一、抽油机井杆断脱现状及原因分析
1、抽油机井杆断脱现状
2015年上半年某单位抽油杆断脱检泵90井次,占抽油机检泵井的比例为48.1%,平均检泵周期602天。
2、抽油机井杆断脱原因分析
统计2015年所有抽油杆断脱的井,有两个高峰,一是1~3年内,占杆断检泵井的18.9%,另一高峰在7年以上,占杆断检泵井的46.7%。高峰抽油杆质量是造成断脱的主要原因。高峰期主要以长期腐蚀、高冲次、大交变载荷等引起的疲劳损坏为主,疲劳断脱是抽油杆断的主要原因。
(1)抽油杆质量
受抽油杆加工工艺影响,抽油杆杆端头及丝扣锻造时加热到1200℃,在距离杆两端30cm处温度骤降,虽然后期淬火处理,但是仍属于受力薄弱点,易断裂。
(2)抽油杆疲劳断脱
抽油杆在工作过程中,承受不对称循环载荷的作用,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。加之上冲程开始时,冲次越高,举升的液柱重量使抽油杆负荷的突变就越强烈。疲劳损坏也就成为抽油杆所有损坏形式的基木特点。
(3)械磨损断脱
随着油田进入特高含水期,含水升高,由于水的摩擦系数远远大于油的摩擦系数,也加剧了杆管间的磨损。
因此,弄清抽油杆疲劳断脱的界限,并通过技术手段对隐患井进行及早预防是治理杆断的一个手段。
二、抽油机井杆疲劳断的预防
从载荷与抽油杆截面积的比值来抽油杆的循环应力,可知杆疲劳损坏主要是受、载荷的影响,其决定因素有杆径、含水,冲程、冲次等。
1、降低抽油机井含水
假设一口抽油机井A,其冲程3米,冲次7次、抽油杆杆径为19mm的抽油机井,产液20t,但其含水在80%到之间发生较大的波动。通过计算可得出随着含水上升,许用应力的变化较小,但应力随之增大,含水高值点对应的应力已经超出了许用应力。可见,含水会对抽油杆疲劳寿命产生较大的影响。
因此,对部分高含水井可采取堵水、对应调整注水量等措施,实现降含水增效益的目的,降低水的摩擦系数及油井载荷,延长杆的使用寿命。
2、加大抽油杆杆径
同理,其他参数均不变将A井抽油杆径由19mm增加到22mm。此时再进行计算,可知,随着杆径的增加,许用应力显著提高,但应力基木不变,可见抽油杆选型过小也会造成杆的疲劳断裂。
因此,要在对生产条件、原有物性、应力预测等充分评估的基础上,选择合适的杆柱组合,以提高其疲劳强度。
3、降低抽汲参数
冲程、冲次以及泵径都会影响杆管偏磨。考虑三个因素的影响程度及调整难易程度,仅对冲次的影响进行分析。同样其他参数均不变将A井冲次在1~12次变化,可知,冲次的增加,应力变大,许用应力缓慢变小,两者有一个临界点,当超过临界点后,应力超过许用应力,抽油杆将发生疲劳破坏。
因此,日常管理中,大泵径、长冲程、低冲次的参数匹配思路,可以降低抽油杆承受的应力。
4、合理控制沉没度
在沉没度低于100m的井中,上冲程井液不能充满泵筒,下冲程时,游动阀不能立即打开,而当打开时的一瞬间,油管中的液柱压力从抽油杆柱转移到油管上。此时,柱塞高速运动,负荷突然降低,使抽油杆柱受压缩而弯曲,造成杆、管偏磨甚至断裂。
1)在高含水、高冲次、服役时间长等多种因素的综合影响下,抽油杆疲劳断脱已成为杆断脱的主要原因。
2)基于以上应力计算的方法,可以对抽油杆疲劳断脱界限判断要做出提前预警,对延长抽油杆使用寿命具有重要的意义。
3)在日常管理中,要对含水、杆径、抽汲参数等对抽油杆疲劳断脱产生较大影响的因素积极优化调整。