shè)計(jì)的考慮范疇，設(shè)計(jì)的橫截面平均應(yīng)力值要計(jì)算需要承受的附加拉應(yīng)力。此外，加工制造工藝方面需要注意熱處理工藝的質(zhì)量控制，鍛造時(shí)的在溫度控制上需要通過反復(fù)的試驗(yàn)，測(cè)試不同溫度鍛煉條件下的桿體韌性與強(qiáng)度，將鍛煉溫度設(shè)定為不易破壞抽油桿材料組織的范圍內(nèi)，以保證抽油桿的金相組織的完整性與使用性能。

2.3提高抽油桿防腐能力

抽油桿熱影響區(qū)的機(jī)械性能本身就相對(duì)較差，在石油的開采過程中抽油桿始終處于拉、彎、壓、扭的動(dòng)態(tài)作用中，反復(fù)的機(jī)械磨損形成的相對(duì)薄弱部位在腐蝕作用下極易發(fā)生斷脫。為預(yù)防因腐蝕作用而加速的抽油桿斷脫，可通過在抽油桿表面噴涂防腐涂層，如防腐聚脲涂料，增加抽油桿的耐蝕性。此外，在油井井筒內(nèi)加入緩蝕劑也是遏制腐蝕作用的重要手段，該方法的作用機(jī)理是利用緩蝕劑與抽油桿表面金屬的化學(xué)吸附作用，在抽油桿表面形成反應(yīng)膜以隔離腐蝕介質(zhì)，達(dá)到保護(hù)抽油桿金屬的效果。

3　結(jié)語

綜上所述，造成抽油桿斷脫的主要原因包括抽油桿自身物理性能差、機(jī)械磨損及化學(xué)腐蝕等，針對(duì)各類損害所產(chǎn)生的機(jī)理后，可采取下加重桿、裝抽油桿扶正器、裝旋轉(zhuǎn)井口裝置、改良抽油桿設(shè)計(jì)與鍛煉工藝、增加抽油桿防腐能力等手段，提高抽油桿自身物理性能、降低抽油桿使用過程的磨損和腐蝕速度，最終延長抽油桿的使用壽命。

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