油管桿損傷原因分析及防治措施

李珍元　韓明　李葉鵬

摘 要：油管桿工作過程中會由于正常疲勞或非正常外力作用導(dǎo)致?lián)p傷，影響其正常運(yùn)行。為保證油井的順利生產(chǎn)，需要采取必要的防治措施，減少或消除損傷，延長油管桿的使用壽命，提高油井企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：油管桿；損傷；原因；防治

目前，我國大部分油田已經(jīng)進(jìn)入中、高含水期開采階段，油井也由自噴式轉(zhuǎn)為機(jī)械采油井。據(jù)統(tǒng)計，我國機(jī)械采油井已占到總數(shù)的90%以上，且機(jī)械采油井中90%以上為有桿泵采油方式。抽油桿是采油系統(tǒng)中的重要組成部分，承擔(dān)著將地面機(jī)械能量傳遞給井底油泵的重任。抽油桿在工作過程中，會由于荷載變化、井內(nèi)液體腐蝕、作業(yè)施工起下等原因，導(dǎo)致抽桿受損，嚴(yán)重時可能會發(fā)生斷裂，這就需要對其進(jìn)行更換或者打撈，不但影響油井的生產(chǎn)，還會增加作業(yè)成本。對抽油桿的損傷原因進(jìn)行分析，并采取針對性的預(yù)防措施，可減小井下作業(yè)工作量，保障油井的正常生產(chǎn)。

1 油管桿損傷原因分析

1.1 油管桿損傷形式

油管桿損傷形式較多，管桿斷裂、油管漏、管桿偏磨、管桿腐蝕以及其他的外力損傷等。管桿斷裂是較為常見的一種損傷形式，尤其是下部斷裂較為常見，據(jù)統(tǒng)計，在對管桿斷裂故障進(jìn)行維修時，下部斷裂占總維修數(shù)的76.8%；油管漏主要是偏磨造成的；管桿偏磨也主要集中在中下部，尤其是靠近泵的部分，偏磨較為嚴(yán)重，若油井為低滲透井，開采條件惡劣，很容易導(dǎo)致管桿偏磨；管桿腐蝕是管桿損傷中不可忽視的一種形式，油田含水率越高，腐蝕越明顯；其他外力作用是指搬運(yùn)過程中的碰撞、安裝過程中操作不當(dāng)導(dǎo)致應(yīng)力集中或者損傷等。

1.2 管桿損傷原因分析

1.2.1 正常損傷原因分析

管桿工作環(huán)境惡劣，工作內(nèi)容復(fù)雜，很容易導(dǎo)致管桿疲勞受損，這屬于正常磨損。管桿正常損傷的原因主要是在應(yīng)力作用、腐蝕、荷載、軸向力等作用下產(chǎn)生的。

①應(yīng)力集中的影響。抽油桿在日常工作過程中，會由于砂卡、結(jié)蠟等因素增加其受力，使軸向的壓力或拉力加大。當(dāng)壓力或拉力超過抽油桿的承受極限時，就會使其損傷。油桿一旦受損，就會導(dǎo)致應(yīng)力集中，使總應(yīng)力超過耐久極限。抽油桿的接頭或者接頭附近部位，管桿公扣損壞大部分屬于正常損傷，是應(yīng)力分布過于集中導(dǎo)致的。②循環(huán)次數(shù)的影響。對鋼材質(zhì)而言，其耐久極限為1×107循環(huán)載荷，在這一范圍內(nèi)一般不會發(fā)生損壞；若超過這個范圍，則其故障率就會加大。我國油井機(jī)械采油設(shè)備大部分在這一范圍之內(nèi)，但超過這個范圍的也占據(jù)了20%之多，沖次越高，管桿受力循環(huán)次數(shù)也多，沖擊和振動荷載就越復(fù)雜，則管桿出現(xiàn)故障的概率就會大幅度增加。③腐蝕疲勞的影響。油井采油過程中會有多種物質(zhì)與管桿接觸，如采油添加劑、細(xì)菌、二氧化碳等，各類物質(zhì)的腐蝕性不同，對管桿的影響也會有所差異。這就是說，管桿在低應(yīng)力作用下，也會由于以上物質(zhì)的腐蝕而導(dǎo)致其受損。對受損過程進(jìn)行分析可知，整個受損階段主要分為兩部分，第一部分是管桿在電化學(xué)腐蝕作用下，其表面會形成斑點(diǎn)，繼而發(fā)展為應(yīng)力集中點(diǎn)；第二部分是沿疲勞線發(fā)生的電化學(xué)腐蝕。腐蝕疲勞斷面特征較為明顯，斷面的光滑部分和粗糙表面彈性損壞的部分即為腐蝕疲勞斷面，這是容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕的部位。④振動和液擊的影響。管桿在荷載較大或者阻力較大的井中作用過程中，會產(chǎn)生振動、井斜、方位角大的井以及地面設(shè)備不穩(wěn)等多種情況，對抽桿的穩(wěn)定性造成不利影響，加重抽桿的振動幅度，增加其盈利。若油井出現(xiàn)供液不足狀況時，油桿瞬間會受到較大的沖擊力，使油桿彎曲振動，加大其疲勞損害程度。

1.2.2 非正常損傷原因分析

非正常損傷主要是由于偏磨和非正常操作引起的。

第一，偏磨原理分析。油桿在斜井中彎曲下行時，容易發(fā)生磨損，在上沖程過程中柱塞會產(chǎn)生一定的作用，促使自由懸掛的油管不得不承受數(shù)值向上的縱向力。油管桿就會出現(xiàn)中性點(diǎn)以上保持垂直狀態(tài)，而以下則成為彎曲狀，導(dǎo)致油桿發(fā)生偏磨。

第二，偏磨影響分析。偏磨對管桿的影響主要表現(xiàn)在兩方面，①偏磨會導(dǎo)致管桿損傷，從而增加局部應(yīng)力；②偏磨會對管桿表層的硬化處理造成損害，表層一旦受損，其保護(hù)功能就受到影響，加重腐蝕。第三，操作因素對管桿的影響。施工過程中，由于操作不當(dāng)可能會導(dǎo)致管桿擦傷、撞擊，使管桿表面的保護(hù)層受損或者產(chǎn)生凹坑，影響管桿的防腐蝕性和應(yīng)力性能，管桿的使用壽命縮短。

2 管桿防護(hù)措施

2.1 管桿防護(hù)策略分析

從技術(shù)上來說，管桿性能可連續(xù)循環(huán)1×107次，一旦接近或者超過這個范圍，其故障率就會上升，因此可考慮更換新管桿，確保采油工程的順利進(jìn)行。從經(jīng)濟(jì)性上來說，管桿故障頻發(fā)，不僅影響油田企業(yè)的正常生產(chǎn)，還會增加維修成本，因此應(yīng)制定合理的維修計劃，及時消除微小損傷，防止損傷繼續(xù)擴(kuò)大，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.2 管桿防護(hù)技術(shù)分析

防治管桿損傷的措施較多，較為常見的有幾下幾種：

①根據(jù)井斜、方位角等油井參數(shù)，合理設(shè)定扶正器的使用位置和管柱組合，從根源處降低損傷；②采用自旋式尼龍扶正器，利用尼龍的均勻磨損，減輕管桿損傷，延長其使用壽命；③改變管桿受力狀況，如可通過加深尾管或者加重抽桿的方式，改變偏磨位置；④減少管桿的相對運(yùn)動，減輕磨損對管桿的損傷，一般常用油管錨定技術(shù)；⑤減少抽桿循環(huán)作業(yè)次數(shù)，延長其使用壽命，具體可改變抽汲參數(shù)，如使用大泵、長沖程、低沖次作業(yè)方式；⑥改善抽油桿材質(zhì)性能，利用高強(qiáng)度H級材質(zhì)、玻璃鋼材質(zhì)或者柔性材質(zhì)油桿代替現(xiàn)有油桿，提高強(qiáng)度，延長其使用壽命；⑦加強(qiáng)防腐蝕，通過添加緩蝕劑、油管內(nèi)預(yù)膜防護(hù)等措施提高抽油桿的防腐蝕性；⑧規(guī)范作業(yè)，減少或消除外力損傷。施工時要規(guī)范作業(yè)，避免不必要的損傷；施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)損傷，應(yīng)立即采取措施，消除隱患方可進(jìn)行下一步操作。定期更換油桿桿，加強(qiáng)作業(yè)質(zhì)量檢測，減少非正常因素對抽油桿的損傷。

3 結(jié)語

管桿是機(jī)械采油的重要組成部分，其運(yùn)行性能不僅關(guān)系企業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行，還涉及維修成本。管桿在工作過程中損傷必不可免，但可通過科學(xué)合理的預(yù)防措施，消除非正常損傷，減輕或延緩正常損傷的影響，確保油井生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

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