油管杆损伤原因分析及防治措施

李珍元　韩明　李叶鹏

摘 要：油管杆工作过程中会由于正常疲劳或非正常外力作用导致损伤，影响其正常运行。为保证油井的顺利生产，需要采取必要的防治措施，减少或消除损伤，延长油管杆的使用寿命，提高油井企业的经济效益。

关键词：油管杆；损伤；原因；防治

目前，我国大部分油田已经进入中、高含水期开采阶段，油井也由自喷式转为机械采油井。据统计，我国机械采油井已占到总数的90%以上，且机械采油井中90%以上为有杆泵采油方式。抽油杆是采油系统中的重要组成部分，承担着将地面机械能量传递给井底油泵的重任。抽油杆在工作过程中，会由于荷载变化、井内液体腐蚀、作业施工起下等原因，导致抽杆受损，严重时可能会发生断裂，这就需要对其进行更换或者打捞，不但影响油井的生产，还会增加作业成本。对抽油杆的损伤原因进行分析，并采取针对性的预防措施，可减小井下作业工作量，保障油井的正常生产。

1 油管杆损伤原因分析

1.1 油管杆损伤形式

油管杆损伤形式较多，管杆断裂、油管漏、管杆偏磨、管杆腐蚀以及其他的外力损伤等。管杆断裂是较为常见的一种损伤形式，尤其是下部断裂较为常见，据统计，在对管杆断裂故障进行维修时，下部断裂占总维修数的76.8%；油管漏主要是偏磨造成的；管杆偏磨也主要集中在中下部，尤其是靠近泵的部分，偏磨较为严重，若油井为低渗透井，开采条件恶劣，很容易导致管杆偏磨；管杆腐蚀是管杆损伤中不可忽视的一种形式，油田含水率越高，腐蚀越明显；其他外力作用是指搬运过程中的碰撞、安装过程中操作不当导致应力集中或者损伤等。

1.2 管杆损伤原因分析

1.2.1 正常损伤原因分析

管杆工作环境恶劣，工作内容复杂，很容易导致管杆疲劳受损，这属于正常磨损。管杆正常损伤的原因主要是在应力作用、腐蚀、荷载、轴向力等作用下产生的。

①应力集中的影响。抽油杆在日常工作过程中，会由于砂卡、结蜡等因素增加其受力，使轴向的压力或拉力加大。当压力或拉力超过抽油杆的承受极限时，就会使其损伤。油杆一旦受损，就会导致应力集中，使总应力超过耐久极限。抽油杆的接头或者接头附近部位，管杆公扣损坏大部分属于正常损伤，是应力分布过于集中导致的。②循环次数的影响。对钢材质而言，其耐久极限为1×107循环载荷，在这一范围内一般不会发生损坏；若超过这个范围，则其故障率就会加大。我国油井机械采油设备大部分在这一范围之内，但超过这个范围的也占据了20%之多，冲次越高，管杆受力循环次数也多，冲击和振动荷载就越复杂，则管杆出现故障的概率就会大幅度增加。③腐蚀疲劳的影响。油井采油过程中会有多种物质与管杆接触，如采油添加剂、细菌、二氧化碳等，各类物质的腐蚀性不同，对管杆的影响也会有所差异。这就是说，管杆在低应力作用下，也会由于以上物质的腐蚀而导致其受损。对受损过程进行分析可知，整个受损阶段主要分为两部分，第一部分是管杆在电化学腐蚀作用下，其表面会形成斑点，继而发展为应力集中点；第二部分是沿疲劳线发生的电化学腐蚀。腐蚀疲劳断面特征较为明显，断面的光滑部分和粗糙表面弹性损坏的部分即为腐蚀疲劳断面，这是容易发生电化学腐蚀的部位。④振动和液击的影响。管杆在荷载较大或者阻力较大的井中作用过程中，会产生振动、井斜、方位角大的井以及地面设备不稳等多种情况，对抽杆的稳定性造成不利影响，加重抽杆的振动幅度，增加其盈利。若油井出现供液不足状况时，油杆瞬间会受到较大的冲击力，使油杆弯曲振动，加大其疲劳损害程度。

1.2.2 非正常损伤原因分析

非正常损伤主要是由于偏磨和非正常操作引起的。

第一，偏磨原理分析。油杆在斜井中弯曲下行时，容易发生磨损，在上冲程过程中柱塞会产生一定的作用，促使自由悬挂的油管不得不承受数值向上的纵向力。油管杆就会出现中性点以上保持垂直状态，而以下则成为弯曲状，导致油杆发生偏磨。

第二，偏磨影响分析。偏磨对管杆的影响主要表现在两方面，①偏磨会导致管杆损伤，从而增加局部应力；②偏磨会对管杆表层的硬化处理造成损害，表层一旦受损，其保护功能就受到影响，加重腐蚀。第三，操作因素对管杆的影响。施工过程中，由于操作不当可能会导致管杆擦伤、撞击，使管杆表面的保护层受损或者产生凹坑，影响管杆的防腐蚀性和应力性能，管杆的使用寿命缩短。

2 管杆防护措施

2.1 管杆防护策略分析

从技术上来说，管杆性能可连续循环1×107次，一旦接近或者超过这个范围，其故障率就会上升，因此可考虑更换新管杆，确保采油工程的顺利进行。从经济性上来说，管杆故障频发，不仅影响油田企业的正常生产，还会增加维修成本，因此应制定合理的维修计划，及时消除微小损伤，防止损伤继续扩大，影响设备的正常运行。

2.2 管杆防护技术分析

防治管杆损伤的措施较多，较为常见的有几下几种：

①根据井斜、方位角等油井参数，合理设定扶正器的使用位置和管柱组合，从根源处降低损伤；②采用自旋式尼龙扶正器，利用尼龙的均匀磨损，减轻管杆损伤，延长其使用寿命；③改变管杆受力状况，如可通过加深尾管或者加重抽杆的方式，改变偏磨位置；④减少管杆的相对运动，减轻磨损对管杆的损伤，一般常用油管锚定技术；⑤减少抽杆循环作业次数，延长其使用寿命，具体可改变抽汲参数，如使用大泵、长冲程、低冲次作业方式；⑥改善抽油杆材质性能，利用高强度H级材质、玻璃钢材质或者柔性材质油杆代替现有油杆，提高强度，延长其使用寿命；⑦加强防腐蚀，通过添加缓蚀剂、油管内预膜防护等措施提高抽油杆的防腐蚀性；⑧规范作业，减少或消除外力损伤。施工时要规范作业，避免不必要的损伤；施工过程中一旦发现损伤，应立即采取措施，消除隐患方可进行下一步操作。定期更换油杆杆，加强作业质量检测，减少非正常因素对抽油杆的损伤。

3 结语

管杆是机械采油的重要组成部分，其运行性能不仅关系企业生产的正常进行，还涉及维修成本。管杆在工作过程中损伤必不可免，但可通过科学合理的预防措施，消除非正常损伤，减轻或延缓正常损伤的影响，确保油井生产的顺利进行。

参考文献：

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[2]刘磊，李文庆.采油厂油管杆损伤原因及防治措施探讨[J].黑龙江科技信息，2011，11：62.