抽油桿斷脫原因分析及對(duì)策

王嘉杰

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司陜西技術(shù)服務(wù)分公司，陜西西安 710082）

抽油桿斷脫原因分析及對(duì)策

王嘉杰

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司陜西技術(shù)服務(wù)分公司，陜西西安 710082）

抽油桿發(fā)生故障會(huì)對(duì)油田的正常工作產(chǎn)生影響，從疲勞、偏磨、腐蝕狀況、脫扣等方面，研究了抽油桿斷脫的相關(guān)問(wèn)題，并針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決辦法。

抽油桿；疲勞；偏磨

抽油桿作為有桿抽油系統(tǒng)中傳遞動(dòng)力的相關(guān)部件，是抽油系統(tǒng)的重要部位，也是比較容易出問(wèn)題的地方。在正常的工作中，因?yàn)槭艿骄圮壽E變化、原油易結(jié)蠟、介質(zhì)易腐蝕等很多因素的影響，造成了抽油桿斷、桿脫的頻繁發(fā)生。某隊(duì)因?yàn)槌橛蜅U發(fā)生故障，修了75井次。結(jié)果，抽油桿故障引起的油井頻繁上修，就影響了正常的工作和生產(chǎn)。所以，對(duì)抽油桿的斷脫原因進(jìn)行實(shí)際研究，有針對(duì)性的采取一些必要措施，延長(zhǎng)抽油桿使用壽命，對(duì)保持油田的正常生產(chǎn)將起到積極的作用。

1 抽油桿斷裂原因

1.1 疲勞性破壞

1.1.1 服役時(shí)間超過(guò)了基本的安全期限

從計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果考慮，井隊(duì)的桿柱所承受的壓力在110～186MPa，根據(jù)鹽水的實(shí)際環(huán)境分析，則可承受的交變應(yīng)力周次大概為0.71×107～1.45×107次左右。井隊(duì)油井的平均沖次為5.4次/min，開(kāi)井時(shí)率為98.7%，則井隊(duì)抽油桿的安全使用期為2.5a左右。井隊(duì)2010年抽油桿斷裂有71.8%是使用壽命在2a以上的。

1.1.2 結(jié)蠟造成的影響

在正常生產(chǎn)過(guò)程中，油井結(jié)蠟是一個(gè)相對(duì)比較普遍的情況，蠟質(zhì)附著在桿、管面上，這樣就減少了流體的流動(dòng)空間，進(jìn)而增加了抽油桿的重量和流體的流動(dòng)阻力；流動(dòng)阻力又通過(guò)活塞轉(zhuǎn)嫁到抽油桿上，使抽油桿的最小工作應(yīng)力逐漸變小，最大工作應(yīng)力反而變大，應(yīng)力副作用加大，從而加劇了抽油桿的損壞。

1.1.3 共振影響

當(dāng)懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)頻率，即迫使振動(dòng)頻率和抽油桿柱的自振頻率相近或成整數(shù)倍的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生共振的情況，使振幅越來(lái)越大，惡化抽油桿的工作環(huán)境。

1.1.4 液擊影響

液擊主要發(fā)生在供液不足、氣體影響井。當(dāng)柱塞和液面接觸的瞬間，會(huì)對(duì)抽油桿產(chǎn)生一個(gè)較大的沖擊力，這種沖擊力會(huì)使抽油桿振動(dòng)加劇，增加應(yīng)力幅度，加劇抽油桿疲勞。

1.2 偏磨

在油井的正常工作中，桿管偏磨大概有2個(gè)影響方面：

（1）井深結(jié)構(gòu)的影響，從而造成的生產(chǎn)管柱部分彎曲，使得管桿偏磨；

（2）桿柱在工作過(guò)程中受到交變載荷的作用，從而產(chǎn)生部分彎曲發(fā)生變化，進(jìn)而造成偏磨。

1.2.1 井深結(jié)構(gòu)的影響引起偏磨

由于井斜、撓曲等井深結(jié)構(gòu)的作用，抽油桿在井下是呈曲線狀態(tài)，在彎曲的油管中，不可避免地與油管產(chǎn)生相互的接觸，從而導(dǎo)致桿發(fā)生機(jī)械磨損。

1.2.2 失穩(wěn)對(duì)偏磨的作用

抽油桿失穩(wěn)包括動(dòng)力失穩(wěn)和受壓彎曲失穩(wěn)。動(dòng)力失穩(wěn)是因?yàn)闂U體軸向和橫向應(yīng)力載荷變化，周期和載荷變化量越大，動(dòng)力失穩(wěn)就越大；彎曲失穩(wěn)來(lái)源于桿體在井筒內(nèi)橫向擺動(dòng)的劇烈程度和頻率變化。抽油桿的失穩(wěn)主要來(lái)源于襯套與柱塞間的摩擦力Ff和液體通過(guò)游動(dòng)凡爾時(shí)的流動(dòng)阻力Fv。

依據(jù)壓趕理論，桿柱發(fā)生彎曲的的臨界載荷P為：

式中，E＝20.59×104MPa；l為抽油桿單根長(zhǎng)度，8m。

如，井隊(duì)陽(yáng)61-53井，泵深1 687m，深井泵泵徑為￠44mm，桿柱組合為￠22mm×1 003m（3.136kg/m）+￠19mm×683.52m（2.35 kg/m），沖程2.5m，沖次6次/min。液體密度0.985 g/cm3，抽油桿密度7.8g/cm3，游動(dòng)凡爾閥孔面積6.421cm2，柱塞面積15.2 cm2，柱塞與襯套間隙取70um。

通過(guò)計(jì)算得：

由于P

1.3 腐蝕

由于工區(qū)內(nèi)長(zhǎng)3油藏地層流體中CO2、H2S等腐蝕性介質(zhì)，在流體流動(dòng)的過(guò)程中，不斷對(duì)抽油桿引起點(diǎn)腐蝕，根據(jù)腐蝕電化學(xué)了解，鐵質(zhì)桿在酸性物質(zhì)中會(huì)發(fā)生氫去極化反應(yīng)，形成溶于水的鹽，對(duì)抽油桿造成強(qiáng)烈的腐蝕。

2 抽油桿脫扣原因

抽油桿脫扣主要有下列幾個(gè)原因：預(yù)緊力不足、節(jié)箍磨損、懸繩器鋼絲繩打扭等。

2.1 預(yù)緊力不足

因?yàn)轭A(yù)緊力沒(méi)有達(dá)到要求，使抽油桿外螺紋接頭不僅受到較高的應(yīng)力幅度的作用，也受到外螺紋接頭在節(jié)箍中搖動(dòng)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，這樣就容易產(chǎn)生脫扣現(xiàn)象。

2.2 懸繩器鋼絲繩打扭

懸繩器鋼絲繩一般為交繞形式，在受力較大時(shí)有回捻現(xiàn)象，使其斷面存在一定的扭矩，該扭矩通常具有松扣效應(yīng)。通常情況下，懸繩器鋼絲繩打扭的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響不大，但對(duì)軸向應(yīng)力中和點(diǎn)以下抽油桿柱的松扣效應(yīng)不容忽視。

3 抽油桿的管理措施

1）合理的設(shè)計(jì)加重桿的長(zhǎng)度數(shù)值，優(yōu)化桿柱的模擬組合。依據(jù)井眼軌跡、生產(chǎn)參數(shù)的不同，合理設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)達(dá)到最佳組合。

2）依據(jù)流體成分的不同，針對(duì)長(zhǎng)3油藏腐蝕情況比較嚴(yán)重的井，使用KD級(jí)防腐桿。

3）加強(qiáng)液體防蠟、磁防蠟、熱洗清蠟等清防蠟工作的開(kāi)展，從而控制桿柱結(jié)蠟。

4）在抽油桿準(zhǔn)備下井工作之前，首先要清潔抽油桿外面的螺紋以及節(jié)箍，要保證必須的預(yù)緊力，盡量避免人為原因造成的抽油桿脫扣。

5）建立抽油桿換修的記錄。通過(guò)記錄的數(shù)據(jù)可以直觀地看出抽油桿服役情況和總使用時(shí)間，更為精確地了解到抽油桿的使用壽命。

[1]王殿科.抽油桿脫扣原因及脫扣部位的分布規(guī)律[J].石油機(jī)械，1994.

[2]劉鴻文.材料力學(xué)（上冊(cè)）[M].上海：人民教育出版社，1979.

Rod Break off Cause Analysis and Management

Wang Jia-jie

The normal operation of oilfield sucker rod failures have occurred impact，the author fatigue，eccentric wear，corrosion status of various aspects，tripping，etc.，to study the issues related to the sucker rod broken off，and to address this issue put forward the corresponding solutions.

sucker；fatigue；partial wear

TE933.2

A

1003–6490（2016）04–0027–02

2016–04–06

王嘉杰（1988—），男，北京人，助理工程師，主要從事現(xiàn)場(chǎng)修井、試氣試采工作。