遼河油田抽油桿經(jīng)濟(jì)壽命的探索與研究

薛磊

摘要：目前抽油桿使用情況是，受資金能力限制，每次修井作業(yè)外觀檢查或者經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易漏磁檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷，就繼續(xù)入并使用。每年因抽油桿超期服役問(wèn)題導(dǎo)致修井費(fèi)用占全部修井費(fèi)用的22- 30%，修井要支付相當(dāng)可觀的作業(yè)費(fèi)用;同時(shí)占用影響正常生產(chǎn);修井過(guò)程中桿柱起下造成接箍咬傷、絲扣磨損或桿柱彎曲變形;低壓地層修井洗井引起無(wú)效排液損失;個(gè)別造成地層污染。怎樣科學(xué)細(xì)化合理確定抽油桿經(jīng)濟(jì)壽命，既使抽油桿物盡其用，又不造成因提前更新資金浪費(fèi)，是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)且有意義的課題。

關(guān)鍵詞：遼河油田;抽油桿;經(jīng)濟(jì)壽命;探索

1.影響抽油桿使用壽命因素分析

現(xiàn)場(chǎng)抽油桿失效的主要形式有抽油桿接頭過(guò)渡處產(chǎn)生裂紋斷裂或抽油桿體接箍絲扣拉脫以及拍油桿偏磨。影響損壞的原因主要有：

抽油井工作制度選擇不當(dāng)?shù)挠绊憽＿B續(xù)和間斷生產(chǎn)運(yùn)行方式不同，抽油桿工作時(shí)間不同，直接影響著由油桿有效應(yīng)力循環(huán)次數(shù);抽油桿沖程、沖次及抽油泵直徑的選擇，影響到抽油桿的靜載和加速度慣性載荷，體現(xiàn)為應(yīng)力幅度和循環(huán)疲勞次數(shù)：抽油泵泵掛深度和沉液度影響抽油桿柱長(zhǎng)度，也影響到桿柱的靜、動(dòng)載荷;拖動(dòng)抽油機(jī)的型式選擇有一定的影響，每種機(jī)型運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)載荷差別很大，反應(yīng)到桿柱的應(yīng)力也不相同。

抽油桿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。設(shè)計(jì)過(guò)程中，出于對(duì)經(jīng)濟(jì)因素考慮，在滿足生產(chǎn)的條件下，盡量選擇小結(jié)構(gòu)尺寸的抽油桿，即減少投資也降低拖動(dòng)抽油機(jī)的功率配備，這使得抽油桿承受過(guò)載或其它特殊因素的能力降低;桿柱設(shè)計(jì)選擇的桿徑、長(zhǎng)度比例、輔助工具結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量，也影響薄弱環(huán)節(jié)提前損壞;如果僅考慮設(shè)計(jì)或施工簡(jiǎn)單，只選一種尺寸抽油桿組合，結(jié)果額外增加了桿柱本身的負(fù)荷。

油層產(chǎn)出物成分的影響。抽油桿柱與油管環(huán)行空間充滿油、水、蠟等各種成分，不同成分對(duì)抽油桿柱有著不同的影響。高粘度稠油使抽油桿下沖程遇阻，易造成桿柱彎曲產(chǎn)生附加載荷;稠油通過(guò)單井集油線產(chǎn)生較大背壓增大抽油桿負(fù)荷;高含蠟原油因蠟的析出增加抽油桿負(fù)荷;原油中Ca+2、Mg+2離子等結(jié)垢會(huì)在一定程度上增加抽油桿負(fù)荷;為防止結(jié)垢需要進(jìn)行加藥處理，化學(xué)藥品又帶來(lái)抽油桿柱的腐蝕;原油含砂導(dǎo)致抽油桿柱磨損或卡泵，增加抽油桿載荷;修井過(guò)程中絲扣清洗不凈使預(yù)緊達(dá)不到要求，造成抽油桿故障隱患;油井中C1-1、HS-1、C0-2游離水等腐蝕介質(zhì)，通過(guò)電化學(xué)腐蝕、點(diǎn)蝕、銹蝕等不同程度形成抽油桿尖而深的腐蝕點(diǎn)或槽。腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕直接影響到抽油桿的壽命。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理的影響。抽油機(jī)上下沖程平衡調(diào)整非常重要，如機(jī)構(gòu)運(yùn)行存在亞重不平衡，則抽油桿柱勢(shì)必要在承受靜載同時(shí)承受一個(gè)較大的動(dòng)載荷，動(dòng)載荷的大小取決于機(jī)構(gòu)不平衡的程度。動(dòng)載荷加大可能使抽油桿柱超載或嚴(yán)重超載;洗井過(guò)程中洗井液溫度低起不到熔蠟效果，洗井溫度過(guò)高又會(huì)因桿柱絲扣熱變形造成松脫;砂巖油藏化學(xué)解堵或灰?guī)r油藏?cái)U(kuò)大裂縫經(jīng)常用到無(wú)機(jī)酸處理，排酸液不凈同樣會(huì)加快抽油桿柱的腐蝕。

油井自身?xiàng)l件的影響。斜井、定向井抽油中，盡管采取了加扶正器等措施不同程度減少了摩擦，但桿柱仍要承受摩擦磨損，還要承受彎曲力矩（統(tǒng)計(jì)表明在抽油桿接頭過(guò)渡處90-100mm彎曲斷裂最多，個(gè)別彎曲應(yīng)力達(dá)到| 68%）。

有修井操作過(guò)程帶來(lái)的影響。抽油桿之間周向位移與預(yù)緊力和桿徑有直接關(guān)系。修井過(guò)程中操作工往憑個(gè)人經(jīng)要習(xí)慣工作，可能會(huì)出現(xiàn)預(yù)緊力矩不足或過(guò)大、力矩過(guò)大，公螺紋會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力而屈服或使接箍端面變形，使母扣直徑增大向外擴(kuò)張，力矩過(guò)小易出現(xiàn)松扣滑脫。錘擊臺(tái)肩會(huì)擠裂硬表層，尤其在小直徑情況下更嚴(yán)重。螺紋絲扣清潔程度和施加的潤(rùn)滑劑數(shù)量、質(zhì)量有很大關(guān)系，絲扣不清潔扭緊達(dá)不到預(yù)緊力要求，容易造成抽油桿運(yùn)行中脫扣。

2.抽油桿使用經(jīng)濟(jì)壽命的確定

根據(jù)材料力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)理論中合金鋼有效應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，考慮到抽油機(jī)沖次以及因修井作業(yè)、設(shè)備保養(yǎng)、洗井、停電等因素影響的工作時(shí)間，如果抽油桿載荷在許用范圍內(nèi)，那么抽油桿的使用壽命大概在4-5年。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用的抽油桿壽命有的達(dá)到了7-8年，相反也有些使用時(shí)間卻只有2-3年。事實(shí)上，抽油桿即使達(dá)到了這個(gè)循環(huán)值并不代表材料會(huì)馬上失效，甚至有些使用時(shí)間還很長(zhǎng)。到底抽油桿使用壽命是多少？按照材料力學(xué)、斷裂力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)理論分析抽油桿實(shí)際工作壽命應(yīng)由如下幾個(gè)方面因素決定：

抽油桿本身的承載能力：

當(dāng)P[σ]≤P，即抽油桿處于過(guò)載狀態(tài)時(shí)，抽油桿的壽命取決于材料的屈服強(qiáng)度σs和抗拉強(qiáng)度σb的極限值，通常壽命比較短?，F(xiàn)場(chǎng)抽油桿超負(fù)荷工作狀態(tài)下短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的斷桿或絲扣脫落即此原因。

當(dāng)P[σ]≥P，即抽油桿承載能力大于實(shí)際使用載荷時(shí)，二者差值越大，抽油桿工作安全系數(shù)越大，其中σmax一般發(fā)生在抽油桿上沖程，σmin發(fā)生在抽油桿下沖程。通常為分析簡(jiǎn)化，把下沖程的抽油桿拉伸載荷忽略不計(jì)，因此相應(yīng)的σmin也不再考慮，則影響抽油桿壽命的主要因素是工作過(guò)程中的非對(duì)稱循環(huán)載荷，可以推論抽油桿的有效循環(huán)疲勞壽命N與σmax成反比，即σmax值越小N越大，這就是現(xiàn)場(chǎng)使用中某些低負(fù)荷井抽油桿使用壽命有的達(dá)到7-8年的原因。

3.提高抽油桿使用壽命的有關(guān)措施

理論計(jì)算分析有一定的指導(dǎo)意義，但是與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程總會(huì)有一定差距。通過(guò)加強(qiáng)使用過(guò)程管理，也可以有效提高使用壽命。

一是按照抽油井的負(fù)荷情況運(yùn)用機(jī)泵圖桿管表或優(yōu)化軟件進(jìn)行桿柱組合、配套工具（聚酰胺包橡膠接箍、滾珠接箍）、抽油泵精度、拖動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)選擇。

二是科學(xué)分析產(chǎn)出液理化性質(zhì)，尤其是腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，在適當(dāng)增大冗余能力的基礎(chǔ)上，必要時(shí)對(duì)抽油桿柱進(jìn)行磷化、涂鍍離子型覆蓋層、鍍鋁、熱滲鋅或噴涂鋅等措施，提高桿柱抗腐蝕疲勞強(qiáng)度。

三是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)維護(hù)。嚴(yán)格施工過(guò)程管理，保持絲扣清洗徹底，潤(rùn)滑良好。發(fā)揮渦流探傷現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)作用，防止不合格抽油桿人井。把握操作規(guī)范，使預(yù)緊力矩達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。施工過(guò)程嚴(yán)禁拋擲、敲擊等違規(guī)作業(yè)。運(yùn)輸過(guò)程中保持四點(diǎn)以上支撐。存放期間及時(shí)消除氧化皮，作好防腐及確保絲扣完好。

細(xì)化量化抽油桿使用管理，需要更新觀念，科學(xué)分析認(rèn)識(shí)對(duì)待“修舊利廢”，克服盲目追求“修舊利廢”，使抽油桿效能得到充分發(fā)揮，提高因抽油桿原因修井的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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