外包覆防腐抽油桿使用效果分析

秦樂勝，李營波，王立火，陳清峰，趙海濱

中國石化勝利油田分公司東辛采油廠（山東東營257000）

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外包覆防腐抽油桿使用效果分析

秦樂勝，李營波，王立火，陳清峰，趙海濱

中國石化勝利油田分公司東辛采油廠（山東東營257000）

摘要作為一種新型的防腐蝕、抗偏磨產(chǎn)品，外包覆抽油桿在有桿抽中的使用越來越受到重視。外包覆抽油桿主要由桿體、桿頭防腐層和桿體防腐層三部分組成。通過對88口井外包覆抽使用情況統(tǒng)計分析可知，64.5%外包覆抽油桿的使用時間達到了常規(guī)抽油桿的2倍以上，有的達到了常規(guī)抽油桿使用周期的7倍，取得了良好的使用效果；6.5%的外包覆抽油桿存在不同的質(zhì)量問題，造成使用時間較短，經(jīng)改進后取得了理想的使用效果。

關(guān)鍵詞外包覆抽油桿；防腐蝕；使用效果

AbstractAs a new type of anti-corrosion and anti-eccentric-wearing product, the use of the oil pumping rod with external anticorro?sion layer in sucker rod pumping system is paid more and more attention. The oil pumping rod with external anticorrosion layer mainly consists of three parts, the sucker rod, the anti-corrosion layer of sucker rod and the anti-corrosion layer of rod head. Its use in 88 wells shows that, the use time of 64.5% of the anti-corrosion sucker rod is 2 times higher than that of the conventional sucker rod, and the use time of some of them has reached 7 times of the use period of the normal sucker rod. 6.5% of the anti-corrosion oil pumping rod has dif?ferent quality problems, which results in a short use time, and after improvement a more ideal use effect has been achieved.

Key wordsoil pumping rod with external anticorrosion layer；anticorrosion; use effect

隨著油田的持續(xù)開發(fā)，采出液含水率上升，抽油泵不斷加深，井身軌跡更加復(fù)雜等因素使抽油桿和油管腐蝕、偏磨愈加嚴(yán)重，有桿抽油系統(tǒng)的生產(chǎn)周期縮短、維護工作頻繁。各科研院所、油田企業(yè)、裝備制造企業(yè)都在積極地尋找解決辦法。近年來，油管通過加裝高分子聚乙烯內(nèi)襯層或噴涂內(nèi)涂層[1]，基本解決了腐蝕和偏磨的問題，且使用壽命明顯延長。抽油桿的腐蝕、偏磨問題凸顯出來，各類防腐蝕、抗偏磨的產(chǎn)品也在不斷試驗改進中，其中外包覆抽油桿的使用越來越受到重視。筆者對近4年外包覆抽油桿的使用情況進行了統(tǒng)計，分析了使用效果，并逐項分析了現(xiàn)在使用的外包覆抽油桿的不足，為進一步提高外包覆抽油桿質(zhì)量提出了改進建議。

1　外包覆抽油桿結(jié)構(gòu)介紹

外包覆抽油桿主要由三部分組成，即桿體、桿頭防腐層和桿體防腐層，如圖1所示。外包覆抽油桿桿體是常規(guī)使用的鋼制抽油桿,其幾何尺寸、機械性能以及檢測方法必須滿足SY/T 5029-2013《抽油桿》的要求[2]，使用的材料應(yīng)滿足GB/T 26075-2010《抽油桿用圓鋼》的要求[3]；桿頭防腐層為人工涂覆在桿頭并延伸至桿體的一層樹脂材料；桿體防腐層為注塑或包裹在桿體上的一層高分子聚乙烯材料。所謂注塑，即將高分子聚乙烯材料直接擠注在桿體上，而包裹是將已經(jīng)成型的高分子聚乙烯管緊密套在桿體上。桿體防腐層應(yīng)包覆住部分桿頭防腐層并緊密結(jié)合，以防井液滲入造成腐蝕。

圖1 外包覆防腐抽油桿結(jié)構(gòu)圖

2　外包覆抽油桿使用情況分析

2011年至2015年1月31日，東辛采油廠選取因使用常規(guī)抽油桿而腐蝕、偏磨造成生產(chǎn)周期不超過180天的88口井，改用外包覆抽油桿，總計使用11.313 1×104m，其中目前仍在服役的還有57口井68 494m，其余31口井44 637m已經(jīng)回收。分年限投入及使用情況如表1所示。

由表1可以看出，2011年開始對外包覆抽油桿進行少量試驗，發(fā)現(xiàn)問題不斷改進，逐年加大了用量，使用效果也逐漸顯現(xiàn)出來。

表1 外包覆防腐抽油桿使用情況

3　外包覆抽油桿使用效果分析

統(tǒng)計已回收的31口井外包覆抽油桿使用時間，并進行分類，各使用時間檔的井?dāng)?shù)及所占比例如表2所示。

從已回收的31口井外包覆抽油桿的使用時間來看，使用時間超過1年的達到58.1%，使用時間不足半年的占12.9%，與未使用外包覆抽油桿時相比，生產(chǎn)周期都有不同程度的延長。

根據(jù)31口井外包覆抽油桿的使用時間是使用前生產(chǎn)周期的倍數(shù)進行分類，其倍數(shù)、井?dāng)?shù)及所占比例如表3所示。

表3 外包覆抽油桿是常規(guī)抽油桿倍數(shù)的統(tǒng)計情況

結(jié)合仍然在使用的外包覆抽油桿使用時間進行分析，外包覆抽油桿的正常使用時間低于常規(guī)抽油桿的只有2口井，占6.4%，應(yīng)屬于產(chǎn)品本身質(zhì)量問題；外包覆抽油桿的正常使用時間是常規(guī)抽油桿1倍以上不足2倍的有9口井，占29.1%，這兩項合計占35.5%；有64.5%的外包覆抽油桿的使用時間達到了使用前生產(chǎn)周期的2倍以上，有的甚至達到了使用前生產(chǎn)周期的7倍。這說明使用外包覆抽油桿取得了較為理想的效果，但使用過程中暴露出的問題，也應(yīng)引起注意，并且不斷改進。

4　外包覆抽油桿存在的主要問題

4.1外包覆層脫落、開裂

由于基體抽油桿和外包覆層材料彈性變形和熱變形的差異較大，導(dǎo)致使用過程中基體和外包覆層分離、脫落或開裂，如圖2所示。更為嚴(yán)重脫落的外包覆層碎屑落入抽油泵內(nèi)，使游動閥或固定閥無法關(guān)閉，造成倒井。圖2(a)中，外包覆抽油桿桿體防腐層開裂并伸長到鐓頭部位；圖2(b)是一截開裂的桿體防腐層，脫落在油管內(nèi)。桿體防腐層包裹在抽油桿基體上的外包覆抽油桿發(fā)生包覆層脫落或開裂的情況較多，桿體防腐層注塑在抽油桿基體上的外包覆抽油桿發(fā)生此類情況較少。4.2外包覆抽油桿基體抽油桿機械性能差

圖2 外包覆層伸長脫落或開裂

在使用的外包覆抽油桿中，有的供應(yīng)商提供的外包覆抽油桿還不如常規(guī)抽油桿的生產(chǎn)周期長，其桿頭防腐層和桿體防腐層并沒有破損，基體抽油桿未發(fā)生腐蝕，卻出現(xiàn)了如圖3所示的疲勞斷裂現(xiàn)象。為此，截取未使用的該批外包覆抽油桿，施加406MPa載荷比0.1的拉—拉載荷，進行疲勞強度試驗，只拉了0.17×106次即疲勞斷裂，遠小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1×106次不斷裂的要求[3]。分析認為，該批外包覆抽油桿的基體抽油桿機械性能差，未達到標(biāo)準(zhǔn)要求，是出現(xiàn)這一情況的根本原因。由于只強調(diào)了外包覆抽油桿的抗腐蝕和抗偏磨能力，忽視了對鋼制基體抽油桿機械性能的檢驗，致使不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的鋼制基體抽油桿被用來制作成外包覆抽油桿下井使用，并造成短時間內(nèi)倒井。4.3外包覆抽油桿扳手方處腐蝕

圖3 外包覆抽油桿疲勞斷裂

外包覆抽油桿的桿頭處是由人工涂覆的樹脂材料。在使用液壓鉗或管鉗連接抽油桿時，鉗牙會咬破涂覆層，該處的鋼制抽油桿基體嚴(yán)重腐蝕，如圖4所示。目前這種情況比較普遍。4.4外包覆抽油桿包覆層端部斷裂

圖4 扳手方處腐蝕

外包覆層包覆不嚴(yán)密，在包覆層與涂層材料的交接處容易進入井液；或在注塑、包覆桿體防腐層時，因機械損傷破壞了結(jié)合處的桿頭防腐層，使此處的鋼制基體裸露，在井液中形成小陽極，加速了該處的腐蝕，造成該處基體抽油桿直徑迅速減小，應(yīng)力增大，而最終發(fā)生腐蝕疲勞斷裂[4]，如圖5所示。目前使用的外包覆抽油桿早期失效，大多數(shù)是由此種原因造成的。4.5外包覆抽油桿無法修復(fù)

圖5 外包覆抽油桿包覆層端部腐蝕斷裂

由于外包覆抽油桿存在上述問題，一般使用300天以上因抽油桿斷裂倒井后，為防止短時間內(nèi)發(fā)生二次抽油桿斷裂倒井，這些外包覆抽油桿一般不再繼續(xù)使用[5]。目前沒有修復(fù)外包覆抽油桿的手段，盡管桿體還比較好，也作為報廢抽油桿被回收處理，造成了較大的浪費。

5　外包覆抽油桿的改進措施及效果

外包覆抽油桿作為一種新產(chǎn)品，在使用過程中暴露出了上述質(zhì)量問題，使6.4%外包覆抽油桿的使用周期低于常規(guī)抽油桿，使29.1%外包覆抽油桿的使用周期達不到常規(guī)抽油桿的2倍以上。因此，經(jīng)深入分析研究，采取了以下改進措施。

1）基體抽油桿是整個抽油桿柱的骨架，其性能直接影響著外包覆抽油桿的使用壽命。因此，制作外包覆抽油桿必須按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格選擇基體抽油桿，其幾何尺寸、機械性能必須滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。用戶在接收外包覆抽油桿入廠檢驗時，對基體抽油桿按標(biāo)準(zhǔn)逐項檢驗。

2）從實際使用效果來看，注塑的桿體防腐層要優(yōu)于包裹的桿體防腐層，不會出現(xiàn)桿體防腐層脫落、開裂的情況。因此，所有外包覆抽油桿全部采用桿體防腐層注塑的方式。

3）樹脂材料雖然能隔絕井液和基體抽油桿，但是易破損，同時失去防腐效果。因此，桿頭防腐層由人工涂覆樹脂材料改為噴焊一層鎳粉，使桿頭部分既堅硬，又能有效地防止腐蝕。

自2015年2月起，3.5×104m改進后的外包覆抽油桿投入30口井使用。使用10個月以來，尚未暴露出質(zhì)量問題，使用效果較之改進前更為理想。最終的使用效果還需要時間的檢驗。

6　結(jié)論與建議

1）從實際使用情況來看，雖然外包覆抽油桿大部分未達到設(shè)想的30個月質(zhì)量保證時間。但是65%外包覆抽油桿的使用時間達到了使用常規(guī)抽油桿的2倍以上，有的甚至達到了7倍，有效解決了抽油桿的腐蝕、偏磨問題，使用效果良好。

2）外包覆抽油桿存在外包覆層開裂、脫落，不能有效隔離腐蝕液體；扳手方處不能有效防腐蝕的缺陷，全部改為注塑桿體防腐層、噴焊桿頭防腐層后，取得了更為理想的使用效果。

3）基體抽油桿對外包覆抽油桿非常關(guān)鍵，必須達到標(biāo)準(zhǔn)要求的機械性能，否則易造成基體抽油桿疲勞斷裂，應(yīng)加強基體抽油桿性能的檢驗。

4）應(yīng)盡快研究外包覆抽油桿的檢測和修復(fù)方法，使外包覆抽油桿在保證質(zhì)量的前提下，可以繼續(xù)使用，避免成為一次性產(chǎn)品。

參考文獻：

[1]魏斌.碳鋯復(fù)合樹脂內(nèi)涂層油管技術(shù)研究[J].石油機械，2009, 37(3):8-9.

[2]國家能源局.抽油桿：SY/T 5029-2013 [S].北京：石油工業(yè)出版社，2013.

[3]全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.抽油桿用圓鋼：GB/T 26075-2010 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[4]李營波.抽油桿腐蝕斷裂機理及其修復(fù)工藝的完善[J].勝利油田職工大學(xué)學(xué)報，2006, 20(5):54-55.

[5]吳則中，鐘永海，孟忠良，等.我國抽油桿研制工作的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].石油機械, 2008, 36(2):63-66.

收稿日期：本文編輯：左學(xué)敏2015-10-31

作者簡介：秦樂勝（1976-），男，工程師，主要從事質(zhì)量管理工作。