抽油桿斷裂原因分析與預(yù)防

劉雄

摘要：本文根據(jù)下寺灣采油廠近兩年來修井作業(yè)施工、修井資料的調(diào)查，對抽油桿斷脫井進(jìn)行了統(tǒng)計分析認(rèn)為：斷脫的主要原因絲抽油桿柱的組合不合理、偏磨、腐蝕、疲勞破壞及管理不當(dāng)?shù)人拢⑻岢隽藨?yīng)采取的技術(shù)管理措施，可通過優(yōu)選抽油桿組合、井筒綜合治理、調(diào)節(jié)抽油機(jī)參數(shù)等方法來預(yù)防抽油桿斷脫。

關(guān)鍵詞：抽油桿斷脫;原因分析;預(yù)防措施

一、抽油桿斷裂故障分析

為了找出抽油桿斷裂的原因，針對采油廠近兩年來的抽油桿斷裂井進(jìn)行了分析，斷裂的位置大部分集中在抽油桿柱的兩端（井口位置和接近泵口位置），最上部10%和最下部30%的桿柱斷裂次數(shù)占65.3%。

桿柱下部斷裂的次數(shù)多，是由于活塞在上行過程中，桿柱受拉，在下行中桿柱中和點以上的油桿受拉，中和點以下的油桿受壓。在上述桿柱中，90%-100%的抽油桿在中和點以下，上行受一個拉力，下行受到一個壓力，同時由于相當(dāng)部分井缺少油桿扶正器，油桿受壓時在油管內(nèi)產(chǎn)生彎曲，這就加速了桿疲勞破壞，造成了下部斷裂的次數(shù)增加。

上部油桿在桿柱中所受的拉力最大，長期在高的許用應(yīng)力狀態(tài)下工作，如果桿柱組合不合理或卡泵（卡泵時，桿柱所受拉力增大，易造成上部抽油桿斷裂，這種原因造成的油桿斷裂，在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)了不少）等原因都有可能造成上部抽油桿斷裂，特別是光桿。

二、抽油桿斷裂原因分析

1、機(jī)械因素

1.1抽油機(jī)不平衡，抽油機(jī)長時間在不平衡的狀態(tài)下工作，那么抽油桿在長期的不對稱循環(huán)交變載核作用下易脫扣和斷裂。（如：加深或上提泵掛，而抽油機(jī)未調(diào)平橫）

1.2抽油桿的疲勞的影響：由于抽油桿在上下運動中，受到一個交變應(yīng)力的作用，易引起疲勞斷裂。

2、油桿加工及運輸問題

2.1 為了保證抽油桿的抗疲勞性能必須通過熱處理使其獲得一定的綜合力學(xué)性能。即要有一定的強(qiáng)度又要有一定的韌性。但抽油桿是細(xì)長桿，熱處理時質(zhì)量沿軸向的不均勻不容易保證，金象組織不正常，機(jī)械性能不符合要求，同時桿體變形嚴(yán)重。

2.2 在熱處理過程中易產(chǎn)生氣泡，抽油桿在冷卻后在本體上留下坑點，為油桿斷裂埋下伏點。

2.3 抽油桿在出廠的運輸過程中易受人為機(jī)械損傷，造成彎曲，凹坑或刻痕，這些有缺陷的抽油桿下入井內(nèi)在應(yīng)力集中的作用下形成疲勞源，導(dǎo)致疲勞斷脫。

3、偏磨的影響

由于未根據(jù)鉆井資料繪制油井井眼軌跡，也有部分井沒有井眼軌跡圖，就現(xiàn)有的軌跡圖來說，也只是二維平面圖，所以導(dǎo)致了許多油井的防磨位置出現(xiàn)了偏差，而且對于一些所謂的直井，也存在著嚴(yán)重的“狗腿”，造成了抽油桿與油管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，使得抽油桿接箍磨損加劇，從而引起抽油桿斷裂。上述是井的客觀原因和歷史原因，但在現(xiàn)場，有一定的人為原因，如防磨不到位等。在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的偏磨有以下特點：

3.1從偏磨狀況來看，管桿偏磨的抽油井中，偏磨井段在每根抽油桿上都可以看到不同程度磨損的痕跡。

3.2從偏磨部位來看，多發(fā)生在抽油桿的接箍或油桿的兩限位器之間，造成抽油桿斷裂的情況多為兩限位器之間抽油桿偏磨變細(xì)，造成抽油桿強(qiáng)度變小，從而引起在該部位斷裂。

3.3油桿接箍比本體偏磨嚴(yán)重。從接箍磨損的情況來看，整個接箍周圍上均有磨損的痕跡，但總有一側(cè)或幾個側(cè)面磨損狀況比較嚴(yán)重。

從同一口井來看，接箍磨損的部位不同。但相鄰抽油桿偏磨的部位一般在同一側(cè)。有的接箍單側(cè)偏磨，有的接箍多側(cè)偏磨，而且總有一個接箍或幾個接箍或是桿的某一段偏磨得最嚴(yán)重，其磨損量達(dá)到或超過接箍壁厚的50%以上。

接箍磨損嚴(yán)重的桿段所對應(yīng)的油管都存在明顯的磨損，有的油管內(nèi)壁有明顯的磨損溝痕。

油桿出現(xiàn)偏磨，是因為油桿與油管壁有接觸。出現(xiàn)接觸的原因是在井下管桿的受力不可能達(dá)到理想狀況的，抽油桿在井下運動中，與油管不同心，從而造成油管與抽油桿發(fā)生接觸。

影響管桿偏磨的主要因素是抽油桿下部的許用縱向彎曲載荷與下行阻力，因而要解決管桿偏磨首先應(yīng)考慮降低下行阻力，其次要提高管桿的強(qiáng)度。

4、腐蝕環(huán)境的影響

由于作業(yè)區(qū)地層水礦化度高，并且含有多種腐蝕性物質(zhì)，抽油桿長期在腐蝕的環(huán)境中，表現(xiàn)在表層形成脆層、斑點或裂紋，產(chǎn)生腐蝕疲勞，導(dǎo)致斷裂。

三、預(yù)防及技術(shù)措施

1.優(yōu)化設(shè)計方案

油井施工設(shè)計方案一定要進(jìn)行優(yōu)化，嚴(yán)格按優(yōu)化方案進(jìn)行施工，特別是抽油桿的組合一定要按標(biāo)準(zhǔn)組合，一般情況下其實際應(yīng)力不會超過許用應(yīng)力，避免因?qū)嶋H應(yīng)力超出需要應(yīng)力而導(dǎo)致桿斷裂。

2、嚴(yán)格各項標(biāo)準(zhǔn)和管理制度

嚴(yán)格抽油桿的運輸及施工操作規(guī)程，并對下井抽油桿嚴(yán)格檢查;在下井中，同型號的抽油桿上下部位交替使用;新舊桿要分開使用;抽油桿要按新舊及規(guī)格型號分門別類管理等。

3、對腐蝕井要下加強(qiáng)防磨抽油桿

針對腐蝕嚴(yán)重的井，建議更換為KD級耐硫防腐防磨抽油桿，并配合使用油管外掛防腐器，和采用陶瓷凡爾球，球座以延緩抽油桿及管的腐蝕，有效延長油井檢泵周期。

4、結(jié)垢嚴(yán)重井的措施

針對結(jié)垢嚴(yán)重的井，在以“化學(xué)防垢為主，其他方式為輔”的防垢模式下，切實抓好加藥工作，對于井筒較臟、頻繁造成垢卡、砂卡的井做好洗井、酸侵等井筒清潔工作，針對注水井管柱實施機(jī)械清垢措施。同時應(yīng)積極推廣使用防垢筒，避免抽油桿因垢卡而斷裂。

4、結(jié)蠟嚴(yán)重井的措施

對于結(jié)蠟嚴(yán)重的井，摸清結(jié)蠟周期進(jìn)行機(jī)械清蠟或熱力清蠟，以及化學(xué)清蠟降低井筒蠟的濃度。

5、優(yōu)化桿柱組合、避免斷脫。

在防抽油桿斷脫治理方面，應(yīng)該堅持“合理抽吸參數(shù)、優(yōu)化桿柱組合”的方針，針對具體原因具體分析，對抽油桿因使用年限較長造成桿斷的井，應(yīng)加大抽油桿的更換力度或整井更換。

6、定期進(jìn)行操作技術(shù)培訓(xùn)

避免人為因素引起的抽油桿彎曲、損傷。

四、結(jié)論與認(rèn)識

（1）抽油桿的斷裂的主要原因是抽油桿的組合不合理、疲勞破壞、偏磨、腐蝕及管理不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻模虼耍槍τ途牟煌闆r制定綜合的防治方法，加大新工藝新技術(shù)的推廣與應(yīng)用才能達(dá)到防治抽油桿斷脫的最加效果，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）惡劣天氣或管線凍結(jié)時，采油工不能及時發(fā)現(xiàn)，修井隊上修完井后由于采油工加盤根速度較慢，抽油機(jī)不能及時開抽，造成管線憋破或卡泵解卡時上提力過大而桿斷。應(yīng)加大對采油工技能素質(zhì)和責(zé)任心的培訓(xùn)。

（3）加強(qiáng)油管桿的管理工作，超過使用期限的抽油桿盡量避免重復(fù)下井，在提高或加深泵掛時，盡量進(jìn)行抽油機(jī)調(diào)平衡工作同步進(jìn)行，避免抽油機(jī)在不平衡狀態(tài)下工作對抽油桿造成的機(jī)械損傷。

（4）對于井下含水高，腐蝕嚴(yán)重、結(jié)垢嚴(yán)重或結(jié)蠟嚴(yán)重的井，要定期清潔井筒。防止垢卡，蠟卡后，解卡作業(yè)時造成的抽油桿機(jī)械損傷。

（5）在更換抽油桿數(shù)量較大時，裝卸車時盡量減少對抽油桿的拉彎、碰傷、等物理損傷。

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