抽油桿斷脫原因分析

馬朝陽

摘要：影響抽油桿正常工作的因素有油桿磨損嚴重、疲勞破壞、油桿載荷過大、人為因素。通過近年來現場觀察分析，在坪橋區塊因腐蝕情況造成的損壞并不多，而主要是因為油桿結蠟結垢嚴重造成的。

關鍵詞：坪橋區；抽油桿；斷脫

1、抽油桿磨損

1.1 井斜的影響

坪橋區油井700口，其中斜井占其總井數的78.5%。在斜井中，管桿隨套管井眼軌跡彎曲，斜度越大，管桿磨損越嚴重。通常，人們只注意油井的垂直斜，而實際上，在斜井中，特別是定向井中，方位斜與垂直斜同樣嚴重影響管桿磨損，并且不易為人們所發現，這就是部分井斜并不大，但確是造成管桿磨損的重要原因。在彎曲度（狗腿度） 較小的地方，油管內壁和抽油桿節箍產生磨擦，油管偏磨面積較大，磨損較輕。而彎曲度越大的地方，不僅油管內壁與抽油桿節箍產生磨擦，油管內壁與抽油桿本體也產生磨擦，油管偏磨面積較小，磨損較嚴重。在抽油桿柱的上部，表現為單面偏磨（見圖1） ，偏磨的正壓力較大，上沖程和下沖程均產生摩擦，偏磨嚴重。這種偏磨往往把油管磨穿，是偏磨現象中最常見，也是破壞性最大的一種。在抽油桿柱的中性點以下，為雙面偏磨。上沖程時，由于井斜使抽油桿與油管內壁的一側面產生偏磨，下沖程時，由于管內各種阻力與重力的綜合作用，使抽油桿彎曲，并與油管內壁的另一側面產生偏磨，這樣就使被偏磨的節箍斷面呈圖1b 和1c 所示的形狀，同時使油管桿對應的兩側面磨成深槽，甚至被磨穿。

1.2 高含水率的影響

產出液含水越高，磨損越嚴重。原因是產出液含水率低時，管桿摩擦面處于良好的油潤滑狀態，動摩擦因數較小，磨損較輕；當產出液含水高時，管桿摩擦處于水潤滑狀態，動摩擦因數大大增加，加快了管桿磨損。

2 、抽油桿疲勞

2.1 組合不合理引起的疲勞破壞分析

根據文獻資料統計，抽油桿工作時承受著交變載荷，在交變載荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發生破壞，而不是在最大拉應力下發生破壞。

如果在最大拉應力下發生破壞，那么抽油桿的斷裂事故，將主要發生在最大拉應力的上部。目前的斷裂現象正合乎在最大拉應力下發生破壞這一個現象。因此，應用最大拉應力與許用應力比較來校核強度。這里重點對組合不合理造成的抽油桿斷裂井進行計算分析。

2.2負荷變化引起的疲勞破壞分析

光桿負荷在上下沖程中是不相同的，在保證產量的前提下，長沖程和小沖次可以使負荷變化最小，負荷的變化主要與光桿的沖程和抽油機懸點負荷有關。由于泵閥的作用，上沖程時抽油桿承受著液柱重量，下沖程時液柱的重量便作用在油管上，因此，上沖程開始時，舉升的液柱重量會使抽油桿的負荷發生突然變化，沖次愈高負荷愈大，這種負荷的突變愈強裂。坪34-171、坪34-172就是屬于光桿負荷疲勞使得光桿斷裂。

由于負荷反復變化的沖擊，疲勞破壞是抽油桿所有損壞形式的基本特點。疲勞破壞往往是由于低于彈性極限的交變應力造成的，彈性極限是不使金屬產生永久變形的最大負荷。抽油桿因反復拉伸作用而產生裂紋，則屬于應力疲勞破壞。

疲勞破壞的抽油桿外觀很特殊，其斷面平滑，無縮徑，與軸線垂直。疲勞裂紋開始產生于表面應力高度集中的部位，隨著運行次數的增加，逐漸向直徑方向擴展，承載面積逐漸縮小，應力隨之逐漸增大，從而又促使裂紋擴展，當剩下的截面積小到不足以承載時，就會突然被拉斷。安塞目前抽油桿斷口都屬于這種類型。

2.3 抽油桿超限期使用引起的疲勞破壞分析

D級抽油桿可承受的循環應力周次在0.85—1.5*107次之間，而桿柱所受應力在130—180KN之間。坪橋油井沖次在3—7次/分，采油時率按99%計，則抽油桿的安全使用期限為2.5—5.3年左右。長期的開采和使用，承受多變載荷、磨損、腐蝕及重量的井下作業，油桿抗拉強度、安全系數等能力逐漸降低，抽油桿產生疲勞斷裂。斷裂油井抽油桿幾乎為投產兩年以上的舊抽油桿。

3 抽油桿載荷過大

3.1 油井結蠟結垢嚴重

由于油井結蠟、結垢，抽油桿下沖程時阻力增大，導致受壓縱向彎曲與油管內壁的另一側產生偏磨同時使油管桿對應的兩側面磨成深槽，甚至被磨穿。在有蠟、垢井中，蠟、垢質很容易附著在桿管上，減少井液的流動空間，這樣就增加了抽油桿的重量和井液的流動阻力；流動阻力又通過活塞轉嫁到抽油桿上，使抽油桿的載荷過大，最小工作應力變小，最大工作應力變大，從而使抽油桿容易發生斷裂。根據坪橋2011年上半年油井斷裂數據有44%的油井是因為結蠟結垢嚴重造成。

3.2 工作參數偏大造成液擊現象

目前坪橋作業有三分之一的油井供液不足，由于工作參數過大，產生液擊現象造成振動載荷加劇，造成油桿斷脫。當泵的能力超出地層流體流入井底的流量時，通常發生液擊。在這種情況下，在上沖程時泵筒不能完全充滿液體。當下沖程開始時，游動凡爾應當打開卻沒有打開，柱塞承擔了全部流體載荷開始下沖程。接著，當柱塞撞擊泵筒中的液面時，突然的撞擊力就沿著桿柱傳到了地面。在液擊期間產生的大量動載荷對井下桿柱產生有害的影響：桿柱遇到能導致桿斷的縱向彎曲。使抽油桿斷裂。

4 人為因素

4.1油桿質量問題

少數抽油桿斷裂面是不平整的，很粗糙，沒有一個完整的平面；沿抽油桿軸向上有比較明顯的“分離層”，說明抽油桿內部的金屬微結構不均勻，從而導致抽油桿強度的不均衡性。在抽油桿的實際使用過程中，交替變化的負荷首先使抽油桿在強度較弱的部分發生破壞，致使該部分油桿強度降低，導致抽油桿在薄弱環節發生斷裂。

4.2抽油桿受到彎曲、敲擊、碰撞等使用不當造成斷裂

抽油桿在運送過程中不可避免的出現擠壓，在下井過程中碰撞井口，以及裝卸、擺放油桿過程中野蠻裝卸、猛提猛放等均能造成油桿人為損壞。桿體表面被擦傷或碰傷而出現凹坑、刻痕。抽油桿服役時，這些表面缺陷就會因局部應力集中而形成疲勞源，導致疲勞斷裂。而且，當處于腐蝕環境中，這些凹坑和刻痕還會加快腐蝕的速度，引起疲勞斷裂。另外.在施工中嚴重磨損的抽油桿吊卡有時損傷桿頭的頸部，也會引起疲勞斷裂。

4.3 施工不當管理不合理

作業監督管理不合理，不到位。現在修井都是外雇隊伍，責任心不強，不能確保施工合格率。如作業時桿下井前上扣扭矩未上緊未上滿，人為因素造成抽油桿脫扣。