華北油田機采井油管失效分析及對策

鄭宏婧　王景悅

摘 要：華北油田抽油機井桿管斷脫作業占總檢泵作業井次的35%左右，每年因油管失效作業導致桿管材料的消耗全油田以千萬元單位計，已嚴重影響到正常生產，通過研究油管失效機理對華北油田機采井抽油桿失效的各類因素進行深入細致的分析，并采取了針對性的技術對策，有效的降低油管失效檢泵井數。

關鍵詞：華北油田；油管；失效分析；對策

據統計，華北油田抽油機井桿、管斷脫作業占總檢泵作業井次的35%左右，其中因桿管偏磨斷漏占60%左右。構成較大比例桿管斷脫檢泵作業的主要因素之一即為油管失效，雖然數據統計分析顯示，油管失效故障幾率遠小于抽油桿斷、抽油泵筒故障，但統計結果位列第二，僅次于抽油桿失效。每年因油管失效作業導致桿管材料的消耗全油田以千萬元單位計，已嚴重影響到油田正常生產。

一、油管失效機理分析

統計華北油田近年來因油管失效檢泵井，共計236口、372井次，主要存在著油管磨裂和絲扣磨脫兩類問題。其中，油管磨裂共計314井次，占油管失效總井次的84.4%。

在機采油井生產過程中，油管屬于固定部件，其與油桿之間呈連續作相對運動，因此油管不可避免的承受著交變載荷[ 1 ]。另外，油管又受到井筒內部介質化學性質的影響，造成油管管體或者連接點處性能持續下降，最終損壞而致漏失。造成油管失效的原因主要有：

（一）油管管體失效

1.裂紋強度失效

油井管經常處于惡劣工作條件中，例如腐蝕介、交變載荷等等，因此油管本體不可避免存在細微裂紋，在連續生產運行中會由裂紋處起裂，并逐漸擴展增大，直至發生管體穿孔或完全斷裂的生產事故。據分析統計，大部分油管失效事故都是由油管缺陷處微小裂紋逐漸擴展，直至一定深度后轉變為快速擴展，最終導致油管失效。

2.缺陷強度失效

缺陷強度失效主要是由鑄造缺陷、腐蝕、劃痕、彎曲以及偏磨等因素造成的。油管一般在應力較為集中的表面缺陷處發生斷裂[ 2 ]。表面缺陷主要包括：鍛造折疊、劃痕、裂紋、腐蝕和凹坑等，在上述這些缺陷部位，局部應力均大于材料本省的疲勞極限，且極易造成應力集中，大幅度縮短了裂紋萌生與擴展所需要的時間。由此可見，油管表面缺陷會大幅度縮短機采井油管的使用壽命，影響油井原油產量，既增加了維護成本，又造成了產量損失。

抽油機泵筒在上沖程時，受到液體載荷作用的影響，柱塞以上的油管由于彎曲效應而發生彎曲。在抽油泵全周期往復運動中，一定彎曲度的油管在循環交變載荷的作用下會產生附加彎矩，進而在彎曲部位產生應力集中，給機采效率、泵效等經濟型指標造成嚴重影響。

含缺陷油管的合理使用問題一直是困擾各大油田采油生產的一項技術難題，尤其是當油井存在嚴重地偏磨現象時，這一問題愈發突出。桿管偏磨的原因有很多，主要包括：井口偏心、地層蠕變、狗腿度、桿柱設計不合理，以及綜合因素等等，油管管體受偏磨影響引發油管管體失效，這些問題都影響著油管的強度和壽命。

（二）油管連接失效

1.公扣連接失效

油管之間主要通過油管螺紋段進行連接，連接時需要將連接部分用接箍加預緊力固定。在油管螺紋段制造和使用的過程中，螺紋牙底產生表面裂紋的現象時有發生。而這些表面裂紋會在交變載荷作用下，逐漸擴大、加深，引起油管公扣連接處螺紋段失效。

2.接箍失效

1）腐蝕斑坑失效。隨著油田開采進入中后期，如H2S、CO2等腐蝕性物質不斷侵入油管接箍，接箍上會出現腐蝕斑坑。隨著腐蝕進一步加劇，腐蝕區域逐漸加大，屈服變形、斷裂、屈曲等現象發生的概率會越來越高。與此同時，接箍的形狀收到腐蝕的影響逐漸變得不規則，這就使接箍在形變處引起應力集中，更容易發生應力突變，進而大幅縮短油管的使用壽命。

2）螺紋失效。受油管柱交變載荷作用影響，油管螺紋段與接箍結合處所受軸向拉應力最大的部位位于第一扣齒根處，該處也稱為危險截面[ 3 ]。在油管螺紋與接箍結合配合過程中，經常存在著過扭矩上扣，這就使得危險斷面的受力進一步增大。

二、減少油管失效的對策

針對華北油田機采井油管失效的特點及主要原因，我們在上述分析研究的基礎上，對存在著腐蝕、偏磨較為嚴重，現場作業施工質量差，管柱結構不合理等問題的油井，因地制宜地采取了一系技術對策，從而有效的降低油管失效檢泵井數。

（一）油管工藝改進

1）油管內、外壁涂抹加厚涂料防護層，即降低桿管之間摩擦系數，又起到了良好的隔離效果。2）在抽油泵泵上兩根油管處下油管錨。3）在抽油泵筒以下懸掛尾管（一般不小于200m）。4）在生產成本允許的情況下，盡量選用高質量、耐腐蝕的油管。5）加強作業監督，避免出現油管螺紋與接箍配合過扭矩上扣，杜絕油管在起下過程中在地面或滑道上拖行磨損。6）科學優化設計桿、管結構，降低桿管偏磨。

（二）油管材質改進

對偏磨、結垢、結蠟、腐蝕非常嚴重的特殊井：采用油管為內襯油管。防腐耐磨內襯油管通過制管設備將非常耐磨抗腐蝕的特殊高聚物復合原料制成壁厚4mm左右的內襯管，由擠壓設備將內襯管擠壓到普通油管中，內襯管靠自身具有的彈性恢復特性牢牢地固定在普通油管中，最后對端部進行加溫密封整形處理，端部做好封頭后套上護絲。

三、結論

1）由于井斜、井況造成的機采井偏磨現象是無法避免的，通過油管工藝改進，能夠極大程度上的降低油管失效幾率；

2）耐磨防腐內襯油管的工藝特性，解決了由于井身結構產生的偏磨和腐蝕、結蠟、結垢等多原因加速機械磨損而導致油井生產周期短的問題，其高耐磨、不腐蝕、抑制結蠟和結垢的效果非常顯著。

3）通過采取油管工藝與油管材質雙管齊下的綜合治理，有效降低了油管失效檢泵作業井次，也減少了因作業影響的產量。對策實施后減少作業井次262井次，共減少了因作業影響的產量為4078.8噸。

參考文獻：

[1] 孫鑫.抽油桿失效機理分析及對策措施[J].中國化工貿易，2014，6（21）：77.

[2] 馬來增，張辛，徐興平.玻璃鋼油管失效分析及對策[J].石油礦場機械，2011，40 （11）：61-64.

[3] 陳振江，尹瑞新，郭海勇，等.大港南部油田有桿泵井偏磨機理探討及綜合防治[J].石油鉆采工藝，2008，30（4）：121-124.

作者簡介：

鄭宏婧（1986-），女，工程師，現任中國石油華北油田采油工程研究院科員。