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1、抽油杆断脱原因及防治措施 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
2、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
3、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。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，
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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。 8
