油管桿損傷原因分析及防治措施

李珍元　韓明　李葉鵬

摘 要：油管桿工作過程中會由于正常疲勞或非正常外力作用導致損傷，影響其正常運行。為保證油井的順利生產，需要采取必要的防治措施，減少或消除損傷，延長油管桿的使用壽命，提高油井企業的經濟效益。

關鍵詞：油管桿；損傷；原因；防治

目前，我國大部分油田已經進入中、高含水期開采階段，油井也由自噴式轉為機械采油井。據統計，我國機械采油井已占到總數的90%以上，且機械采油井中90%以上為有桿泵采油方式。抽油桿是采油系統中的重要組成部分，承擔著將地面機械能量傳遞給井底油泵的重任。抽油桿在工作過程中，會由于荷載變化、井內液體腐蝕、作業施工起下等原因，導致抽桿受損，嚴重時可能會發生斷裂，這就需要對其進行更換或者打撈，不但影響油井的生產，還會增加作業成本。對抽油桿的損傷原因進行分析，并采取針對性的預防措施，可減小井下作業工作量，保障油井的正常生產。

1 油管桿損傷原因分析

1.1 油管桿損傷形式

油管桿損傷形式較多，管桿斷裂、油管漏、管桿偏磨、管桿腐蝕以及其他的外力損傷等。管桿斷裂是較為常見的一種損傷形式，尤其是下部斷裂較為常見，據統計，在對管桿斷裂故障進行維修時，下部斷裂占總維修數的76.8%；油管漏主要是偏磨造成的；管桿偏磨也主要集中在中下部，尤其是靠近泵的部分，偏磨較為嚴重，若油井為低滲透井，開采條件惡劣，很容易導致管桿偏磨；管桿腐蝕是管桿損傷中不可忽視的一種形式，油田含水率越高，腐蝕越明顯；其他外力作用是指搬運過程中的碰撞、安裝過程中操作不當導致應力集中或者損傷等。

1.2 管桿損傷原因分析

1.2.1 正常損傷原因分析

管桿工作環境惡劣，工作內容復雜，很容易導致管桿疲勞受損，這屬于正常磨損。管桿正常損傷的原因主要是在應力作用、腐蝕、荷載、軸向力等作用下產生的。

①應力集中的影響。抽油桿在日常工作過程中，會由于砂卡、結蠟等因素增加其受力，使軸向的壓力或拉力加大。當壓力或拉力超過抽油桿的承受極限時，就會使其損傷。油桿一旦受損，就會導致應力集中，使總應力超過耐久極限。抽油桿的接頭或者接頭附近部位，管桿公扣損壞大部分屬于正常損傷，是應力分布過于集中導致的。②循環次數的影響。對鋼材質而言，其耐久極限為1×107循環載荷，在這一范圍內一般不會發生損壞；若超過這個范圍，則其故障率就會加大。我國油井機械采油設備大部分在這一范圍之內，但超過這個范圍的也占據了20%之多，沖次越高，管桿受力循環次數也多，沖擊和振動荷載就越復雜，則管桿出現故障的概率就會大幅度增加。③腐蝕疲勞的影響。油井采油過程中會有多種物質與管桿接觸，如采油添加劑、細菌、二氧化碳等，各類物質的腐蝕性不同，對管桿的影響也會有所差異。這就是說，管桿在低應力作用下，也會由于以上物質的腐蝕而導致其受損。對受損過程進行分析可知，整個受損階段主要分為兩部分，第一部分是管桿在電化學腐蝕作用下，其表面會形成斑點，繼而發展為應力集中點；第二部分是沿疲勞線發生的電化學腐蝕。腐蝕疲勞斷面特征較為明顯，斷面的光滑部分和粗糙表面彈性損壞的部分即為腐蝕疲勞斷面，這是容易發生電化學腐蝕的部位。④振動和液擊的影響。管桿在荷載較大或者阻力較大的井中作用過程中，會產生振動、井斜、方位角大的井以及地面設備不穩等多種情況，對抽桿的穩定性造成不利影響，加重抽桿的振動幅度，增加其盈利。若油井出現供液不足狀況時，油桿瞬間會受到較大的沖擊力，使油桿彎曲振動，加大其疲勞損害程度。

1.2.2 非正常損傷原因分析

非正常損傷主要是由于偏磨和非正常操作引起的。

第一，偏磨原理分析。油桿在斜井中彎曲下行時，容易發生磨損，在上沖程過程中柱塞會產生一定的作用，促使自由懸掛的油管不得不承受數值向上的縱向力。油管桿就會出現中性點以上保持垂直狀態，而以下則成為彎曲狀，導致油桿發生偏磨。

第二，偏磨影響分析。偏磨對管桿的影響主要表現在兩方面，①偏磨會導致管桿損傷，從而增加局部應力；②偏磨會對管桿表層的硬化處理造成損害，表層一旦受損，其保護功能就受到影響，加重腐蝕。第三，操作因素對管桿的影響。施工過程中，由于操作不當可能會導致管桿擦傷、撞擊，使管桿表面的保護層受損或者產生凹坑，影響管桿的防腐蝕性和應力性能，管桿的使用壽命縮短。

2 管桿防護措施

2.1 管桿防護策略分析

從技術上來說，管桿性能可連續循環1×107次，一旦接近或者超過這個范圍，其故障率就會上升，因此可考慮更換新管桿，確保采油工程的順利進行。從經濟性上來說，管桿故障頻發，不僅影響油田企業的正常生產，還會增加維修成本，因此應制定合理的維修計劃，及時消除微小損傷，防止損傷繼續擴大，影響設備的正常運行。

2.2 管桿防護技術分析

防治管桿損傷的措施較多，較為常見的有幾下幾種：

①根據井斜、方位角等油井參數，合理設定扶正器的使用位置和管柱組合，從根源處降低損傷；②采用自旋式尼龍扶正器，利用尼龍的均勻磨損，減輕管桿損傷，延長其使用壽命；③改變管桿受力狀況，如可通過加深尾管或者加重抽桿的方式，改變偏磨位置；④減少管桿的相對運動，減輕磨損對管桿的損傷，一般常用油管錨定技術；⑤減少抽桿循環作業次數，延長其使用壽命，具體可改變抽汲參數，如使用大泵、長沖程、低沖次作業方式；⑥改善抽油桿材質性能，利用高強度H級材質、玻璃鋼材質或者柔性材質油桿代替現有油桿，提高強度，延長其使用壽命；⑦加強防腐蝕，通過添加緩蝕劑、油管內預膜防護等措施提高抽油桿的防腐蝕性；⑧規范作業，減少或消除外力損傷。施工時要規范作業，避免不必要的損傷；施工過程中一旦發現損傷，應立即采取措施，消除隱患方可進行下一步操作。定期更換油桿桿，加強作業質量檢測，減少非正常因素對抽油桿的損傷。

3 結語

管桿是機械采油的重要組成部分，其運行性能不僅關系企業生產的正常進行，還涉及維修成本。管桿在工作過程中損傷必不可免，但可通過科學合理的預防措施，消除非正常損傷，減輕或延緩正常損傷的影響，確保油井生產的順利進行。

參考文獻：

[1]劉桂林，陳偉平，高榮曉.抽油機井桿管偏磨成因分析及防治措施[J].鉆采工藝，2005，06：90-92+9-10.

[2]劉磊，李文慶.采油廠油管桿損傷原因及防治措施探討[J].黑龍江科技信息，2011，11：62.