吳起作業區抽油桿斷脫機理與防脫技術

顧燕　李龍　武立鶴

摘 要：抽油桿斷裂引起的井下作業在油井維修中占很大比例，作業成本逐年上升，嚴重影響了企業的經濟效益。加大技術投入，加強工藝管理，減少抽油桿斷裂，已成為提高井下作業質量的必由之路。新寨作業區雖然剛進入了開發鼎盛時期，但由于抽油桿斷裂引起的抽油機檢查占全年總工作量的比重較大，制約了油田的生產，增加了原油的生產成本。為此，我們開展了抽油桿斷脫機理分析、防偏磨技術、防斷、防脫技術，并通過加強抽油井生產管理，提高作業質量，強化抽油桿的分級管理，取得了明顯的效果。

關鍵詞：油桿斷脫;偏磨;優化組合

1 地質概況

新寨作業區目前管理2個油田、5個區塊，4個主要含油層系，其中Y9、Y10、長4+5、長6層系主力層，其中長4+5和長6層系為新寨作業區的主力油藏。姬源油田主力油藏為三疊系的長6油藏，油層深度在1900-2100米，該油層原油油氣比大，深井泵受氣體影響大，蠟質含量高，井筒結蠟嚴重，部分油井投產后含水很高，導致管桿有輕微結垢。

2 井下作業概況

截止2010年7月維護性作業中，油桿故障占作業比例的14.5%;其中抽油桿斷脫是造成我區油井上修的主要原因之一。

2.1 桿故障原因分類

2010年對頻繁斷脫的油井進行全井更換、桿柱優化組合、使用防磨短節，油桿斷脫較去年同期相比，比例大幅減少，效果顯著。

2.2 抽油桿斷脫機理分析

2.2.1 桿組合設計不當

由于抽油桿柱設計不當，因此，桿柱的實際應力超過其極限應力，導致桿柱局部超載斷裂，或設計中較重桿件過少。導致較低的小規格的抽油桿承受壓應力在接下來的行程，變形后產生斷續彎曲應力。

2.2.2 工作參數匹配的影響

通過對今年1-7月抽油桿脫離井工作參數統計分析，研究發現，泵的直徑越大，沖程越快，抽油桿斷裂的頻率越高。主要原因有：泵的直徑增大，泵桿載荷增大;隨著沖擊次數的增加，慣性載荷和沖擊載荷均增大。桿柱的頻率隨交變載荷的增大而增大。

2.2.3 腐蝕因素是導致抽油桿失效的主要因素之一。

產生的腐蝕液在抽油桿桿的身體會加速損壞，因為它會形成脆性層和表面腐蝕斑點的棒的身體，這將導致應力集中和疲勞紋，并最終導致抽油桿的腐蝕疲勞斷裂。

2.3 疲勞斷脫

現代抽油桿強度計算采用無限壽命疲勞設計，但抽油桿的許用應力控制在疲勞極限以下。事實上，由于現場條件復雜，影響桿件性能的因素很多。抽油桿循環工作一定的次數后，很容易達到疲勞期，因此，應考慮定期更換抽油桿。

2.4 部分更換

為了節約成本，油田通常只更換有缺陷的抽油桿，即部分更換抽油桿。其結果是一個惡性循環，在這個循環中，部件不斷被替換，而沒有被替換的部件則被破壞。同時，由于責任的缺失，部分更換也會導致桿件裝配不當，從而加速桿件的斷裂。

3 抽油桿脫扣原因分析

3.1 初始預緊力的影響

一旦螺紋連接預緊力不足，其對動載的阻力將大大降低，因此初始預緊力不足，是影響桿脫的重要因素。隨著上下沖程載荷的變化，抽油桿的螺紋接頭和聯軸器也會發生伸長和壓縮變形的變化，內外螺紋的接觸面會有相對運動的趨勢。從而逐步松扣。

3.2 振動的影響

抽油桿在上下沖程中受到一定的振動。在整個柱的兩端，振動力較大。

4 抽油桿斷脫預防措施

4.1 油井管理上，采取了下列措施

①及時診斷泵浦，根據診斷調整沖程、沖頭。經常去部分抽油桿，采用長沖程慢沖次方法，減少交變負載的頻率，減少疲勞斷脫。2010年1-7月累計進行工作制度優化112井次，通過對工作制度的優化，既發揮了油井潛能，又最大限度的減少了磨損，提高了系統效率;②對砂蠟影響嚴重的油井，采油組應加強油井熱洗加藥工作，合理安排熱洗加藥周期。提高采收率，防止因停井時間長而引起的開井負荷增加而導致斷桿。調整熱清洗清蠟周期，采用化學防砂，確保井筒不堵塞、不卡鉆，降低桿柱負荷。增加維護措施，如熱清洗和清蠟，使卡堵現象大幅減少。

4.2 加強作業質量監督

為確保施工質量，今年以來，作業區域加強了現場跟蹤監督的全過程，以減少從下桿柱發生碰撞、刮擦、擦拭等對人體的傷害，并及時更換管桿，避免有嚴重缺陷的管桿入井。

4.3 防脫技術的應用

高強度防脫扣器廣泛應用于抽油井頻繁脫扣作業中。通常將抽油桿串與井內抽油桿串串聯，抽油桿串的柔性旋轉可以減輕抽油桿串螺桿彎曲變形引起的釋放扭矩，從而達到防止抽油桿斷開的目的。

5 結論與認識

桿柱疲勞、偏磨和腐蝕是導致抽油桿失效的主要原因，抽油桿斷裂是多種因素綜合作用的結果，主要與抽油桿的制造質量、抽油桿柱的設計、作業質量、超期服役、井況有關;預防抽油桿斷裂是一項長期而復雜的系統工作，需要在抽油桿管理、作業施工、抽油桿柱設計、配套技術、井管理等方面密切配合、共同實施。