抽油杆断脱的成因分析与防治对策

【摘 要】抽油杆是抽油井三抽设备的重要组成部分之一，长期经受着较多负荷的重量及变化，还长期经受液体的冲刷，抽油杆越来越疲劳，随着时间的延长，抽油杆断脱的现象将越来越严重。本文分析了抽油杆断脱的成因，阐述了预防抽油杆断脱的几点对策。

【关键词】抽油杆;断脱;成因分析;防治对策

1.抽油杆断脱的成因分析

1.1井斜的影响

在斜井中，管杆随套管井眼轨迹弯曲，斜度越大，管杆磨损越严重。通常，人们只注意油井的垂直斜，而实际上，在斜井中，特别是定向井中，方位斜与垂直斜同样严重影响管杆磨损，并且不易为人们所发现，这就是部分井斜并不大，但确是造成管杆磨损的重要原因。在弯曲度较小的地方，油管内壁和抽油杆节箍产生磨擦，油管偏磨面积较大，磨损较轻。而弯曲度越大的地方，不仅油管内壁与抽油杆节箍产生磨擦，油管内壁与抽油杆本体也产生磨擦，油管偏磨面积较小，磨损较严重。在抽油杆柱的中性点以下，为双面偏磨。上冲程时，由于井斜使抽油杆与油管内壁的一侧面产生偏磨，下冲程时，由于管内各种阻力与重力的综合作用，使抽油杆弯曲，并与油管内壁的另一侧面产生偏磨，使油管杆对应的两侧面磨成深槽，甚至被磨穿。

1.2高含水率的影响

产出液含水越高，磨损越严重。原因是产出液含水率低时，管杆摩擦面处于良好的油润滑状态，动摩擦因数较小，磨损较轻;当产出液含水高时，管杆摩擦处于水润滑状态，动摩擦因数大大增加，加快了管杆磨损。

1.3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裂。

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低于弹性极限的交变应力造成的，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。

疲劳破坏的抽油杆外观很特殊，其断面平滑，无缩径，与轴线垂直。疲劳裂纹开始产生于表面应力高度集中的部位，随着运行次数的增加，逐渐向直径方向扩展，承载面积逐渐缩小，应力随之逐渐增大，从而又促使裂纹扩展，当剩下的截面积小到不足以承载时，就会突然被拉断。

1.4工作参数偏大造成液击现象

目前油井供液不足的井比例较高，由于工作参数过大，产生液击现象造成振动载荷加剧，造成油杆断脱。当泵的能力超出地层流体流入井底的流量时，通常发生液击。在这种情况下，在上冲程时泵筒不能完全充满液体。当下冲程开始时，游动凡尔应当打开却没有打开，柱塞承担了全部流体载荷开始下冲程。接着，当柱塞撞击泵筒中的液面时，突然的撞击力就沿着杆柱传到了地面。在液击期间产生的大量动载荷对井下杆柱产生有害的影响：杆柱遇到能导致杆断的纵向弯曲，使抽油杆断裂。

1.5油杆质量问题

少数抽油杆断裂面是不平整的，很粗糙，没有一个完整的平面;沿抽油杆轴向上有比较明显的“分离层”，说明抽油杆内部的金属微结构不均匀，从而导致抽油杆强度的不均衡性。在抽油杆的实际使用过程中，交替变化的负荷首先使抽油杆在强度较弱的部分发生破坏，致使该部分油杆强度降低，导致抽油杆在薄弱环节发生断裂。

1.6施工不当管理不合理

作业监督管理不合理，不到位。现在修井都是外雇队伍，责任心不强，不能确保施工合格率。如作业时杆下井前上扣扭矩未上紧未上满，人为因素造成抽油杆脱扣。

2.抽油杆断脱的预防对策

2.1防断

针对抽油杆材质问题造成的杆断，在抽油机井投产之初尽量选用优质材料制成的抽油杆，以延长抽油杆的使用是寿命;在检泵时对使用年限较长的抽油杆及时更换，以达到延长检泵周期的目的。针对抽油杆偏磨严重造成的杆断主要由以下几点防治措施：①采用抽油杆扶正器并改进抽油杆扶正器结构和材质，提高其耐磨性能;并根据抽油杆偏磨规律在易发生偏磨的杆段加装抽油杆扶正器以减缓抽油杆的偏磨。②采用旋转井口装置防偏磨。该装置是通过地面人力转动来改变油管与抽油杆的偏磨面，是磨损面均匀分布，从而达到杆管达到延长杆管使用寿命的目的。另外安装偏心井口的油井也可以转动井口也可以达到上述目的。③其他防治措施。合理调整生产参数，采用长冲程、冲次的生产制度;合理设计尾管长度，以减少油管底部弯曲;在抽油杆底部下加加重杆，使抽油杆柱的中性点下移，以减少抽油杆的弯曲。

2.2加大扶正器和防偏磨接箍的使用力度

为了避免和减缓抽油机井的偏磨，可以加大抽油杆扶正器、防偏磨接箍的使用力度，及应用一些新的防偏磨技术来实现。针对斜井和定向井采取全井扶正防偏磨措施，针对普通偏磨井利用公式计算出偏磨井段采取扶正防偏磨措施，针对泵上连杆无防偏磨措施的问题采取安装镀塑防偏磨接箍的方式。2018年根据检泵现场，对28口存在不同程度的偏磨井应用防偏磨接箍170个，扶正器54个;更换偏磨抽油杆39根，油管357根;ZOH应用镀塑防偏磨接箍，共25口井使用，应用效果良好。

2.3应用井下工具避免卡泵断脱等问题

（1）应用防砂管避免地层砂进入到泵筒中通过2根直径大小不同的油管，在油管表面缠绕钢丝网就会制作形成防砂管。在2根油管的表面上钻适宜的孔洞，然后再小直径的油管上缠铁丝网，组合之后放到大直径的油管中就会形成防砂管。（2）应用注塑杆为了有效的避免抽油杆因为偏磨问题而出现铁屑，可以合理的应用注塑杆。注塑杆是现阶段工艺较为成熟的一种油筒防偏磨的工艺手段，是现阶段应用较为广泛的基础性技术手段。可以有效的避免接箍偏磨问题，也可以避免杆体偏磨。。在油井的正常生产中，在一些井斜度较大且偏磨严重的油井中应用可以有效的避免抽油杆与油管出现偏磨以及铁屑等问题。

2.4适当的降低参数指标

抽油杆的偏磨也会受到冲程、冲饮以及泵径等因素影响。综合这个几个因素的不同影响程度以及调整的难易程度，在实践中对其进行分析块发现，随着冲次的不断增加，最大应力会不断的变大，而最大许用应力随着缓慢变小，在两者之间会存在临界点，在超过临界范围之后，其最大应力就会高于最大的许用应力，这样就会导致抽油杆出现断脱等问题。对此，在实践中，要加强对抽油桿的大泵径、长冲程以及低冲次等参数分析，合理配置，进而湿度的降低抽油杆可以承受的最大应力。

2.5引进高强度抽油杆

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。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.结语

有杆泵采油仍是目前最主要的采油生产方式之一，抽油杆断脱原因的分析和防治对策应当引起管理和技术人员足够的重视。因此在日常的生产中应该着重做到以下几点：①提高作业质量，杜绝因作业质量的原因造成抽油杆断、脱。②加强抽油杆的质量管理工作，严格杜绝不合格抽油杆下井并对超过使用年限的杆柱进行更换。③严格按照API标准认真优化杆柱组合和确定合理的生产参数。④积极应用防偏磨新工艺、新技术，已达到延长抽油杆使用寿命的目的。

【参考文献】

[1]刘一江.中原油田采油新技术文集[M].北京：石油工业出版社，2000.

[2]王鸿勋.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1989.

作者简介：崔强（1988—），男，助理工程师，从事油田开发技术工作。