抽油機井桿斷脫原因分析與預(yù)防對策

馮學(xué)敏

【摘 要】在油田開發(fā)生產(chǎn)中，抽油機井抽油桿的斷脫是影響生產(chǎn)的重要原因，通過對油田抽油桿斷脫原因進行分析研究，提出預(yù)防抽油桿斷脫的預(yù)防對策方法，延長抽油桿的使用壽命，保證油井的正常生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】抽油桿；斷脫；防斷脫技術(shù)；預(yù)防對策

抽油桿是有桿抽油設(shè)備的重要部件，它將抽油機動力傳遞給井下抽油泵。抽油桿的疲勞強度和使用壽命決定和影響著整套抽油設(shè)備。油田有桿抽油井在機械采油中約占92%之多，隨著油田開采年限的增長，下泵深度不斷加深，由抽油桿斷脫而造成的維護、措施作業(yè)井有上升趨勢。抽油桿斷脫事故嚴(yán)重影響了原油產(chǎn)量，增加了修井費用，提高了原油成本。

1、抽油機井桿斷脫原因分析

1.1疲勞造成的破壞

（1）抽油桿的工作環(huán)境差。在實際的工作過程中，抽油桿受到不對稱循環(huán)荷載的作用，桿的上部分所承受的具有抽油桿柱、液柱、慣性荷載等幾個方面的荷載綜合力。其次還受到抽油桿運動過程中的摩擦阻力、管柱和油管柱彈性所導(dǎo)致的振動荷載，液擊所產(chǎn)生的沖擊荷載，同時由于井斜的變化和螺紋不同心、懸繩器擺動等多方面的因素綜合導(dǎo)致的扭力等七個方面的荷載和力等。同時抽油桿柱的荷載要隨著開采深度的加深而持續(xù)加深，致使抽油桿下半部分的張應(yīng)力轉(zhuǎn)換為了壓應(yīng)力。導(dǎo)致了抽油桿彎曲，在一定程度上提升了扭力和摩擦力。加重了抽油桿下部分工作的負擔(dān)，同時由于抽油桿所承受的荷載是不對稱循環(huán)的，實際上中和點以下的抽油桿未加工的面積超過了85%，致使設(shè)備產(chǎn)生了多處的疲勞源。疲勞源的存在容易引發(fā)抽油桿的疲勞斷裂。

（2）抽油桿的強度不足。當(dāng)前所使用的抽油桿強度一般使用無限壽命疲勞計算。實際上是將抽油桿的許用應(yīng)力保持在疲勞極限以下，致使抽油桿在理論上而言工作循環(huán)的次數(shù)與實際工作的循環(huán)次數(shù)相比大了107次。那么抽油桿的實際應(yīng)用過時也可以最大拉應(yīng)力以及許用應(yīng)力實現(xiàn)強度的比較和核查。

1.2桿柱組合設(shè)計不合理。由于桿柱設(shè)計不當(dāng)，使桿柱實際應(yīng)力超過其使用極限應(yīng)力，導(dǎo)致局部桿超載斷裂，或在設(shè)計中加重桿過少，使下部小規(guī)格抽油桿在下行程中承受壓應(yīng)力，變形后產(chǎn)生彎曲應(yīng)力而斷裂。

1.3工作參數(shù)不匹配。統(tǒng)計分析2017年來76次井次抽油桿桿體斷裂井的工作參數(shù)，發(fā)現(xiàn)泵徑越大、沖次越快，抽油桿斷越頻繁。其主要原因是：泵徑增大、桿柱載荷增大；沖次越大，慣性載荷和沖擊載荷增大，同時桿柱隨交變載荷的頻度加大，增加了抽油的疲勞斷裂。

1.4抽油桿的腐蝕。腐蝕是抽油桿失效的主要因素之一。油井產(chǎn)出液綜合含水上升，導(dǎo)致產(chǎn)出水與管桿本體鐵接觸，產(chǎn)出介質(zhì)的強腐蝕性導(dǎo)致腐蝕。偏磨表現(xiàn)在抽油機井的生產(chǎn)過程中；腐蝕是偏磨的催化劑，偏磨加劇腐蝕。

1.5抽油桿偏磨的原因分析。抽油桿斷脫井都有偏磨段，桿管偏磨主要是抽油桿柱下行程時遇到的阻力達到一定值后，抽油桿柱產(chǎn)生屈曲造成的，抽油桿工作時的往復(fù)運動，在傳遞力的過程中承受著各種載荷，各種載荷對抽油桿的作用比較復(fù)雜，上沖程時，抽油桿由于提升液體重量，使抽油桿與油管間不會產(chǎn)生大的摩擦；而下沖程情況則不同，軸向力和法向力作用于抽油桿―柱塞系統(tǒng)。

1.6沖次太高。統(tǒng)計桿斷井沖數(shù)高所占的比例較大，沖數(shù)過快，受改變運動方向的次數(shù)太多，說明隨著交變載荷增加，加劇了抽油桿疲勞狀態(tài)，動載荷增加，加大抽油桿的彎曲程度，增大了桿斷的機率。沖次越快，下部受壓桿越長，軸向壓力越大。對A井進行了桿柱運行過程中受力狀況測試，測試表明，沖次越小，桿柱在上下死點處所受的交變載荷和慣性載荷就越小，振動也就越?。粵_次越大，桿柱受壓段越長（即受力的中和點上移）。所以在滿足生產(chǎn)要求前提下，沖數(shù)盡可能小。

2、抽油機井桿斷脫預(yù)防對策

2.1對抽油井系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。通過預(yù)測油井的產(chǎn)能，考慮一定的工作年限，合理確定下泵深度；從經(jīng)濟和技術(shù)方面進行綜合論證，在降低沖刺、改變抽油桿組合或采用玻璃鋼抽油桿和改變泵徑等方面，選出確實可行的方案。

2.2建立油井抽油桿檔案。抽油桿檔案可了解抽油桿的服役條件和累積工作時間，準(zhǔn)確掌握使用壽命。抽油桿使用壽命一般為三年，三年服役期滿后，應(yīng)更換整個抽油桿柱，防止新舊混用。

2.3建立嚴(yán)格的回收檢測、修復(fù)管理制度。對于抽油桿不僅僅要清洗分類、肉眼觀測，還需要對使用過的和更換的抽油桿進行表面缺陷、內(nèi)在質(zhì)量和螺紋連接性能、抗拉強度等項目進行全面檢測。對可修復(fù)的缺陷進行修復(fù)，經(jīng)檢查和修復(fù)的合格抽油桿繼續(xù)下井使用，而對不合格的予以報廢。這不僅可以充分利用抽油桿，而且還會消除事故隱患，減少抽油桿斷脫率，降低躺井，為油田創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

2.4抽油桿斷脫及偏磨的防治策略。優(yōu)化機桿泵匹配的方案。通過對機桿泵匹配狀況的分析，在很大程度上降低了抽油桿柱的故障。通過適當(dāng)放大抽油機型，放大抽油桿徑。提高泵徑或者泵筒的長度，降低沖次。強化油桿的老化分析，防止抽油桿斷裂事故。根據(jù)實際統(tǒng)計了解到，抽油桿的故障大約有15%發(fā)生概率，而有32%～47%將在七年后抽油桿概率。全井油桿中由于質(zhì)量不合格導(dǎo)致了在油桿在使用不久后發(fā)生斷裂故障，抽油桿斷裂故障很大程度上是由于操作不當(dāng)造成的。此外便是各種疲勞老化原因造成的。并且還應(yīng)在下井前進行檢驗，在使用過程中實現(xiàn)規(guī)范的操作，以及后期損傷檢測和更換等三個過程控制。

2.5引進高強度的抽油桿。做好適用性試驗。首先，可使用玻璃鋼材質(zhì)的抽油桿。玻璃鋼材質(zhì)的抽油桿具有較高的強度，同時重量也不高，具有較好的彈性和耐腐蝕性，玻璃鋼油桿強度相比于同樣規(guī)格的D級桿較為相似，但重量僅為同規(guī)格D級桿的1/3，彈性模量是鋼桿的1/4～1/5，減少了抽油設(shè)備的負荷，最終提高了抽油桿的使用時間和壽命。

2.6提高防斷脫技術(shù)的應(yīng)用。通過適當(dāng)?shù)姆乐箶嗝摰募夹g(shù)，有效防止了在腐蝕環(huán)境下的抽油桿受到的腐蝕。當(dāng)前油井的生產(chǎn)過程中，可增加緩蝕劑防止抽油桿的腐蝕。緩蝕劑的防腐蝕原理是根據(jù)緩蝕劑以及金屬表面的化學(xué)吸附，從而在金屬表面形成了堅固的反應(yīng)膜，有效隔離了環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)，保護了設(shè)備中的金屬物質(zhì)，防止了設(shè)備和系統(tǒng)的腐蝕。

2.7調(diào)整工作制度。抽油桿的受力狀況可以通過調(diào)整工作制度來實現(xiàn)，大沖程、小沖數(shù)、合理泵徑。如果連斜數(shù)據(jù)顯示其中下部井身結(jié)構(gòu)不好，在條件允許的情況下，適當(dāng)上提泵掛?；虿扇∥补芗颖孟卵b置結(jié)構(gòu)，既起到防止油管蠕動的作用，又降低了泵吸入口深度。制定合理洗井周期。定量加除垢劑和在泵下加防垢塊。

2.8加強抽油桿管理

（1）新、舊桿統(tǒng)一實施分級管理。對抽油桿進行分級管理，統(tǒng)一分級規(guī)范。運用過的抽油桿通過清洗―除銹―探傷―修復(fù)并打上鋼印后分級存放。就是分尺寸、依照使用年限分級存放與應(yīng)用。加強對含/高含硫化氫油井抽油桿管理通過嚴(yán)格檢查合格的才可以下井應(yīng)用。對硫化氫含量>5000mg/m3的油井盡量應(yīng)用全新抽油桿。

（2）增強抽油桿入井管理。增強對修井隊操作標(biāo)準(zhǔn)的管理，防止操作不當(dāng)而引發(fā)的抽油桿、接箍損傷，減少由于人為損傷因素導(dǎo)致的抽油桿斷裂。

3、結(jié)語

總之，防止抽油桿的斷脫，是一項長期復(fù)雜的系統(tǒng)工種，需要油桿管理，作業(yè)施工、桿柱設(shè)計、配套工藝等多方面綜合治理才能取得較好的效果。在整個抽油桿斷裂因素分析和治理的過程中，要注重分析每一個步驟，預(yù)防抽油桿斷裂的產(chǎn)生，要加強管桿斷脫防治技術(shù)的研究，應(yīng)用推廣新工藝、新技術(shù)，延長抽油桿使用壽命。

【參考文獻】

[1] 李向東.抽油桿斷脫原因及防治措施[J]. 今日科苑， 2010，（06）

[2] 王顯豐，佟雪松.抽油桿斷脫的原因及預(yù)防措施[J].化學(xué)工程與裝備，2009，（09）