采油井抽油杆断脱原因及防治对策

采油井抽油杆断脱原因及防治对策

崔玉明

中原油田分公司采油气工程服务中心准备二大队 河南濮阳 457000

摘要：抽油杆作为有杆泵驱动地面抽油设备与井下泵的核心组件，其结构特性与性能对整个井下系统的运行效率至关重要。受制于负荷承受能力、材料质量和标准化生产规格等因素，任何操作失误都可能导致其遭受严重损害甚至断裂。随着油田开发周期的增长，抽油杆的实际使用状况和工作表现愈发成为决定油井作业效能稳定性的关键因素，对维持井下作业的持续性和有效性具有不可忽视的作用。

关键词：采油井；抽油杆断脱；原因；防治；对策

1采油井抽油杆断脱理论分析

尽管早在1965年就已研发出抽油杆驱动技术，但受限于石油产业当时的生产环境，这种技术仅适用于单一的垂直井下开采模式。随着时间的推移和技术的不断革新，抽油井抽油杆开采技术逐渐完善并广泛应用。其工作原理着重于优化设计，以应对抽油杆在运行中的循环应力挑战。抽油杆在上升时承受拉应力，下降时则面临压应力，这要求精确控制其负载以确保其耐用性。为了提升抽油杆的使用寿命，工程师们采用折算应力计算策略，确保在抽油杆向上冲击时仅承载液压支柱的基本负载，而在下降时免除此负载。无论实际应力如何波动，折算应力始终保持稳定。然而，在实际操作中，往往忽视了抽油杆下降时所遭遇的阻力因素，如保护套对柱塞的摩擦应力以及液体通过阀门时产生的阻力。这些阻力随抽油泵直径增大和泵挂压力提升而增强，一旦超出抽油杆的承载极限，可能导致其结构稳定性受损，甚至弯曲失效。

2抽油杆断脱机理原因分析

2.1管杆偏磨

当前，抽油杆的偏磨问题已成为引发断脱现象的首要因素，占据了大约一半的比例。探讨其根源，关键因素有以下几点。首先，油管在长期的外部力量作用下，往往会经历非正常的形态变化，尤其在机械采油的运作中，它会承受多方位的压力，且在上下运动中会经历膨胀与收缩的动态过程。这种持续的应力积累可能导致抽油杆发生弯曲变形。随着油管变形，抽油杆在管内随之产生额外的摩擦和偏磨，过度磨损进而引发断脱危机。这种现象不仅造成抽油杆的脱落，还可能引发整个杆体的断裂，形成严重的设备损坏。

2.2抽油杆锈蚀

抽油杆断裂的关键驱动因素之一便是锈蚀现象的发生。由于抽油杆材料的特性，它极易受到内部多元腐蚀成分的侵蚀，这种侵蚀过程逐步侵蚀了抽油杆的完整性。通常，锈蚀首先会在抽油杆的表面显现，但长期的腐蚀作用会导致表层形成凹陷。由于抽油杆在上下运动中承受持续的应力，这些凹陷会随着腐蚀加剧而恶化，最终导致抽油杆的断裂。此外，如果抽油杆长时间处于易于腐蚀的环境中，其遭受腐蚀的速度将加速。特别是当接箍出现缝隙时，易腐蚀的液体得以侵入，直接对接头造成损害，从而诱发抽油管的断裂。

2.3井内抽油杆设计不够合理

如果未能对下井抽油杆实施精确的设计规划，往往会导致其在使用过程中易于断裂。抽油杆设计的不合理通常体现在工作状态下承受过大的负载，超过了其承载极限，从而引发断裂。此外，井深过长且井下环境复杂也可能增加抽油杆在深处发生形变的风险，这在抽拉过程中极易因受力失衡导致断裂。实际操作经验显示，后者往往加剧了抽油杆断裂的可能性。随着油田步入中后期，对综合含水率的调整变得尤为重要；地层产出液的含水率持续上升，这使得抽油杆与油管之间的偏心磨损问题日益严重。若排液含水量低，抽油杆摩擦表面在原油作用下保持良好润滑，摩擦系数较小，但过度磨损仍可能发生。然而，当含水量高时，抽油杆处于水基润滑状态，摩擦系数增大，磨损速度显著加快。

3采油井抽油杆断脱防治对策

3.1减少抽油杆偏磨性问题

在油井的日常运作中，不均匀磨损可能导致关键部件如钢板松动，进而引发严重的机械故障，其中包括泵的堵塞。这种磨损通常源于油井结构的倾斜和套管变化，导致采油杆与油套之间的间隙不均，形成金属碎片。大部分碎片会被井液冲走，但部分可能嵌入抽油杆与泵筒的缝隙中，尤其在严重偏磨时，若井液流量不足或无注入，这些碎片可能会积累并引发泵杆破裂等严重问题。为了确保抽油杆的稳定运行，需加强中心站与作业区的合作，优化对抽油杆性能的监控，预防严重磨损的发生。针对频繁出现问题的油井，实施详细的记录和标记，以提升施工质量和运营效率。针对抽油杆的磨损状况，可采用定制的支撑装置，如扶正器，以纠正其工作姿态，同时减缓磨损进程。特别在深埋抽油杆的情况下，使用提升泵挂可以有效减少管杆接触点的磨损，减轻工作负载过载，并有助于降低正向压力的影响，从而减缓磨损。此外，通过降低抽油杆的沉没深度，还能缓解因含水率增加导致的过大摩擦阻力。

3.2应用井下工具避免卡泵断脱等问题

为了确保井下作业的顺畅，应精心设计防砂策略。一种方法是采用复合结构的防砂管，它由两段不同直径的油管组成。首先，大直径油管表面缠绕高强度钢丝网，然后在其上均匀打孔，接着插入小直径的油管，再进行钢丝网的二次缠绕。这种独特的设计有助于防止地层砂入侵。另一种实用措施是采用注塑杆来应对抽油杆的偏磨问题。注塑杆凭借其成熟的生产工艺和广泛的应用，能有效减少磨损，其主体通常由高性能尼龙制成，呈流线型设计，内部有四条凹槽作为主要输送通道，这使得其具有较大的流动面积，阻力小，耐磨性、抗压性和耐高温性能优越。在生产过程中，对于井斜度大或偏磨严重的油井，采用这些技术至关重要。例如，若抽油杆的行程设定为3米，杆茎尺寸约为19毫米，当含水量高达80%或90%时，会对抽油杆的应力变化产生显著影响。因此，精确计算和监控抽油杆的应力变化显得尤为关键，以便及时调整和维护，防止因应力问题引发的额外损坏。

3.3适当降低参数指标

在保持其他参数恒定的前提下，优化抽油杆的清洁度能显著提升其最大工作承载能力。这个提升过程不会直接影响最大应力，因为较小的抽油杆更易引发断裂。在实际操作中，通过综合考虑应力预估、生产环境和产品特性的影响，对抽油杆的清洁度进行精准评估和调整，能有效提升其疲劳耐受性能。抽油杆的磨损问题，往往与泵径、行程等因素密切相关。在分析这些因素的实际作用及其调整难度时，我们会观察到随着抽提次数的增长，最大应力波动加剧，而最大利用率则逐渐下降。两者间存在一个临界值，一旦超过界限，最大应力将超越正常使用应力，可能导致抽油杆断裂。

3.4使用长冲程方式

论文研究深入探讨了抽油杆疲劳失效与其承受的应力波动幅度及运动频率之间的密切联系。从抽油杆的实际运作情况来看，基础动力负载与冲击力的平方成正比效应明显，这意味着优化井下操作参数能够有效减小非对称应力循环的频率和发生次数，从而显著减轻抽油杆的疲劳程度。特别地，当采用长行程抽油方法时，若要降低冲击次数，势必要同时提升冲程长度和泵的直径。这样的调整旨在确保采油井的基础工作参数处于适宜范围，同时在延长抽油杆行程的过程中，要确保其因惯性产生的负载参数始终低于总的冲击次数，以维持系统的稳定运行。

结论

尽管本研究对优化油井抽油杆使用寿命有所贡献，但在探究过程中仍存在一些未被充分挖掘的难题和局限性。抽油杆作为石油开采的核心组件，其运作中承载的负荷繁重，且易受内外因素的侵扰。任何关于抽油杆断裂的意外事件，都会对生产效率和安全构成严重威胁。因此，深入剖析抽油杆断裂问题的成因，结合具体的作业环境和操作模式，寻求有效的预防策略和解决方案，对于确保油井的持续、安全运营至关重要。

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