吳起作業(yè)區(qū)抽油桿斷脫機理與防脫技術(shù)

顧燕　李龍　武立鶴

摘 要：抽油桿斷裂引起的井下作業(yè)在油井維修中占很大比例，作業(yè)成本逐年上升，嚴重影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。加大技術(shù)投入，加強工藝管理，減少抽油桿斷裂，已成為提高井下作業(yè)質(zhì)量的必由之路。新寨作業(yè)區(qū)雖然剛進入了開發(fā)鼎盛時期，但由于抽油桿斷裂引起的抽油機檢查占全年總工作量的比重較大，制約了油田的生產(chǎn)，增加了原油的生產(chǎn)成本。為此，我們開展了抽油桿斷脫機理分析、防偏磨技術(shù)、防斷、防脫技術(shù)，并通過加強抽油井生產(chǎn)管理，提高作業(yè)質(zhì)量，強化抽油桿的分級管理，取得了明顯的效果。

關(guān)鍵詞：油桿斷脫;偏磨;優(yōu)化組合

1 地質(zhì)概況

新寨作業(yè)區(qū)目前管理2個油田、5個區(qū)塊，4個主要含油層系，其中Y9、Y10、長4+5、長6層系主力層，其中長4+5和長6層系為新寨作業(yè)區(qū)的主力油藏。姬源油田主力油藏為三疊系的長6油藏，油層深度在1900-2100米，該油層原油油氣比大，深井泵受氣體影響大，蠟質(zhì)含量高，井筒結(jié)蠟嚴重，部分油井投產(chǎn)后含水很高，導致管桿有輕微結(jié)垢。

2 井下作業(yè)概況

截止2010年7月維護性作業(yè)中，油桿故障占作業(yè)比例的14.5%;其中抽油桿斷脫是造成我區(qū)油井上修的主要原因之一。

2.1 桿故障原因分類

2010年對頻繁斷脫的油井進行全井更換、桿柱優(yōu)化組合、使用防磨短節(jié)，油桿斷脫較去年同期相比，比例大幅減少，效果顯著。

2.2 抽油桿斷脫機理分析

2.2.1 桿組合設(shè)計不當

由于抽油桿柱設(shè)計不當，因此，桿柱的實際應(yīng)力超過其極限應(yīng)力，導致桿柱局部超載斷裂，或設(shè)計中較重桿件過少。導致較低的小規(guī)格的抽油桿承受壓應(yīng)力在接下來的行程，變形后產(chǎn)生斷續(xù)彎曲應(yīng)力。

2.2.2 工作參數(shù)匹配的影響

通過對今年1-7月抽油桿脫離井工作參數(shù)統(tǒng)計分析，研究發(fā)現(xiàn)，泵的直徑越大，沖程越快，抽油桿斷裂的頻率越高。主要原因有：泵的直徑增大，泵桿載荷增大;隨著沖擊次數(shù)的增加，慣性載荷和沖擊載荷均增大。桿柱的頻率隨交變載荷的增大而增大。

2.2.3 腐蝕因素是導致抽油桿失效的主要因素之一。

產(chǎn)生的腐蝕液在抽油桿桿的身體會加速損壞，因為它會形成脆性層和表面腐蝕斑點的棒的身體，這將導致應(yīng)力集中和疲勞紋，并最終導致抽油桿的腐蝕疲勞斷裂。

2.3 疲勞斷脫

現(xiàn)代抽油桿強度計算采用無限壽命疲勞設(shè)計，但抽油桿的許用應(yīng)力控制在疲勞極限以下。事實上，由于現(xiàn)場條件復(fù)雜，影響桿件性能的因素很多。抽油桿循環(huán)工作一定的次數(shù)后，很容易達到疲勞期，因此，應(yīng)考慮定期更換抽油桿。

2.4 部分更換

為了節(jié)約成本，油田通常只更換有缺陷的抽油桿，即部分更換抽油桿。其結(jié)果是一個惡性循環(huán)，在這個循環(huán)中，部件不斷被替換，而沒有被替換的部件則被破壞。同時，由于責任的缺失，部分更換也會導致桿件裝配不當，從而加速桿件的斷裂。

3 抽油桿脫扣原因分析

3.1 初始預(yù)緊力的影響

一旦螺紋連接預(yù)緊力不足，其對動載的阻力將大大降低，因此初始預(yù)緊力不足，是影響桿脫的重要因素。隨著上下沖程載荷的變化，抽油桿的螺紋接頭和聯(lián)軸器也會發(fā)生伸長和壓縮變形的變化，內(nèi)外螺紋的接觸面會有相對運動的趨勢。從而逐步松扣。

3.2 振動的影響

抽油桿在上下沖程中受到一定的振動。在整個柱的兩端，振動力較大。

4 抽油桿斷脫預(yù)防措施

4.1 油井管理上，采取了下列措施

①及時診斷泵浦，根據(jù)診斷調(diào)整沖程、沖頭。經(jīng)常去部分抽油桿，采用長沖程慢沖次方法，減少交變負載的頻率，減少疲勞斷脫。2010年1-7月累計進行工作制度優(yōu)化112井次，通過對工作制度的優(yōu)化，既發(fā)揮了油井潛能，又最大限度的減少了磨損，提高了系統(tǒng)效率;②對砂蠟影響嚴重的油井，采油組應(yīng)加強油井熱洗加藥工作，合理安排熱洗加藥周期。提高采收率，防止因停井時間長而引起的開井負荷增加而導致斷桿。調(diào)整熱清洗清蠟周期，采用化學防砂，確保井筒不堵塞、不卡鉆，降低桿柱負荷。增加維護措施，如熱清洗和清蠟，使卡堵現(xiàn)象大幅減少。

4.2 加強作業(yè)質(zhì)量監(jiān)督

為確保施工質(zhì)量，今年以來，作業(yè)區(qū)域加強了現(xiàn)場跟蹤監(jiān)督的全過程，以減少從下桿柱發(fā)生碰撞、刮擦、擦拭等對人體的傷害，并及時更換管桿，避免有嚴重缺陷的管桿入井。

4.3 防脫技術(shù)的應(yīng)用

高強度防脫扣器廣泛應(yīng)用于抽油井頻繁脫扣作業(yè)中。通常將抽油桿串與井內(nèi)抽油桿串串聯(lián)，抽油桿串的柔性旋轉(zhuǎn)可以減輕抽油桿串螺桿彎曲變形引起的釋放扭矩，從而達到防止抽油桿斷開的目的。

5 結(jié)論與認識

桿柱疲勞、偏磨和腐蝕是導致抽油桿失效的主要原因，抽油桿斷裂是多種因素綜合作用的結(jié)果，主要與抽油桿的制造質(zhì)量、抽油桿柱的設(shè)計、作業(yè)質(zhì)量、超期服役、井況有關(guān);預(yù)防抽油桿斷裂是一項長期而復(fù)雜的系統(tǒng)工作，需要在抽油桿管理、作業(yè)施工、抽油桿柱設(shè)計、配套技術(shù)、井管理等方面密切配合、共同實施。