抽油杆断裂原因分析与预防

2020-06-27刘雄

石油研究 2020年4期

刘雄

摘要：本文根据下寺湾采油厂近两年来修井作业施工、修井资料的调查，对抽油杆断脱井进行了统计分析认为：断脱的主要原因丝抽油杆柱的组合不合理、偏磨、腐蚀、疲劳破坏及管理不当等所致，并提出了应采取的技术管理措施，可通过优选抽油杆组合、井筒综合治理、调节抽油机参数等方法来预防抽油杆断脱。

关键词：抽油杆断脱;原因分析;预防措施

一、抽油杆断裂故障分析

为了找出抽油杆断裂的原因，针对采油厂近两年来的抽油杆断裂井进行了分析，断裂的位置大部分集中在抽油杆柱的两端（井口位置和接近泵口位置），最上部10%和最下部30%的杆柱断裂次数占65.3%。

杆柱下部断裂的次数多，是由于活塞在上行过程中，杆柱受拉，在下行中杆柱中和点以上的油杆受拉，中和点以下的油杆受压。在上述杆柱中，90%-100%的抽油杆在中和点以下，上行受一个拉力，下行受到一个压力，同时由于相当部分井缺少油杆扶正器，油杆受压时在油管内产生弯曲，这就加速了杆疲劳破坏，造成了下部断裂的次数增加。

上部油杆在杆柱中所受的拉力最大，长期在高的许用应力状态下工作，如果杆柱组合不合理或卡泵（卡泵时，杆柱所受拉力增大，易造成上部抽油杆断裂，这种原因造成的油杆断裂，在现场发现了不少）等原因都有可能造成上部抽油杆断裂，特别是光杆。

二、抽油杆断裂原因分析

1、机械因素

1.1抽油机不平衡，抽油机长时间在不平衡的状态下工作，那么抽油杆在长期的不对称循环交变载核作用下易脱扣和断裂。（如：加深或上提泵挂，而抽油机未调平横）

1.2抽油杆的疲劳的影响：由于抽油杆在上下运动中，受到一个交变应力的作用，易引起疲劳断裂。

2、油杆加工及运输问题

2.1 为了保证抽油杆的抗疲劳性能必须通过热处理使其获得一定的综合力学性能。即要有一定的强度又要有一定的韧性。但抽油杆是细长杆，热处理时质量沿轴向的不均匀不容易保证，金象组织不正常，机械性能不符合要求，同时杆体变形严重。

2.2 在热处理过程中易产生气泡，抽油杆在冷却后在本体上留下坑点，为油杆断裂埋下伏点。

2.3 抽油杆在出厂的运输过程中易受人为机械损伤，造成弯曲，凹坑或刻痕，这些有缺陷的抽油杆下入井内在应力集中的作用下形成疲劳源，导致疲劳断脱。

3、偏磨的影响

由于未根据钻井资料绘制油井井眼轨迹，也有部分井没有井眼轨迹图，就现有的轨迹图来说，也只是二维平面图，所以导致了许多油井的防磨位置出现了偏差，而且对于一些所谓的直井，也存在着严重的“狗腿”，造成了抽油杆与油管内壁发生摩擦，使得抽油杆接箍磨损加剧，从而引起抽油杆断裂。上述是井的客观原因和历史原因，但在现场，有一定的人为原因，如防磨不到位等。在现场发现的偏磨有以下特点：

3.1从偏磨状况来看，管杆偏磨的抽油井中，偏磨井段在每根抽油杆上都可以看到不同程度磨损的痕迹。

3.2从偏磨部位来看，多发生在抽油杆的接箍或油杆的两限位器之间，造成抽油杆断裂的情况多为两限位器之间抽油杆偏磨变细，造成抽油杆强度变小，从而引起在该部位断裂。

3.3油杆接箍比本体偏磨严重。从接箍磨损的情况来看，整个接箍周围上均有磨损的痕迹，但总有一侧或几个侧面磨损状况比较严重。

从同一口井来看，接箍磨损的部位不同。但相邻抽油杆偏磨的部位一般在同一侧。有的接箍單侧偏磨，有的接箍多侧偏磨，而且总有一个接箍或几个接箍或是杆的某一段偏磨得最严重，其磨损量达到或超过接箍壁厚的50%以上。

接箍磨损严重的杆段所对应的油管都存在明显的磨损，有的油管内壁有明显的磨损沟痕。

油杆出现偏磨，是因为油杆与油管壁有接触。出现接触的原因是在井下管杆的受力不可能达到理想状况的，抽油杆在井下运动中，与油管不同心，从而造成油管与抽油杆发生接触。

影响管杆偏磨的主要因素是抽油杆下部的许用纵向弯曲载荷与下行阻力，因而要解决管杆偏磨首先应考虑降低下行阻力，其次要提高管杆的强度。

4、腐蚀环境的影响

由于作业区地层水矿化度高，并且含有多种腐蚀性物质，抽油杆长期在腐蚀的环境中，表现在表层形成脆层、斑点或裂纹，产生腐蚀疲劳，导致断裂。

三、预防及技术措施

1.优化设计方案

油井施工设计方案一定要进行优化，严格按优化方案进行施工，特别是抽油杆的组合一定要按标准组合，一般情况下其实际应力不会超过许用应力，避免因实际应力超出需要应力而导致杆断裂。