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    抽油杆断脱原因剖析及防治措施探讨
    发布日期:2018-07-02

    近几年,随着油田挖潜力度的不断加大,老油田油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重,使得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。
      一、几种常见抽油杆类型及主要性能参数
      (1)常规钢抽油杆
      1998年我国几家单位合作研制成功的KD级抽油杆,采用23CrNiMoV钢,经正火加回火处理,抗拉强度达到793MPa,屈服强度620MPa。
      (二)强度抽油杆
      强度抽油杆承载能力比D级抽油杆提高20%左右,适用于深井、稠油井和大泵强采井,90年代以来北京巴威工贸总公司牟丰石油机械厂试制成功H级的强度抽油杆,平均抗拉强度提高到1020MPa。
      (三)玻璃钢抽油杆
      玻璃钢抽油杆具有重量轻、、疲劳性能好、没有疲劳   、可实现超行程,但其缺点也很明显,主要有价格贵,大约贵60%~85%;不能承受重压、耐温低、杆体不、报废后的抽油杆不能熔化回收利用。
      二、抽油杆断脱原因分析
      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,就胡庆油田的抽油井而言,根据断脱特征、部位及断脱原因分类统计,主要应从以下三个方面进行剖析。
      (1)疲劳破坏
      1.抽油杆工作条件。抽油杆在工作过程中,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七方面的力。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,使得下部抽油杆工作条件   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工面积达85%以上,不可避免地会有疲劳源存在,从而产生疲劳断裂。
      2.抽油杆强度分析。现代抽油杆强度计算都采用了   寿命疲劳设计,即把抽油杆的许用应力控制在疲劳   以下,以抽油杆工作循环次数大于0.1亿次,一般应用大拉应力与许用应力比较来校核强度。
      (二)抽油杆机械磨损
      1.直井下冲程抽油杆底部受压弯曲致使杆管偏磨。
      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F或综合重力W产生了一个水平分力Fx。在水平分力Fx(正压力)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。
      (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,如(CO3)2-、HCO3-、(SO4)2-,腐蚀性微生物等,伴生气中也会有CO2、H2S等腐蚀气体,由于存在这些腐蚀介质,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。
      三、抽油杆断脱综合防治措施探讨
      (1)综合防治原则
      抽油杆断脱的综合防治措施要以防杆断为,防治断脱相结合,采取综合技术措施和管理措施,实行区域性综合治理,力争在短期内见到整体治理效果。
      (二)综合防治措施
      在油杆断脱治理工作上即开展以油杆断脱治理为主的技术研究,推广适用技术和加强抽油杆化管理为主的措施。
      1.技术研究试验。
      (1)优化机杆泵匹配方案,大幅度降低抽油杆柱故障。“长冲程,慢冲数”的设计思路由于“三抽”技术配套不,在胡庆油田没有   体现效果,今后在胡庆油田试验“三提一降”匹配思路。
      即抽油机型可适当放大,减少5型机用量;抽油杆杆径放大,采用25mm小井眼杆扣,减少19mm抽油杆用量;提高泵径或泵筒长度;降低冲次,普遍推广6次/分以下参数。
      (2)油杆老化分析,预防断裂事故的发生。
      抽油杆故障频率分析:根据统计,胡庆油杆故障发生有两个高峰,一是2~3年内,故障率在15%左右,另一高峰在7年以后,故障率高达32%~47%,高峰是油杆质量导致,全井油杆中个别质量不合格问题暴露,高峰是操作造成,以后便是各种原因疲劳老化造成,因此要做好:下井前检验十规范使用十后期损伤检测、   换三个过程的控制。
      (3)引进抽油杆进行适用性试验。
      先,玻璃钢抽油杆。玻璃钢抽油杆具有,重量轻,弹性好和蚀的特点,其强度和同规格的D级钢杆相近,但重量只约为钢杆的1/3,弹性模量约为钢杆的1/4~1/5,降低了抽油机的悬点负荷,以大限度提高抽油杆的使用寿命。
      其次,H级杆。用强度H级抽油杆代替同规格D级抽油杆,由于H级抽油杆比同规格D级抽油杆的30%,在相同载荷条件下,疲劳两倍。
      再次,柔性抽油杆。柔性抽油杆是利用结构稳定、伸长量小、金属断面值高的密封钢丝绳制成,它具有弹性模量低(是钢质抽油杆的70%、重量较轻(是同规格钢质杆的70%)、抗拉强度大(是钢质抽油杆的1.3倍)、蚀、起下作业方便的特点。
      (4)推广适用技术,遏止腐蚀影响。缓蚀剂技术:目前,油井加入缓蚀剂是解决油井井筒和地面集输系统腐蚀的一种常用方法。其原理是通过缓蚀剂与金属表面的化学吸附,在金属表面形成牢固的表面反应膜,隔离腐蚀介质,达到保护金属,防止腐蚀发生的目的。
      2.推广技术。
      (1)普通井和小套井大直径光杆防断脱技术。要求所有生产油井全部配齐标准光杆和1″D级光杆及小套7/8″D级光杆,一般井口出现7/8″光杆,小套井出现3/4″杆光杆。
      (2)万向防脱器防断脱技术。它可以做轴向360°旋转,还能做纵向自由弯曲,使得抽油杆柱在斜井段变成柔性体,的防止了杆管柱的硬磨擦,一般在斜井滑杆以上30米、造斜点以上80米处各下一个防脱器,以释放扭矩,防断脱。
      (3)抽油杆底部加重技术。抽油泵在下冲程时,下端杆柱易受压产生弯曲,对杆柱寿命产生不利影响,为此采用抽油杆底部加重技术,加快柱塞入泵筒速度,减少下端杆柱应力,防止抽油杆疲劳断脱。
      (4)固体棒、锌阳节技术。通过在井筒投加固体棒和尾管与花管之间安装锌阳节可减缓油管杆的腐蚀速率。
      四、结论与认识
      1、影响油井抽油杆断脱的因素是相当复杂的,而且在同一口油井往往伴随着多种因素的并存,互相渗透,同时作用。但主要还是抽油杆的疲劳破坏、机械磨损、腐蚀破坏三个方面的原因。因此我们应该建立健全油管杆的入库检验、发放、现场使用资料,入库时要求“三证”及相关技术部门的检验证明,配备的入库检验手段,严格按照进货标准入库验收;对抽油杆要实行专车拉运,专人管理,建立健全油杆使用档案,进行跟踪评价;作业队要严格执行“五不下井”和作业质量保修制度,作业过程中实行工序管理,严把工序质量。
      2、抽油杆断脱问题的治理要坚持“以防杆断为,防治断脱相结合,采取综合措施,实施整体治理”的原则,开展抽油杆断脱治理工程。