华北油田机采井油管失效分析及对策

郑宏婧　王景悦

摘 要：华北油田抽油机井杆管断脱作业占总检泵作业井次的35%左右，每年因油管失效作业导致杆管材料的消耗全油田以千万元单位计，已严重影響到正常生产，通过研究油管失效机理对华北油田机采井抽油杆失效的各类因素进行深入细致的分析，并采取了针对性的技术对策，有效的降低油管失效检泵井数。

关键词：华北油田；油管；失效分析；对策

据统计，华北油田抽油机井杆、管断脱作业占总检泵作业井次的35%左右，其中因杆管偏磨断漏占60%左右。构成较大比例杆管断脱检泵作业的主要因素之一即为油管失效，虽然数据统计分析显示，油管失效故障几率远小于抽油杆断、抽油泵筒故障，但统计结果位列第二，仅次于抽油杆失效。每年因油管失效作业导致杆管材料的消耗全油田以千万元单位计，已严重影响到油田正常生产。

一、油管失效机理分析

统计华北油田近年来因油管失效检泵井，共计236口、372井次，主要存在着油管磨裂和丝扣磨脱两类问题。其中，油管磨裂共计314井次，占油管失效总井次的84.4%。

在机采油井生产过程中，油管属于固定部件，其与油杆之间呈连续作相对运动，因此油管不可避免的承受着交变载荷[ 1 ]。另外，油管又受到井筒内部介质化学性质的影响，造成油管管体或者连接点处性能持续下降，最终损坏而致漏失。造成油管失效的原因主要有：

（一）油管管体失效

1.裂纹强度失效

油井管经常处于恶劣工作条件中，例如腐蚀介、交变载荷等等，因此油管本体不可避免存在细微裂纹，在连续生产运行中会由裂纹处起裂，并逐渐扩展增大，直至发生管体穿孔或完全断裂的生产事故。据分析统计，大部分油管失效事故都是由油管缺陷处微小裂纹逐渐扩展，直至一定深度后转变为快速扩展，最终导致油管失效。

2.缺陷强度失效

缺陷强度失效主要是由铸造缺陷、腐蚀、划痕、弯曲以及偏磨等因素造成的。油管一般在应力较为集中的表面缺陷处发生断裂[ 2 ]。表面缺陷主要包括：锻造折叠、划痕、裂纹、腐蚀和凹坑等，在上述这些缺陷部位，局部应力均大于材料本省的疲劳极限，且极易造成应力集中，大幅度缩短了裂纹萌生与扩展所需要的时间。由此可见，油管表面缺陷会大幅度缩短机采井油管的使用寿命，影响油井原油产量，既增加了维护成本，又造成了产量损失。

抽油机泵筒在上冲程时，受到液体载荷作用的影响，柱塞以上的油管由于弯曲效应而发生弯曲。在抽油泵全周期往复运动中，一定弯曲度的油管在循环交变载荷的作用下会产生附加弯矩，进而在弯曲部位产生应力集中，给机采效率、泵效等经济型指标造成严重影响。

含缺陷油管的合理使用问题一直是困扰各大油田采油生产的一项技术难题，尤其是当油井存在严重地偏磨现象时，这一问题愈发突出。杆管偏磨的原因有很多，主要包括：井口偏心、地层蠕变、狗腿度、杆柱设计不合理，以及综合因素等等，油管管体受偏磨影响引发油管管体失效，这些问题都影响着油管的强度和寿命。

（二）油管连接失效

1.公扣连接失效

油管之间主要通过油管螺纹段进行连接，连接时需要将连接部分用接箍加预紧力固定。在油管螺纹段制造和使用的过程中，螺纹牙底产生表面裂纹的现象时有发生。而这些表面裂纹会在交变载荷作用下，逐渐扩大、加深，引起油管公扣连接处螺纹段失效。

2.接箍失效

1）腐蚀斑坑失效。随着油田开采进入中后期，如H2S、CO2等腐蚀性物质不断侵入油管接箍，接箍上会出现腐蚀斑坑。随着腐蚀进一步加剧，腐蚀区域逐渐加大，屈服变形、断裂、屈曲等现象发生的概率会越来越高。与此同时，接箍的形状收到腐蚀的影响逐渐变得不规则，这就使接箍在形变处引起应力集中，更容易发生应力突变，进而大幅缩短油管的使用寿命。

2）螺纹失效。受油管柱交变载荷作用影响，油管螺纹段与接箍结合处所受轴向拉应力最大的部位位于第一扣齿根处，该处也称为危险截面[ 3 ]。在油管螺纹与接箍结合配合过程中，经常存在着过扭矩上扣，这就使得危险断面的受力进一步增大。

二、减少油管失效的对策

针对华北油田机采井油管失效的特点及主要原因，我们在上述分析研究的基础上，对存在着腐蚀、偏磨较为严重，现场作业施工质量差，管柱结构不合理等问题的油井，因地制宜地采取了一系技术对策，从而有效的降低油管失效检泵井数。

（一）油管工艺改进

1）油管内、外壁涂抹加厚涂料防护层，即降低杆管之间摩擦系数，又起到了良好的隔离效果。2）在抽油泵泵上两根油管处下油管锚。3）在抽油泵筒以下悬挂尾管（一般不小于200m）。4）在生产成本允许的情况下，尽量选用高质量、耐腐蚀的油管。5）加强作业监督，避免出现油管螺纹与接箍配合过扭矩上扣，杜绝油管在起下过程中在地面或滑道上拖行磨损。6）科学优化设计杆、管结构，降低杆管偏磨。

（二）油管材质改进

对偏磨、结垢、结蜡、腐蚀非常严重的特殊井：采用油管为内衬油管。防腐耐磨内衬油管通过制管设备将非常耐磨抗腐蚀的特殊高聚物复合原料制成壁厚4mm左右的内衬管，由挤压设备将内衬管挤压到普通油管中，内衬管靠自身具有的弹性恢复特性牢牢地固定在普通油管中，最后对端部进行加温密封整形处理，端部做好封头后套上护丝。

三、结论

1）由于井斜、井况造成的机采井偏磨现象是无法避免的，通过油管工艺改进，能够极大程度上的降低油管失效几率；

2）耐磨防腐内衬油管的工艺特性，解决了由于井身结构产生的偏磨和腐蚀、结蜡、结垢等多原因加速机械磨损而导致油井生产周期短的问题，其高耐磨、不腐蚀、抑制结蜡和结垢的效果非常显著。

3）通过采取油管工艺与油管材质双管齐下的综合治理，有效降低了油管失效检泵作业井次，也减少了因作业影响的产量。对策实施后减少作业井次262井次，共减少了因作业影响的产量为4078.8吨。

参考文献：

[1] 孙鑫.抽油杆失效机理分析及对策措施[J].中国化工贸易，2014，6（21）：77.

[2] 马来增，张辛，徐兴平.玻璃钢油管失效分析及对策[J].石油矿场机械，2011，40 （11）：61-64.

[3] 陈振江，尹瑞新，郭海勇，等.大港南部油田有杆泵井偏磨机理探讨及综合防治[J].石油钻采工艺，2008，30（4）：121-124.

作者简介：

郑宏婧（1986-），女，工程师，现任中国石油华北油田采油工程研究院科员。