抽油杆断脱原因分析及对策

王嘉杰

（中石油煤层气有限责任公司陕西技术服务分公司，陕西西安 710082）

抽油杆断脱原因分析及对策

王嘉杰

（中石油煤层气有限责任公司陕西技术服务分公司，陕西西安 710082）

抽油杆发生故障会对油田的正常工作产生影响，从疲劳、偏磨、腐蚀状况、脱扣等方面，研究了抽油杆断脱的相关问题，并针对这个问题提出了相应的解决办法。

抽油杆；疲劳；偏磨

抽油杆作为有杆抽油系统中传递动力的相关部件，是抽油系统的重要部位，也是比较容易出问题的地方。在正常的工作中，因为受到井眼轨迹变化、原油易结蜡、介质易腐蚀等很多因素的影响，造成了抽油杆断、杆脱的频繁发生。某队因为抽油杆发生故障，修了75井次。结果，抽油杆故障引起的油井频繁上修，就影响了正常的工作和生产。所以，对抽油杆的断脱原因进行实际研究，有针对性的采取一些必要措施，延长抽油杆使用寿命，对保持油田的正常生产将起到积极的作用。

1 抽油杆断裂原因

1.1 疲劳性破坏

1.1.1 服役时间超过了基本的安全期限

从计算和实测结果考虑，井队的杆柱所承受的压力在110～186MPa，根据盐水的实际环境分析，则可承受的交变应力周次大概为0.71×107～1.45×107次左右。井队油井的平均冲次为5.4次/min，开井时率为98.7%，则井队抽油杆的安全使用期为2.5a左右。井队2010年抽油杆断裂有71.8%是使用寿命在2a以上的。

1.1.2 结蜡造成的影响

在正常生产过程中，油井结蜡是一个相对比较普遍的情况，蜡质附着在杆、管面上，这样就减少了流体的流动空间，进而增加了抽油杆的重量和流体的流动阻力；流动阻力又通过活塞转嫁到抽油杆上，使抽油杆的最小工作应力逐渐变小，最大工作应力反而变大，应力副作用加大，从而加剧了抽油杆的损坏。

1.1.3 共振影响

当悬点的运动频率，即迫使振动频率和抽油杆柱的自振频率相近或成整数倍的时候，就会发生共振的情况，使振幅越来越大，恶化抽油杆的工作环境。

1.1.4 液击影响

液击主要发生在供液不足、气体影响井。当柱塞和液面接触的瞬间，会对抽油杆产生一个较大的冲击力，这种冲击力会使抽油杆振动加剧，增加应力幅度，加剧抽油杆疲劳。

1.2 偏磨

在油井的正常工作中，杆管偏磨大概有2个影响方面：

（1）井深结构的影响，从而造成的生产管柱部分弯曲，使得管杆偏磨；

（2）杆柱在工作过程中受到交变载荷的作用，从而产生部分弯曲发生变化，进而造成偏磨。

1.2.1 井深结构的影响引起偏磨

由于井斜、挠曲等井深结构的作用，抽油杆在井下是呈曲线状态，在弯曲的油管中，不可避免地与油管产生相互的接触，从而导致杆发生机械磨损。

1.2.2 失稳对偏磨的作用

抽油杆失稳包括动力失稳和受压弯曲失稳。动力失稳是因为杆体轴向和横向应力载荷变化，周期和载荷变化量越大，动力失稳就越大；弯曲失稳来源于杆体在井筒内横向摆动的剧烈程度和频率变化。抽油杆的失稳主要来源于衬套与柱塞间的摩擦力Ff和液体通过游动凡尔时的流动阻力Fv。

依据压赶理论，杆柱发生弯曲的的临界载荷P为：

式中，E＝20.59×104MPa；l为抽油杆单根长度，8m。

如，井队阳61-53井，泵深1 687m，深井泵泵径为￠44mm，杆柱组合为￠22mm×1 003m（3.136kg/m）+￠19mm×683.52m（2.35 kg/m），冲程2.5m，冲次6次/min。液体密度0.985 g/cm3，抽油杆密度7.8g/cm3，游动凡尔阀孔面积6.421cm2，柱塞面积15.2 cm2，柱塞与衬套间隙取70um。

通过计算得：

由于P

1.3 腐蚀

由于工区内长3油藏地层流体中CO2、H2S等腐蚀性介质，在流体流动的过程中，不断对抽油杆引起点腐蚀，根据腐蚀电化学了解，铁质杆在酸性物质中会发生氢去极化反应，形成溶于水的盐，对抽油杆造成强烈的腐蚀。

2 抽油杆脱扣原因

抽油杆脱扣主要有下列几个原因：预紧力不足、节箍磨损、悬绳器钢丝绳打扭等。

2.1 预紧力不足

因为预紧力没有达到要求，使抽油杆外螺纹接头不仅受到较高的应力幅度的作用，也受到外螺纹接头在节箍中摇动所产生的弯曲应力，这样就容易产生脱扣现象。

2.2 悬绳器钢丝绳打扭

悬绳器钢丝绳一般为交绕形式，在受力较大时有回捻现象，使其断面存在一定的扭矩，该扭矩通常具有松扣效应。通常情况下，悬绳器钢丝绳打扭的扭转效应影响不大，但对轴向应力中和点以下抽油杆柱的松扣效应不容忽视。

3 抽油杆的管理措施

1）合理的设计加重杆的长度数值，优化杆柱的模拟组合。依据井眼轨迹、生产参数的不同，合理设计，力争达到最佳组合。

2）依据流体成分的不同，针对长3油藏腐蚀情况比较严重的井，使用KD级防腐杆。

3）加强液体防蜡、磁防蜡、热洗清蜡等清防蜡工作的开展，从而控制杆柱结蜡。

4）在抽油杆准备下井工作之前，首先要清洁抽油杆外面的螺纹以及节箍，要保证必须的预紧力，尽量避免人为原因造成的抽油杆脱扣。

5）建立抽油杆换修的记录。通过记录的数据可以直观地看出抽油杆服役情况和总使用时间，更为精确地了解到抽油杆的使用寿命。

[1]王殿科.抽油杆脱扣原因及脱扣部位的分布规律[J].石油机械，1994.

[2]刘鸿文.材料力学（上册）[M].上海：人民教育出版社，1979.

Rod Break off Cause Analysis and Management

Wang Jia-jie

The normal operation of oilfield sucker rod failures have occurred impact，the author fatigue，eccentric wear，corrosion status of various aspects，tripping，etc.，to study the issues related to the sucker rod broken off，and to address this issue put forward the corresponding solutions.

sucker；fatigue；partial wear

TE933.2

A

1003–6490（2016）04–0027–02

2016–04–06

王嘉杰（1988—），男，北京人，助理工程师，主要从事现场修井、试气试采工作。