冯学敏

【摘 要】在油田开发生产中，抽油机井抽油杆的断脱是影响生产的重要原因，通过对油田抽油杆断脱原因进行分析研究，提出预防抽油杆断脱的预防对策方法，延长抽油杆的使用寿命，保证油井的正常生产。

【关键词】抽油杆；断脱；防断脱技术；预防对策

抽油杆是有杆抽油设备的重要部件，它将抽油机动力传递给井下抽油泵。抽油杆的疲劳强度和使用寿命决定和影响着整套抽油设备。油田有杆抽油井在机械采油中约占92%之多，随着油田开采年限的增长，下泵深度不断加深，由抽油杆断脱而造成的维护、措施作业井有上升趋势。抽油杆断脱事故严重影响了原油产量，增加了修井费用，提高了原油成本。

1、抽油机井杆断脱原因分析

1.1疲劳造成的破坏

（1）抽油杆的工作环境差。在实际的工作过程中，抽油杆受到不对称循环荷载的作用，杆的上部分所承受的具有抽油杆柱、液柱、惯性荷载等几个方面的荷载综合力。其次还受到抽油杆运动过程中的摩擦阻力、管柱和油管柱弹性所导致的振动荷载，液击所产生的冲击荷载，同时由于井斜的变化和螺纹不同心、悬绳器摆动等多方面的因素综合导致的扭力等七个方面的荷载和力等。同时抽油杆柱的荷载要随着开采深度的加深而持续加深，致使抽油杆下半部分的张应力转换为了压应力。导致了抽油杆弯曲，在一定程度上提升了扭力和摩擦力。加重了抽油杆下部分工作的负担，同时由于抽油杆所承受的荷载是不对称循环的，实际上中和点以下的抽油杆未加工的面积超过了85%，致使设备产生了多处的疲劳源。疲劳源的存在容易引发抽油杆的疲劳断裂。

（2）抽油杆的强度不足。当前所使用的抽油杆强度一般使用无限寿命疲劳计算。实际上是将抽油杆的许用应力保持在疲劳极限以下，致使抽油杆在理论上而言工作循环的次数与实际工作的循环次数相比大了107次。那么抽油杆的实际应用过时也可以最大拉应力以及许用应力实现强度的比较和核查。

1.2杆柱组合设计不合理。由于杆柱设计不当，使杆柱实际应力超过其使用极限应力，导致局部杆超载断裂，或在设计中加重杆过少，使下部小规格抽油杆在下行程中承受压应力，变形后产生弯曲应力而断裂。

1.3工作参数不匹配。统计分析2017年来76次井次抽油杆杆体断裂井的工作参数，发现泵径越大、冲次越快，抽油杆断越频繁。其主要原因是：泵径增大、杆柱载荷增大；冲次越大，惯性载荷和冲击载荷增大，同时杆柱随交变载荷的频度加大，增加了抽油的疲劳断裂。

1.4抽油杆的腐蚀。腐蚀是抽油杆失效的主要因素之一。油井产出液综合含水上升，导致产出水与管杆本体铁接触，产出介质的强腐蚀性导致腐蚀。偏磨表现在抽油机井的生产过程中；腐蚀是偏磨的催化剂，偏磨加剧腐蚀。

1.5抽油杆偏磨的原因分析。抽油杆断脱井都有偏磨段，杆管偏磨主要是抽油杆柱下行程时遇到的阻力达到一定值后，抽油杆柱产生屈曲造成的，抽油杆工作时的往复运动，在传递力的过程中承受着各种载荷，各种载荷对抽油杆的作用比较复杂，上冲程时，抽油杆由于提升液体重量，使抽油杆与油管间不会产生大的摩擦；而下冲程情况则不同，轴向力和法向力作用于抽油杆―柱塞系统。

1.6冲次太高。统计杆断井冲数高所占的比例较大，冲数过快，受改变运动方向的次数太多，说明随着交变载荷增加，加剧了抽油杆疲劳状态，动载荷增加，加大抽油杆的弯曲程度，增大了杆断的机率。冲次越快，下部受压杆越长，轴向压力越大。对A井进行了杆柱运行过程中受力状况测试，测试表明，冲次越小，杆柱在上下死点处所受的交变载荷和惯性载荷就越小，振动也就越小；冲次越大，杆柱受压段越长（即受力的中和点上移）。所以在满足生产要求前提下，沖数尽可能小。

2、抽油机井杆断脱预防对策

2.1对抽油井系统进行优化设计。通过预测油井的产能，考虑一定的工作年限，合理确定下泵深度；从经济和技术方面进行综合论证，在降低冲刺、改变抽油杆组合或采用玻璃钢抽油杆和改变泵径等方面，选出确实可行的方案。

2.2建立油井抽油杆档案。抽油杆档案可了解抽油杆的服役条件和累积工作时间，准确掌握使用寿命。抽油杆使用寿命一般为三年，三年服役期满后，应更换整个抽油杆柱，防止新旧混用。

2.3建立严格的回收检测、修复管理制度。对于抽油杆不仅仅要清洗分类、肉眼观测，还需要对使用过的和更换的抽油杆进行表面缺陷、内在质量和螺纹连接性能、抗拉强度等项目进行全面检测。对可修复的缺陷进行修复，经检查和修复的合格抽油杆继续下井使用，而对不合格的予以报废。这不仅可以充分利用抽油杆，而且还会消除事故隐患，减少抽油杆断脱率，降低躺井，为油田创造更大的经济效益。

2.4抽油杆断脱及偏磨的防治策略。优化机杆泵匹配的方案。通过对机杆泵匹配状况的分析，在很大程度上降低了抽油杆柱的故障。通过适当放大抽油机型，放大抽油杆径。提高泵径或者泵筒的长度，降低冲次。强化油杆的老化分析，防止抽油杆断裂事故。根据实际统计了解到，抽油杆的故障大约有15%发生概率，而有32%～47%将在七年后抽油杆概率。全井油杆中由于质量不合格导致了在油杆在使用不久后发生断裂故障，抽油杆断裂故障很大程度上是由于操作不当造成的。此外便是各种疲劳老化原因造成的。并且还应在下井前进行检验，在使用过程中实现规范的操作，以及后期损伤检测和更换等三个过程控制。

2.5引进高强度的抽油杆。做好适用性试验。首先，可使用玻璃钢材质的抽油杆。玻璃钢材质的抽油杆具有较高的强度，同时重量也不高，具有较好的弹性和耐腐蚀性，玻璃钢油杆强度相比于同样规格的D级杆较为相似，但重量仅为同规格D级杆的1/3，弹性模量是钢杆的1/4～1/5，减少了抽油设备的负荷，最终提高了抽油杆的使用时间和寿命。

2.6提高防断脱技术的应用。通过适当的防止断脱的技术，有效防止了在腐蚀环境下的抽油杆受到的腐蚀。当前油井的生产过程中，可增加缓蚀剂防止抽油杆的腐蚀。缓蚀剂的防腐蚀原理是根据缓蚀剂以及金属表面的化学吸附，从而在金属表面形成了坚固的反应膜，有效隔离了环境中的腐蚀介质，保护了设备中的金属物质，防止了设备和系统的腐蚀。

2.7调整工作制度。抽油杆的受力状况可以通过调整工作制度来实现，大冲程、小冲数、合理泵径。如果连斜数据显示其中下部井身结构不好，在条件允许的情况下，适当上提泵挂。或采取尾管加泵下装置结构，既起到防止油管蠕动的作用，又降低了泵吸入口深度。制定合理洗井周期。定量加除垢剂和在泵下加防垢块。

2.8加强抽油杆管理

（1）新、旧杆统一实施分级管理。对抽油杆进行分级管理，统一分级规范。运用过的抽油杆通过清洗―除锈―探伤―修复并打上钢印后分级存放。就是分尺寸、依照使用年限分级存放与应用。加强对含/高含硫化氢油井抽油杆管理通过严格检查合格的才可以下井应用。对硫化氢含量>5000mg/m3的油井尽量应用全新抽油杆。

（2）增强抽油杆入井管理。增强对修井队操作标准的管理，防止操作不当而引发的抽油杆、接箍损伤，减少由于人为损伤因素导致的抽油杆断裂。

3、结语

总之，防止抽油杆的断脱，是一项长期复杂的系统工种，需要油杆管理，作业施工、杆柱设计、配套工艺等多方面综合治理才能取得较好的效果。在整个抽油杆断裂因素分析和治理的过程中，要注重分析每一个步骤，预防抽油杆断裂的产生，要加强管杆断脱防治技术的研究，应用推广新工艺、新技术，延长抽油杆使用寿命。

【参考文献】

[1] 李向东.抽油杆断脱原因及防治措施[J]. 今日科苑， 2010，（06）

[2] 王显丰，佟雪松.抽油杆断脱的原因及预防措施[J].化学工程与装备，2009，（09）