遼河油田抽油桿經濟壽命的探索與研究

薛磊

摘要：目前抽油桿使用情況是，受資金能力限制，每次修井作業外觀檢查或者經現場簡易漏磁檢查沒有發現缺陷，就繼續入并使用。每年因抽油桿超期服役問題導致修井費用占全部修井費用的22- 30%，修井要支付相當可觀的作業費用;同時占用影響正常生產;修井過程中桿柱起下造成接箍咬傷、絲扣磨損或桿柱彎曲變形;低壓地層修井洗井引起無效排液損失;個別造成地層污染。怎樣科學細化合理確定抽油桿經濟壽命，既使抽油桿物盡其用，又不造成因提前更新資金浪費，是一個非?，F實且有意義的課題。

關鍵詞：遼河油田;抽油桿;經濟壽命;探索

1.影響抽油桿使用壽命因素分析

現場抽油桿失效的主要形式有抽油桿接頭過渡處產生裂紋斷裂或抽油桿體接箍絲扣拉脫以及拍油桿偏磨。影響損壞的原因主要有：

抽油井工作制度選擇不當的影響。連續和間斷生產運行方式不同，抽油桿工作時間不同，直接影響著由油桿有效應力循環次數;抽油桿沖程、沖次及抽油泵直徑的選擇，影響到抽油桿的靜載和加速度慣性載荷，體現為應力幅度和循環疲勞次數：抽油泵泵掛深度和沉液度影響抽油桿柱長度，也影響到桿柱的靜、動載荷;拖動抽油機的型式選擇有一定的影響，每種機型運動所產生的動載荷差別很大，反應到桿柱的應力也不相同。

抽油桿柱結構設計的影響。設計過程中，出于對經濟因素考慮，在滿足生產的條件下，盡量選擇小結構尺寸的抽油桿，即減少投資也降低拖動抽油機的功率配備，這使得抽油桿承受過載或其它特殊因素的能力降低;桿柱設計選擇的桿徑、長度比例、輔助工具結構性能和質量，也影響薄弱環節提前損壞;如果僅考慮設計或施工簡單，只選一種尺寸抽油桿組合，結果額外增加了桿柱本身的負荷。

油層產出物成分的影響。抽油桿柱與油管環行空間充滿油、水、蠟等各種成分，不同成分對抽油桿柱有著不同的影響。高粘度稠油使抽油桿下沖程遇阻，易造成桿柱彎曲產生附加載荷;稠油通過單井集油線產生較大背壓增大抽油桿負荷;高含蠟原油因蠟的析出增加抽油桿負荷;原油中Ca+2、Mg+2離子等結垢會在一定程度上增加抽油桿負荷;為防止結垢需要進行加藥處理，化學藥品又帶來抽油桿柱的腐蝕;原油含砂導致抽油桿柱磨損或卡泵，增加抽油桿載荷;修井過程中絲扣清洗不凈使預緊達不到要求，造成抽油桿故障隱患;油井中C1-1、HS-1、C0-2游離水等腐蝕介質，通過電化學腐蝕、點蝕、銹蝕等不同程度形成抽油桿尖而深的腐蝕點或槽。腐蝕疲勞、應力腐蝕直接影響到抽油桿的壽命。

生產現場管理的影響。抽油機上下沖程平衡調整非常重要，如機構運行存在亞重不平衡，則抽油桿柱勢必要在承受靜載同時承受一個較大的動載荷，動載荷的大小取決于機構不平衡的程度。動載荷加大可能使抽油桿柱超載或嚴重超載;洗井過程中洗井液溫度低起不到熔蠟效果，洗井溫度過高又會因桿柱絲扣熱變形造成松脫;砂巖油藏化學解堵或灰巖油藏擴大裂縫經常用到無機酸處理，排酸液不凈同樣會加快抽油桿柱的腐蝕。

油井自身條件的影響。斜井、定向井抽油中，盡管采取了加扶正器等措施不同程度減少了摩擦，但桿柱仍要承受摩擦磨損，還要承受彎曲力矩（統計表明在抽油桿接頭過渡處90-100mm彎曲斷裂最多，個別彎曲應力達到| 68%）。

有修井操作過程帶來的影響。抽油桿之間周向位移與預緊力和桿徑有直接關系。修井過程中操作工往憑個人經要習慣工作，可能會出現預緊力矩不足或過大、力矩過大，公螺紋會產生較大應力而屈服或使接箍端面變形，使母扣直徑增大向外擴張，力矩過小易出現松扣滑脫。錘擊臺肩會擠裂硬表層，尤其在小直徑情況下更嚴重。螺紋絲扣清潔程度和施加的潤滑劑數量、質量有很大關系，絲扣不清潔扭緊達不到預緊力要求，容易造成抽油桿運行中脫扣。

2.抽油桿使用經濟壽命的確定

根據材料力學和機械設計理論中合金鋼有效應力循環次數，考慮到抽油機沖次以及因修井作業、設備保養、洗井、停電等因素影響的工作時間，如果抽油桿載荷在許用范圍內，那么抽油桿的使用壽命大概在4-5年。實際現場使用的抽油桿壽命有的達到了7-8年，相反也有些使用時間卻只有2-3年。事實上，抽油桿即使達到了這個循環值并不代表材料會馬上失效，甚至有些使用時間還很長。到底抽油桿使用壽命是多少？按照材料力學、斷裂力學和機械設計理論分析抽油桿實際工作壽命應由如下幾個方面因素決定：

抽油桿本身的承載能力：

當P[σ]≤P，即抽油桿處于過載狀態時，抽油桿的壽命取決于材料的屈服強度σs和抗拉強度σb的極限值，通常壽命比較短?，F場抽油桿超負荷工作狀態下短時間內發生的斷桿或絲扣脫落即此原因。

當P[σ]≥P，即抽油桿承載能力大于實際使用載荷時，二者差值越大，抽油桿工作安全系數越大，其中σmax一般發生在抽油桿上沖程，σmin發生在抽油桿下沖程。通常為分析簡化，把下沖程的抽油桿拉伸載荷忽略不計，因此相應的σmin也不再考慮，則影響抽油桿壽命的主要因素是工作過程中的非對稱循環載荷，可以推論抽油桿的有效循環疲勞壽命N與σmax成反比，即σmax值越小N越大，這就是現場使用中某些低負荷井抽油桿使用壽命有的達到7-8年的原因。

3.提高抽油桿使用壽命的有關措施

理論計算分析有一定的指導意義，但是與實際生產過程總會有一定差距。通過加強使用過程管理，也可以有效提高使用壽命。

一是按照抽油井的負荷情況運用機泵圖桿管表或優化軟件進行桿柱組合、配套工具（聚酰胺包橡膠接箍、滾珠接箍）、抽油泵精度、拖動設備的設計選擇。

二是科學分析產出液理化性質，尤其是腐蝕性介質環境中，在適當增大冗余能力的基礎上，必要時對抽油桿柱進行磷化、涂鍍離子型覆蓋層、鍍鋁、熱滲鋅或噴涂鋅等措施，提高桿柱抗腐蝕疲勞強度。

三是加強現場的監測維護。嚴格施工過程管理，保持絲扣清洗徹底，潤滑良好。發揮渦流探傷現場監測作用，防止不合格抽油桿人井。把握操作規范，使預緊力矩達到標準要求。施工過程嚴禁拋擲、敲擊等違規作業。運輸過程中保持四點以上支撐。存放期間及時消除氧化皮，作好防腐及確保絲扣完好。

細化量化抽油桿使用管理，需要更新觀念，科學分析認識對待“修舊利廢”，克服盲目追求“修舊利廢”，使抽油桿效能得到充分發揮，提高因抽油桿原因修井的經濟效益。

參考文獻：

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