抽油杆断脱原因分析

马朝阳

摘要：影响抽油杆正常工作的因素有油杆磨损严重、疲劳破坏、油杆载荷过大、人为因素。通过近年来现场观察分析，在坪桥区块因腐蚀情况造成的损坏并不多，而主要是因为油杆结蜡结垢严重造成的。

关键词：坪桥区；抽油杆；断脱

1、抽油杆磨损

1.1 井斜的影响

坪桥区油井700口，其中斜井占其总井数的78.5%。在斜井中，管杆随套管井眼轨迹弯曲，斜度越大，管杆磨损越严重。通常，人们只注意油井的垂直斜，而实际上，在斜井中，特别是定向井中，方位斜与垂直斜同样严重影响管杆磨损，并且不易为人们所发现，这就是部分井斜并不大，但确是造成管杆磨损的重要原因。在弯曲度（狗腿度） 较小的地方，油管内壁和抽油杆节箍产生磨擦，油管偏磨面积较大，磨损较轻。而弯曲度越大的地方，不仅油管内壁与抽油杆节箍产生磨擦，油管内壁与抽油杆本体也产生磨擦，油管偏磨面积较小，磨损较严重。在抽油杆柱的上部，表现为单面偏磨（见图1） ，偏磨的正压力较大，上冲程和下冲程均产生摩擦，偏磨严重。这种偏磨往往把油管磨穿，是偏磨现象中最常见，也是破坏性最大的一种。在抽油杆柱的中性点以下，为双面偏磨。上冲程时，由于井斜使抽油杆与油管内壁的一侧面产生偏磨，下冲程时，由于管内各种阻力与重力的综合作用，使抽油杆弯曲，并与油管内壁的另一侧面产生偏磨，这样就使被偏磨的节箍断面呈图1b 和1c 所示的形状，同时使油管杆对应的两侧面磨成深槽，甚至被磨穿。

1.2 高含水率的影响

产出液含水越高，磨损越严重。原因是产出液含水率低时，管杆摩擦面处于良好的油润滑状态，动摩擦因数较小，磨损较轻；当产出液含水高时，管杆摩擦处于水润滑状态，动摩擦因数大大增加，加快了管杆磨损。

2 、抽油杆疲劳

2.1 组合不合理引起的疲劳破坏分析

根据文献资料统计，抽油杆工作时承受着交变载荷，在交变载荷作用下，抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破坏，而不是在最大拉应力下发生破坏。

如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆的断裂事故，将主要发生在最大拉应力的上部。目前的断裂现象正合乎在最大拉应力下发生破坏这一个现象。因此，应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。这里重点对组合不合理造成的抽油杆断裂井进行计算分析。

2.2负荷变化引起的疲劳破坏分析

光杆负荷在上下冲程中是不相同的，在保证产量的前提下，长冲程和小冲次可以使负荷变化最小，负荷的变化主要与光杆的冲程和抽油机悬点负荷有关。由于泵阀的作用，上冲程时抽油杆承受着液柱重量，下冲程时液柱的重量便作用在油管上，因此，上冲程开始时，举升的液柱重量会使抽油杆的负荷发生突然变化，冲次愈高负荷愈大，这种负荷的突变愈强裂。坪34-171、坪34-172就是属于光杆负荷疲劳使得光杆断裂。

由于负荷反复变化的冲击，疲劳破坏是抽油杆所有损坏形式的基本特点。疲劳破坏往往是由于低于弹性极限的交变应力造成的，弹性极限是不使金属产生永久变形的最大负荷。抽油杆因反复拉伸作用而产生裂纹，则属于应力疲劳破坏。

疲劳破坏的抽油杆外观很特殊，其断面平滑，无缩径，与轴线垂直。疲劳裂纹开始产生于表面应力高度集中的部位，随着运行次数的增加，逐渐向直径方向扩展，承载面积逐渐缩小，应力随之逐渐增大，从而又促使裂纹扩展，当剩下的截面积小到不足以承载时，就会突然被拉断。安塞目前抽油杆断口都属于这种类型。

2.3 抽油杆超限期使用引起的疲劳破坏分析

D级抽油杆可承受的循环应力周次在0.85—1.5*107次之间，而杆柱所受应力在130—180KN之间。坪桥油井冲次在3—7次/分，采油时率按99%计，则抽油杆的安全使用期限为2.5—5.3年左右。长期的开采和使用，承受多变载荷、磨损、腐蚀及重量的井下作业，油杆抗拉强度、安全系数等能力逐渐降低，抽油杆产生疲劳断裂。断裂油井抽油杆几乎为投产两年以上的旧抽油杆。

3 抽油杆载荷过大

3.1 油井结蜡结垢严重

由于油井結蜡、结垢，抽油杆下冲程时阻力增大，导致受压纵向弯曲与油管内壁的另一侧产生偏磨同时使油管杆对应的两侧面磨成深槽，甚至被磨穿。在有蜡、垢井中，蜡、垢质很容易附着在杆管上，减少井液的流动空间，这样就增加了抽油杆的重量和井液的流动阻力；流动阻力又通过活塞转嫁到抽油杆上，使抽油杆的载荷过大，最小工作应力变小，最大工作应力变大，从而使抽油杆容易发生断裂。根据坪桥2011年上半年油井断裂数据有44%的油井是因为结蜡结垢严重造成。

3.2 工作参数偏大造成液击现象

目前坪桥作业有三分之一的油井供液不足，由于工作参数过大，产生液击现象造成振动载荷加剧，造成油杆断脱。当泵的能力超出地层流体流入井底的流量时，通常发生液击。在这种情况下，在上冲程时泵筒不能完全充满液体。当下冲程开始时，游动凡尔应当打开却没有打开，柱塞承担了全部流体载荷开始下冲程。接着，当柱塞撞击泵筒中的液面时，突然的撞击力就沿着杆柱传到了地面。在液击期间产生的大量动载荷对井下杆柱产生有害的影响：杆柱遇到能导致杆断的纵向弯曲。使抽油杆断裂。

4 人为因素

4.1油杆质量问题

少数抽油杆断裂面是不平整的，很粗糙，没有一个完整的平面；沿抽油杆轴向上有比较明显的“分离层”，说明抽油杆内部的金属微结构不均匀，从而导致抽油杆强度的不均衡性。在抽油杆的实际使用过程中，交替变化的负荷首先使抽油杆在强度较弱的部分发生破坏，致使该部分油杆强度降低，导致抽油杆在薄弱环节发生断裂。

4.2抽油杆受到弯曲、敲击、碰撞等使用不当造成断裂

抽油杆在运送过程中不可避免的出现挤压，在下井过程中碰撞井口，以及装卸、摆放油杆过程中野蛮装卸、猛提猛放等均能造成油杆人为损坏。杆体表面被擦伤或碰伤而出现凹坑、刻痕。抽油杆服役时，这些表面缺陷就会因局部应力集中而形成疲劳源，导致疲劳断裂。而且，当处于腐蚀环境中，这些凹坑和刻痕还会加快腐蚀的速度，引起疲劳断裂。另外.在施工中严重磨损的抽油杆吊卡有时损伤杆头的颈部，也会引起疲劳断裂。

4.3 施工不当管理不合理

作业监督管理不合理，不到位。现在修井都是外雇队伍，责任心不强，不能确保施工合格率。如作业时杆下井前上扣扭矩未上紧未上满，人为因素造成抽油杆脱扣。