抽油杆失效分析及下部措施

毕波

中石化江汉油田分公司 清河采油厂 山东 寿光 262714

摘 要：当油田开采进入中后期，油井的产能逐渐降低，开采难度增加，抽油杆长期在承受交变载荷以及腐蚀介质的协同作用，还有在水平井和斜井中还有偏磨等原因，使得抽油杆成为最常见的失效部位。因此，要确保油田的高效运行，减少作业维护费用，实现降本节效就必须提升技术实力和管理水平。本文就清河采油厂杆失效情况进对造成抽油杆偏磨的原因进行分析，为抽油井的杆管偏磨防治提供了参考。

关键词：抽油杆；失效井；治理方法

中图分类号：TE385

引言：

2021年1-5月，通过对清河采油厂167口井的作业情况调查，共有53口井抽油杆失效，占失效总数的31.7%，由作业现场起出情况中发现，抽油杆失效的主要原因是偏磨和腐蚀。本文通过对八面河区块作业维护资料进行统计，对抽油杆失效原因进行分析，对下部工作提出了建议。

一、抽油杆失效因素分析

（一）化学因素的关系：

八面河油田原油的地面密度约为0.8822~0.9870g/cm³，地面粘度在38.76~16396.34mpas，油田水总矿化度在30000~50000范围内，采出液为为CaCl₂型，Cl^-离子浓度达到18500，PH值为5.6~6.0。抽油杆面临的腐蚀情况主要有以下三种：

1. 电池腐蚀。由于抽油杆材质与钢材类似，含有不同种类的杂质，比成微粒状存在的碳化铁杂志，由于其电极电位高，相对之下易成为电池的阴极，导致同样与电解质接触的纯铁阳极发生腐蚀，八面河油田的地层水处于酸性环境，加剧了电池腐蚀的过程。

2. 表面非均匀腐蚀。由于抽油杆在井筒中不可避免的出现受力不均或者表面磨损的情况，受力较大的部分以及杆表面磨损的金属部分就会成为阳极，导致抽油杆腐蚀断裂情况出现。

3. 氧浓度差腐蚀。八面河区域油田水溶解氧的含量为0-0.2mg/l，主要原因是介质不均匀以及生活污水等影响造成分布不规律，由奈斯特方程式：

式中

E——实际电位，V；

E0——基本电位，V；

[O]——O²的浓度，rag／L；

[OH^-]——OH^-的浓度，mg／L。

由此可以看出，氧气的浓度与电极电位成正比关系，氧浓度低的部分则会成为电池的阳极部分而被腐蚀，抽油杆表面污垢下的金属部分，由于其氧浓度相比正常部分要低而成为电池阳极，形成垢下腐蚀。随着污垢面积增大，此处的电流密度也随之增强，导致阳极部分腐蚀加剧，形成断裂。

（二）物理因素的关系

1. 偏磨情况分析

通过对清河采油厂167口油井作业现场状况进行统计，存在杆管偏磨的主要存在于非内衬管的井中，并且由于内衬管的内衬层与杆滑动摩擦系数相比钢管与杆要低，几乎不会对杆造成偏磨状况，杆失效的井主要发生在无内衬层的管中。通过对失效杆进行分析，发现接箍为主要的失效部位，占杆失效情况中的79%，从偏磨的程度上来看，接箍中度以上的偏磨有90%存在于非内衬管中。随着下泵深度不断增加，抽油杆偏磨情况也不断加剧，中度以上的偏磨情况视在泵深1500米以上的井内。

2. 井斜角造成的影响

油井自钻井开始，井身轨迹并不是如同一条直线，尤其是斜角和侧钻井、水平井，井身发生弯曲，井斜角最高能达到九十度，抽油杆在如此情况下进行运动，导致偏磨状况非常严重

3. 杆管失稳造成的影响

抽油杆在管柱内运动，受到管柱内液柱的摩擦阻力会产生持续变化的弯曲和震动，这种状况会在横向上对油管产生影响，形成挤压，随着运动持续，这种侧向的力会持续增加，使杆管的接触面摩擦加剧，造成杆管失效而形成躺井。

4. 润滑介质发生变化

特高含水改变了有杆泵井的工作介质环境，目前含水大于 90％的油井占83％，高含水一是导致了润滑介质由原油变为地层水，润滑性能降低，摩擦系数增大，磨损加剧；二是管杆表面失去了原油的保护作用，产出水直接接触金属，加剧了腐蚀。

5. 油井出砂的影响

同油田开发初期相比，目前的含砂量是开发初期的7～8倍。 统计油井出砂情况，沉砂速度大于5米，月的重度出砂井占32％；石英砂的硬度为900，大大超过抽油杆调制钢的硬度，加剧了杆管偏磨状况的发生。

6. 油井工况造成的影响

1. 油井的沉没度会直接管柱受到的液体载荷，当沉没度适合时，在一定范围可以减轻杆管的接触面，从而减少偏磨情况

2. 油井的生产参数会直接影响杆柱的寿命，生产参数越大，负荷越重，杆柱在井中的运动速度越快，杆柱表面会耐腐层会加速磨损，使得预计使用年限大幅减少

3. 油井结蜡会直接影响到抽油杆，使抽油杆上行和下行中受到的载荷和阻力都增大，使得抽油杆负荷过重造成预期使用年限的减少

二、下部措施

1. 日常管理措施

1. 制定合理生产参数

针对油井的不同状况，采用长冲程，低冲次，或者扩大泵径降低冲次等合理方法减缓杆管偏磨，还能合理有效的降低能耗

2. 保持合理的沉没度

通过调整合理的工作制度，使油井处于合理的沉没度范围之内，一般在300-600米范围之内，能有效减缓杆管偏磨状况

3. 开展升温降压工作

降低油井回压，减轻管柱负荷，可以采用干线掺水等措施来降低回压，有效减轻杆柱的负荷情况

4. 定期清理井筒

对于出砂和结蜡的油井，需要定期洗井或者清蜡，可以有效减轻杆柱负荷，减轻管杆偏磨状况

2. 采用防偏磨工艺技术

1. 采用连续抽油杆

连续抽油杆无墩粗部位，相比普通杆重量减轻8%~10%。它的整体为同一材质，从根本上消除了抽油杆柱活塞效应，增加了泵柱塞冲程长度，因而使得每次冲程产量增加。由于没有接箍，有效避免杆与接箍的电位差造成的电化学腐蚀。并且由于无接箍，使得杆与油管呈线性接触，相比常规杆的接箍与油管的点接触，增加了接触面积，减少了摩擦。

2. 将常规油管更换为内衬管

内衬油管相比常规油管，其优势主要体现在，杆与内衬层的摩擦系数低，耐磨性能强，对抽油杆的保护作用很好，并且内衬层的存在可以有效避免井内液体队油管的腐蚀，能够有效减缓杆管偏磨造成的失效情况以及腐蚀造成的油管失效。

三.结论和认识

1. 由于井况造成的抽油杆偏磨现象是无法避免的，管理措施效果较差，但是通过防偏磨工艺可有效减缓偏磨现象。

2. 合理的工作制度是减缓杆管偏磨的一个重要途径，完井的杆管泵和工作制度设计需要谨慎使用，是减少偏磨状况的重要方法。

3. 每口井的井况不同，合理采用组合防偏磨措施才能达到减少失效情况和增加免修期的最终目的。

参考文献

[1] 杨海滨，狄勤丰，王文昌.抽油杆柱与油管偏磨机理及偏磨点位置预测[J]，石油学报. 2005(02)

[2] 单丙娟，李其.抽油杆的疲劳失效及疲劳寿命分析[J].内蒙古石油化工. 2008(12)