摘要:抽油杆的断脱是影响油田正常生产的主要因素之一。本文结合抽油杆断脱资料,对引起抽油杆断脱的主要原因进行了全面剖析,认为疲劳破坏、机械磨损、腐蚀损坏是导致抽油杆断脱的三大主要因素,提出了治理抽油杆断脱的措施。
　　关键词:抽油杆;断脱;磨损;腐蚀;措施
　　1、引言
　　近几年,随着油田挖潜力度的不断加大,油井泵深不断增大,而老油田抽油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重,使得抽油杆断脱井次不断增加,不仅困扰着油井的正常生产,而且增加了采油成本,近几年这一矛盾表现得更加突出。
　　2、抽油杆断脱原因分析
　　抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用,再加之定向井的偏磨,使其成为机械采油中可靠性最低的设备,很容易发生断脱。导致抽油杆柱断脱的原因是多方面的,影响因素也错综复杂,主要应从以下三个方面进行剖析。
　　2.1疲劳破坏
　　2.1.1抽油杆工作条件
　　抽油杆在工作过程中,承受不对称循环载荷的作用,上部光杆承受的载荷包括:抽油杆柱的载荷,液柱载荷,抽油杆柱、油管柱和液柱的惯性载荷,抽油杆柱在运动中受的摩擦阻力,抽油管柱和油管柱的弹性引起的振动载荷,由液击引起的冲击载荷,由井斜变化、螺纹不同心、悬绳器摆动等因素造成的扭力等七方面的力。而抽油杆柱承受的载荷随深度有所变化,如抽油杆柱载荷越往下越小,加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用,在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力,迫使抽油杆弯曲,增大了扭力和摩擦力,使得下部抽油杆工作条件更加恶劣。wWw.11665.cOm因此,抽油杆柱承受的不是简单的不对称循环载荷,而实际上中和点以下的抽油杆承受的是不对称拉压循环载荷,加上抽油杆柱本身未加工面积达85%以上,不可避免地会有疲劳源存在,从而产生疲劳断裂。
　　2.1.2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烈。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弹性极限的交变压力造成的,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。
　　2.2抽油杆机械磨损
　　2.2.1底部受压弯曲致使杆管偏磨
　　直井抽油杆弯曲产生于下冲程。在下冲程时,抽油杆带着柱塞下行,固定阀关闭,排出阀打开,液柱作用在油管上,使油管伸直。而抽油杆柱承受在液柱中的重力,杆柱与液体之间的摩擦力,采出液体通过排出阀的液流阻力所产生的向上作用力,下行时特别是在活塞游动凡尔打开前的瞬间,由于泵内液体及泵筒内壁对活塞的阻力,加之以上力的作用,导致使整个杆柱下部受压上部受拉,拉压之间存在一既不受拉又不受压的中和点,中和点以下,杆柱受压失稳弯曲,弯曲的杆柱与油管内壁接触,相对运动造成杆管磨损。通过 计算 发现,随泵径加大,泵深增加,中和点以下长度在杆柱全长中所占比例增加,相应地杆柱弯曲越严重。现场发现下行磨损均有且较严重,说明下行杆柱受压弯曲是偏磨的主要原因。
　　2.2.2井斜引起的机械磨损
　　由于井斜,使油管产生弯曲,在抽油井生产时,抽油杆的综合拉力或综合重力产生了一个水平分力。在水平分力的作用下,油管和抽油杆相互接触产生摩擦。上冲程时,使抽油杆与油管内壁的一侧产生磨损,下冲程时,抽油杆弯曲与油管内壁的另一侧面产生摩损。弯曲度越大,磨损越严重,不仅抽油杆接箍与油管内壁产生磨损,而且抽油杆本体也与油管内壁产生磨损。
　　2.2.3含水升高,杆管磨损加剧
　　当杆与管相接触发生滑动摩擦时,磨损速度与它们之间的润滑状态有关,而水的摩擦系数远远大于油的摩擦系数,另外通过计算发现,含水升高,抽油杆下行时,使抽油杆的中和点下移,加剧抽油杆弯曲。

　　2.3抽油杆腐蚀破坏
　　绝大多数油井,在开发中后期产出液都会含水,而产出水中又含有各种腐蚀介质,腐蚀性微生物等,伴生气中也会有co2、h2s 等腐蚀气体,由于存在这些腐蚀介质,加上抽油杆承受的是不对称循环载荷,所以腐蚀损坏便成为油杆断裂的又一主要原因。
　　2.3.1 二氧化碳的影响
　　地层水中含有大量的co2,它是由地球的地质化学过程产生的,当水中有游离的co2存在时,水呈酸性反应,由于水中h+离子的量增多,就会产生氢去极化腐蚀,所以游离的co2腐蚀,从腐蚀电化学的观点看,就是含有酸性物质而引起的氢去极化腐蚀。co2溶于水呈弱酸性,因为弱酸只有一部分电离,所以随着腐蚀过程的进行,消耗掉的氢离子会被弱酸的继续电离所补充。钢材受游离co2腐蚀而生成的腐蚀产物都是易溶的,在金属表面不易形成保护膜。co2腐蚀坑通常是圆底,侧面很陡,连成一片,产生虫蛀效应。
　　2.3.2 硫化氢的影响
　　含硫油田中与油水共生的水往往含有硫化氢,碳钢的阳极产物铁离子与水中硫离子相结合生产硫化铁。硫化铁的溶度积很小,是一类难溶沉淀物,它常以黑色粉末或垢的形式附着在油杆表面。含h2s的水对金属材料的腐蚀破坏还有两种类型:一是氢脆,电化学腐蚀产生的氢渗入钢材内部,使材料韧性变差,引起微裂缝,使钢材变脆。二是硫化物应力腐蚀,在拉应力和残余应力作用下钢材氢脆裂纹 发展 ,致使钢材破裂。以上两种腐蚀可能在没有任何征兆的情况下,在短时间突然发生,这应是预防的重点。h2s腐蚀坑是随机排列的,呈圆锥形,侧面较陡,坑的边缘圆滑,坑之间不相连,腐蚀物呈黑色,较粘,有硫化氢味。
　　3、抽油杆断脱综合防治措施
　　3.1强化抽油杆老化分析,预防断裂事故的发生。
　　根据统计,抽油杆故障发生有两个高峰,一是2-3年内,故障率在15%左右,另一高峰在7年以后,故障率高达32-47%。第一高峰是抽油杆质量导致,全井抽油杆中个别质量不合格问题暴露。第二高峰是操作造成,以后便是各种原因疲劳老化造成,因此要做好下井前检验、规范使用、后期损伤检测、更换四个过程的控制。
　　3.2引进高强度抽油杆
　　3.2.1玻璃钢抽油杆
　　玻璃钢抽油杆具有强度高,重量轻,弹性好和耐腐蚀的特点,其强度和同规格的d级钢杆相近,但重量只约为钢杆的1/3,弹性模量约为钢杆的1/4-1/5,降低了抽油机的悬点负荷,以最大限度提高抽油杆的使用寿命。
　　3.2.2高强度h级杆
　　用强度h级抽油杆代替同规格d级抽油杆,由于h级抽油杆比同规格d级抽油杆的强度高30%,在相同载荷条件下,疲劳寿命高两倍。
　　3.3采用防腐技术,减少腐蚀影响
　　目前,油井加入缓蚀剂是解决油井井筒腐蚀的一种常用有效方法。其原理是通过缓蚀剂与金属表面的化学吸附,在金属表面形成牢固的表面反应膜,隔离腐蚀介质,达到保护金属,防止腐蚀发生的目的。
　　3.4深化防磨技术研究
　　在扩大和加强扶正杆生产技术的基础上,对扶正杆工序进一步研究,解决斜井扶正块磨损快的问题,使扶正块的原材料由增强尼龙向聚四氟乙烯过渡,扶正块的固定由一点固定变为三点固定,提高扶正杆的使用寿命。
　　4、结论与认识
　　1、影响油井抽油杆断脱的因素是相当复杂的,而且在同一口油井往往伴随着多种因素的并存,互相参透,同时作用。但最主要还是抽油杆的疲劳破坏、机械磨损、腐蚀破坏三个方面的原因。
　　2、抽油杆断脱问题的治理要坚持以防杆断为重点,防治断脱相结合,实施整体治理的原则。