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    抽油杆断脱原因分析
    发布日期:2018-06-07

    近几年,随着油田挖潜力度的不断加大,油井泵深不断增大,而老油田抽油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重,使得抽油杆断脱井次不断增加,不仅困扰着油井的正常生产,而且增加了采油成本,近几年这一矛盾表现得   加突出。
      抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用,再加之定向井的偏磨,使其成为机械采油中叫一靠性低的设备,很容易发生断脱。导致抽油杆柱断脱的原因是多方面的,影响因素也错综复杂,主要应从以下三个方面进行剖析。
      一、疲劳破坏
      1、抽油杆上作条件
      抽油杆在上作过程中,承受不对称循环载荷的作用,上部光杆承受的载荷包括:抽油杆柱的载荷,液柱载荷,抽油杆柱、油管柱和液柱的惯性载荷,抽油杆柱在运动中受的摩擦阻力,抽油管柱和油管柱的弹性引起的振动载荷,由液击引起的冲击载荷,由井斜变化、螺纹不同心、悬绳器摆动等因素造成的扭力等方面的力。而抽油杆柱承受的载荷随有所变化,如抽油杆柱载荷越往下越小,加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用,在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力,迫使抽油杆弯曲,增大了扭力和摩擦力,使得下部抽油杆上作条件   加恶劣。因此,抽油杆柱承受的不是简单的不对称循环载荷,而实际上中和点以下的抽油杆承受的是不对称拉压循环载荷,加上抽油杆柱本身未加上面积达850,6以上,不可避免地会有疲劳源存在,从而产生疲劳断裂。
      2、负荷变化引起的疲劳破坏分析
      光杆负荷在上下冲程中是不相同的,在产量的前提下,长冲程和小冲次可以使负荷变化小,负荷的变化主要与光杆的冲程和抽油机悬点负荷有关。由于泵阀的作用,上冲程时抽油杆承受着液柱重量,下冲程时液柱的重量便作用在油管上。因此,上冲程开始时,举升的液柱重量会使抽油杆的负荷发生突然变化,冲次愈高负荷愈大,这种负荷的突变愈强烈。由于负荷反复变化的冲击,疲劳破坏是抽油杆所有损坏形式的基本特点,疲劳破坏往往是由于弹性   的交变压力造成的,弹性   是不使金属产生变形的大负荷。抽油杆因反复拉仲作用而产生裂纹,则属于应力疲劳破坏。
      二、乎由油杆机械磨损
      1、底部受压弯曲致使杆管偏磨
      直井抽油杆弯曲产生于下冲程。在下冲程时,抽油杆带着柱塞下行,固定阀关闭,排出阀打开,液柱作用在油管上,使油管仲直。而抽油杆柱承受在液柱中的重力,杆柱与液体之间的摩擦力,采出液体通过排出阀的液流阻力所产生的向上作用力,下行时特别是在活塞游动凡尔打开前的瞬间,由于泵内液体及泵筒内壁对活塞的阻力,加之以上力的作用,导致使整个杆柱下部受压上部受拉,拉压之间存在一既不受拉又不受压的中和点,中和点以下,杆柱受压失稳弯曲,弯曲的杆柱与油管内壁接触,相对运动造成杆管磨损。通过计算发现,随泵径加大,泵深增加,中和点以下长度在杆柱个长中所占比例增加,相应地杆柱弯曲越严重。现场发现下行磨损均有且较严重,说明下行杆柱受压弯曲是偏磨的主要原因。
      2、井斜引起的机械磨损
      由于井斜,使油管产生弯曲,在抽油井生产时,抽油杆的综合拉力或综合重力产生了一个水平分力。在水平分力的作用下,油管和抽油杆相互接触产生摩擦。上冲程时,使抽油杆与油管内壁的一侧产生磨损,下冲程时,抽油杆弯曲与油管内壁的另一侧面产生摩损。弯曲度越大,磨损越严重,不仅抽油杆接箍与油管内壁产生磨损,而且抽油杆本体也与油管内壁产生磨损。
      3、含水升高,杆管磨损加剧
      当杆与管相接触发生滑动摩擦时,磨损速度与它们之间的润滑状态有关,而水的摩擦系数远远大于油的摩擦系数,另外通过计算发现,含水升高,抽油杆下行时,使抽油杆的中和点下移,加剧抽油杆弯曲。
      三、抽油杆腐蚀破坏
      绝大多数油井,在中后期产出液都会含水,而产出水中又含有各种腐蚀介质,腐蚀性微生物等,伴生气中也会有CO2、H2S等腐蚀气体,由于存在这此腐蚀介质,加上抽油杆承受的是不对称循环载荷,所以腐蚀损坏便成为油杆断裂的又一主要原因。
      1、二氧化碳的影响
      地层水中含有大量的CO2,它是由地球的地质化学过程产生的,当水中有游离的COz存在时,水旱酸性反应,由于水中H+离子的量增多,就会产生氢去极化腐蚀,所以游离的CO2腐蚀,从腐蚀电化学的观点看,就是含有酸性物质而引起的氢去极化腐蚀。CO2溶于水旱弱酸性,因为弱酸只有一部分电离,所以随着腐蚀过程的进行,消耗掉的氢离子会被弱酸的继续电离所补充。钢材受游离CO2腐蚀而生成的腐蚀产物都是易溶的,在金属表面不易形成保护膜。CO2腐蚀坑通常是圆底,侧面很陡,连成一片,产生虫蛀效应。
      2、硫化氢的影响
      含硫油田中与油水共生的水往往含有硫化氢,碳钢的阳极产物铁离子与水中硫离子相结合生产硫化铁。硫化铁的溶度积很小,是一类难溶沉淀物,它常以黑色粉末或垢的形式附着在油杆表面。含H2S的水对金属材料的腐蚀破坏还有两种类型:一是氢脆,电化学腐蚀产生的氢渗入钢材内部,使材料韧性变差,引起微裂缝,使钢材变脆。二是硫化物应力腐蚀,在拉应力和残余应力作用下钢材氢脆裂纹发展,致使钢材破裂。以上两种腐蚀可能在征兆的情况下,在短时间突然发生,这应是预防的。H2S腐蚀坑是随机排列的,旱圆锥形,侧面较陡,坑的边缘圆滑,坑之间不相连,腐蚀物旱黑色,较粘,有硫化氢味。