抽油桿斷脫分析與防治對(duì)策

張華先

摘要：隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，抽油桿斷脫事故是造成抽油機(jī)井檢泵的主要原因，嚴(yán)重影響抽油機(jī)井的正常生產(chǎn);通過對(duì)抽油桿斷、脫的原因進(jìn)行詳盡的分析，并提出防治抽油桿斷脫的主要對(duì)策以及在日常生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：抽油桿;斷脫;偏磨;對(duì)策

1 抽油桿斷脫原因分析

1.1 抽油桿的受力狀況引起的斷脫問題

在傳遞動(dòng)力的過程中，抽油桿的負(fù)荷因?yàn)槌橛蜅U柱的位置而出現(xiàn)不同，上部的抽油桿的受力也相對(duì)較大，而其下部位置的抽油桿受力則相對(duì)較大。在一般狀況之下，抽油桿在液體中會(huì)受到重力、活塞以及上液柱荷載以及慣性力的影響，也會(huì)疏導(dǎo)抽油桿彈性幼兒的振動(dòng)力、液體與活塞運(yùn)動(dòng)中不一致或者泵沒有充滿等因素造成的沖擊荷載以及柱塞、泵筒等零部件之間的摩擦力的作用與影響。在上下沖程中因?yàn)槌橛蜅U受力大小差異較大，其上沖程中的抽油桿受力相對(duì)較大，而下沖程中抽油桿的受力則相對(duì)較小，對(duì)此有抽油桿就是一種在交變荷載影響之下的一種周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這也就會(huì)導(dǎo)致抽油桿在交變荷載作用之下造成抽油桿脫扣、斷裂等問題;而如果抽油桿超過應(yīng)力極限也會(huì)造成疲勞性的斷裂問題;毛辮子反轉(zhuǎn)也會(huì)造成抽油桿出現(xiàn)脫扣等問題。

1.2 抽油桿的機(jī)械磨損

由于抽油機(jī)井上行程中，抽油桿受拉，因此不存在彎曲，而在下行程中，抽油桿帶著柱塞下行時(shí)，桿柱上部要承受下部的重量受拉;泵內(nèi)的液體及泵筒內(nèi)壁對(duì)活塞的助力，致使桿柱下部收壓，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，使抽油桿失穩(wěn)，造成抽油桿產(chǎn)生螺旋彎曲，導(dǎo)致抽油桿與油管偏磨損壞。所以，重點(diǎn)研究抽油桿在下行中的受力狀態(tài)。根據(jù)抽油桿在下行中的受力狀態(tài)的理論分析，選取了8口抽油桿偏磨比較嚴(yán)重的井，并對(duì)這8口井抽油桿在下行中所受的力進(jìn)行實(shí)際計(jì)算。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨泵徑加大、泵深增加，下行時(shí)使抽油桿下部受壓的力也增加，相應(yīng)地桿管彎曲越嚴(yán)重。從2005年到2010年因桿斷脫檢泵的174口現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)下行磨損均有且較嚴(yán)重，說明下行桿柱受壓彎曲是偏磨的主要原因。

1.3 泵卡導(dǎo)致抽油桿斷脫

（1）深井泵砂卡就會(huì)造成抽油機(jī)桿斷脫問題。隨著底層出液會(huì)出現(xiàn)油井出砂等問題。而導(dǎo)致砂卡以及砂埋的問題不僅僅是地層出砂，泵結(jié)構(gòu)不合理也會(huì)加劇此種問題。常規(guī)的泵柱塞為階梯軸樁結(jié)構(gòu)，這也是導(dǎo)致砂卡的主要誘因，臺(tái)階經(jīng)常處于圓滑性過度，而在通過砂粒的磨損之下，就會(huì)與泵筒之間產(chǎn)生楔形環(huán)空里就會(huì)形成一個(gè)楔形的間隙，在楔角小于自鎖角時(shí)，楔形環(huán)空里存在較多的沙粒就會(huì)造成柱塞出現(xiàn)自鎖，無法上行這樣就產(chǎn)生砂卡，這樣就會(huì)造成油井抽油桿斷脫的誘因。（2）油管內(nèi)部出現(xiàn)偏磨性問題，導(dǎo)致鐵皮出現(xiàn)脫落造成卡泵等問題，進(jìn)而誘發(fā)斷脫。在油井的正常的生產(chǎn)作業(yè)中，因?yàn)榫币约疤鬃兊纫蛩赜绊?，?dǎo)致抽油桿與油套之間出現(xiàn)了偏磨，進(jìn)而產(chǎn)量鐵屑，在一般狀況之下這些鐵屑會(huì)隨著井液排出，但是部分的鐵屑會(huì)在油管與抽油桿的環(huán)形空間中進(jìn)入到泵筒中。在其出現(xiàn)較大的偏磨過程中，油井在出液量較少乃至不出液的時(shí)候，這些鐵屑就會(huì)在重力的作用之下進(jìn)入到泵筒中，嚴(yán)重的就會(huì)造成抽油桿斷脫等問題。

2 抽油桿斷脫的合理防治對(duì)策與手段

2.1 防斷

針對(duì)抽油桿材質(zhì)問題造成的桿斷，在抽油機(jī)井投產(chǎn)之初盡量選用優(yōu)質(zhì)材料制成的抽油桿，以延長(zhǎng)抽油桿的使用是壽命;在檢泵時(shí)對(duì)使用年限較長(zhǎng)的抽油桿及時(shí)更換，以達(dá)到延長(zhǎng)檢泵周期的目的。針對(duì)抽油桿偏磨嚴(yán)重造成的桿斷主要由以下幾點(diǎn)防治措施：①采用抽油桿扶正器并改進(jìn)抽油桿扶正器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，提高其耐磨性能;并根據(jù)抽油桿偏磨規(guī)律在易發(fā)生偏磨的桿段加裝抽油桿扶正器以減緩抽油桿的偏磨。②采用旋轉(zhuǎn)井口裝置防偏磨。該裝置是通過地面人力轉(zhuǎn)動(dòng)來改變油管與抽油桿的偏磨面，是磨損面均勻分布，從而達(dá)到桿管達(dá)到延長(zhǎng)桿管使用壽命的目的。另外安裝偏心井口的油井也可以轉(zhuǎn)動(dòng)井口也可以達(dá)到上述目的。③其他防治措施。合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，采用長(zhǎng)沖程、沖次的生產(chǎn)制度;合理設(shè)計(jì)尾管長(zhǎng)度，以減少油管底部彎曲;在抽油桿底部下加加重桿，使抽油桿柱的中性點(diǎn)下移，以減少抽油桿的彎曲;對(duì)結(jié)蠟嚴(yán)重的抽油機(jī)井，加強(qiáng)清防蠟工作。

2.2 加大扶正器和防偏磨接箍的使用力度

為了避免和減緩抽油機(jī)井的偏磨，可以加大抽油桿扶正器、防偏磨接箍的使用力度，及應(yīng)用一些新的防偏磨技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。針對(duì)斜井和定向井采取全井扶正防偏磨措施，針對(duì)普通偏磨井利用公式計(jì)算出偏磨井段采取扶正防偏磨措施，針對(duì)泵上連桿無防偏磨措施的問題采取安裝鍍塑防偏磨接箍的方式。2018年根據(jù)檢泵現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)29口存在不同程度的偏磨井應(yīng)用防偏磨接箍170個(gè)，扶正器54個(gè);更換偏磨抽油桿39根，油管357根;ZOH應(yīng)用鍍塑防偏磨接箍，共73口井使用，目前應(yīng)用效果良好。

2.3 應(yīng)用井下工具避免卡泵斷脫等問題

1）應(yīng)用防砂管避免地層砂進(jìn)入到泵筒中通過2根直徑大小不同的油管，在油管表面纏繞鋼絲網(wǎng)就會(huì)制作形成防砂管。在2根油管的表面上鉆適宜的孔洞，然后再小直徑的油管上纏鐵絲網(wǎng)，組合之后放到大直徑的油管中就會(huì)形成防砂管。2）應(yīng)用注塑桿為了有效的避免抽油桿因?yàn)槠栴}而出現(xiàn)鐵屑，可以合理的應(yīng)用注塑桿。注塑桿是現(xiàn)階段工藝較為成熟的一種油筒防偏磨的工藝手段，是現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的基礎(chǔ)性技術(shù)手段?？梢杂行У谋苊饨庸科栴}，也可以避免桿體偏磨。注塑體多數(shù)為增強(qiáng)的尼龍為主要原料，通過注塑一次成型，其外部接箍為流線型，有4條凹槽為流通管道，在整體上來說，其流動(dòng)面積相對(duì)較大，阻力也相對(duì)較小，具有良好的抗拉力、抗壓力以及耐磨、耐高溫的特征。在油井的正常生產(chǎn)中，在一些井斜度較大且偏磨嚴(yán)重的油井中應(yīng)用可以有效的避免抽油桿與油管出現(xiàn)偏磨以及鐵屑等問題。

2.4 適當(dāng)?shù)慕档蛥?shù)指標(biāo)

抽油桿的偏磨也會(huì)受到?jīng)_程、沖飲以及泵徑等因素影響。綜合這個(gè)幾個(gè)因素的不同影響程度以及調(diào)整的難易程度，在實(shí)踐中對(duì)其進(jìn)行分析塊發(fā)現(xiàn)，隨著沖次的不斷增加，最大應(yīng)力會(huì)不斷的變大，而最大許用應(yīng)力隨著緩慢變小，在兩者之間會(huì)存在臨界點(diǎn)，在超過臨界范圍之后，其最大應(yīng)力就會(huì)高于最大的許用應(yīng)力，這樣就會(huì)導(dǎo)致抽油桿出現(xiàn)斷脫等問題。對(duì)此，在實(shí)踐中，要加強(qiáng)對(duì)抽油桿的大泵徑、長(zhǎng)沖程以及低沖次等參數(shù)分析，合理配置，進(jìn)而濕度的降低抽油桿可以承受的最大應(yīng)力。

3 結(jié)語

有桿泵采油仍是目前最主要的采油生產(chǎn)方式之一，抽油桿斷脫原因的分析和防治對(duì)策應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)技術(shù)人員足夠的重視。因此在日常的生產(chǎn)中應(yīng)該著重做到以下幾點(diǎn)：①提高作業(yè)質(zhì)量，杜絕因作業(yè)質(zhì)量的原因造成抽油桿斷、脫。②加強(qiáng)抽油桿的質(zhì)量管理工作，嚴(yán)格杜絕不合格抽油桿下井并對(duì)超過使用年限的桿柱進(jìn)行更換。③嚴(yán)格按照API標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真優(yōu)化桿柱組合和確定合理的生產(chǎn)參數(shù)。④積極應(yīng)用防偏磨新工藝、新技術(shù)，已達(dá)到延長(zhǎng)抽油桿使用壽命的目的。

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