抽油桿斷脫原因及防治措施

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1、抽油桿斷脫原因及防治措施摘要:抽油桿的斷脫是影響油田正常生產(chǎn)的主要因素之一。本文結(jié)合抽油桿斷脫資料,對引起抽油桿斷脫的主要原因進(jìn)行了全面剖析,認(rèn)為疲勞破壞、機(jī)械磨損、腐蝕損壞是導(dǎo)致抽油桿斷脫的三大主要因素,提出了治理抽油桿斷脫的措施。　　關(guān)鍵詞:抽油桿;斷脫;磨損;腐蝕;措施　　1、引言　　近幾年,隨著油田挖潛力度的不斷加大,油井泵深不斷增大,而老油田抽油桿老化、斜井偏磨、腐蝕等問題日益嚴(yán)重,使得抽油桿斷脫井次不斷增加,不僅困擾著油井的正常生產(chǎn),而且增加了采油成本,近幾年這一矛盾表現(xiàn)得更加突出?！　?、抽油桿斷脫原因分析　　抽油桿柱由于長期受交變載荷

2、和油、氣、水以及腐蝕介質(zhì)的共同作用,再加之定向井的偏磨,使其成為機(jī)械采油中可靠性最低的設(shè)備,很容易發(fā)生斷脫。導(dǎo)致抽油桿柱斷脫的原因是多方面的,影響因素也錯綜復(fù)雜,主要應(yīng)從以下三個方面進(jìn)行剖析?！　?.1疲勞破壞　　2.1.1抽油桿工作條件　　抽油桿在工作過程中,承受不對稱循環(huán)載荷的作用,上部光桿承受的載荷包括:抽油桿柱的載荷,液柱載荷,抽油桿柱、油管柱和液柱的慣性載荷,抽油桿柱在運(yùn)動中受的摩擦阻力,抽油管柱和油管柱的彈性引起的振動載荷,由液擊引起的沖擊載荷,由井斜變化、螺紋不同心、懸繩器擺動等因素造成的扭力等七方面的力。而抽油桿柱承受的載荷隨深度有所

3、變化,如抽油桿柱載荷越往下越小,加上下部抽油桿柱所承受的上頂力的作用,在中和點以下抽油桿柱由承受張應(yīng)力變成壓應(yīng)力,迫使抽油桿彎曲,增大了扭力和摩擦力,使得下部抽油桿工作條件更加惡劣。因此,抽油桿柱承受的不是簡單的不對稱循環(huán)載荷,而實際上中和點以下的抽油桿承受的是不對稱拉壓循環(huán)載荷,加上抽油桿柱本身未加工面積達(dá)85%以上,不可避免地會有疲勞源存在,從而產(chǎn)生疲勞斷裂?！　?.1.2負(fù)荷變化引起的疲勞破壞分析　　光桿負(fù)荷在上下沖程中是不相同的,在保證產(chǎn)量的前提下,長沖程和小沖次可以使負(fù)荷變化最小,負(fù)荷的變化主要與光桿的沖程和抽油機(jī)懸點負(fù)荷有關(guān)。由于泵閥的作

4、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(fù)荷發(fā)生突然變化,沖次愈高負(fù)荷愈大,這種負(fù)荷的突變愈強(qiáng)烈。由于負(fù)荷反復(fù)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彈性極限的交變壓力造成的,彈性極限是不使金屬產(chǎn)生永久變形的最大負(fù)荷。抽油桿因反復(fù)拉伸作用而產(chǎn)生裂紋,則屬于應(yīng)力疲勞破壞。　　2.2抽油桿機(jī)械磨損　　2.2.1底部受壓彎曲致使桿管偏磨　　直井抽油桿彎曲產(chǎn)生于下沖程。在下沖程時,抽油桿帶著柱塞下行,固定閥關(guān)閉,排出閥打開,液柱作用在油管上,使油管伸直。而

5、抽油桿柱承受在液柱中的重力,桿柱與液體之間的摩擦力,采出液體通過排出閥的液流阻力所產(chǎn)生的向上作用力,下行時特別是在活塞游動凡爾打開前的瞬間,由于泵內(nèi)液體及泵筒內(nèi)壁對活塞的阻力,加之以上力的作用,導(dǎo)致使整個桿柱下部受壓上部受拉,拉壓之間存在一既不受拉又不受壓的中和點,中和點以下,桿柱受壓失穩(wěn)彎曲,彎曲的桿柱與油管內(nèi)壁接觸,相對運(yùn)動造成桿管磨損。通過計算發(fā)現(xiàn),隨泵徑加大,泵深增加,中和點以下長度在桿柱全長中所占比例增加,相應(yīng)地桿柱彎曲越嚴(yán)重?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)下行磨損均有且較嚴(yán)重,說明下行桿柱受壓彎曲是偏磨的主要原因。　　2.2.2井斜引起的機(jī)械磨損　　由于井斜,

6、使油管產(chǎn)生彎曲,在抽油井生產(chǎn)時,抽油桿的綜合拉力或綜合重力產(chǎn)生了一個水平分力。在水平分力的作用下,油管和抽油桿相互接觸產(chǎn)生摩擦。上沖程時,使抽油桿與油管內(nèi)壁的一側(cè)產(chǎn)生磨損,下沖程時,抽油桿彎曲與油管內(nèi)壁的另一側(cè)面產(chǎn)生摩損。彎曲度越大,磨損越嚴(yán)重,不僅抽油桿接箍與油管內(nèi)壁產(chǎn)生磨損,而且抽油桿本體也與油管內(nèi)壁產(chǎn)生磨損。　　2.2.3含水升高,桿管磨損加劇　　當(dāng)桿與管相接觸發(fā)生滑動摩擦?xí)r,磨損速度與它們之間的潤滑狀態(tài)有關(guān),而水的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油的摩擦系數(shù),另外通過計算發(fā)現(xiàn),含水升高,抽油桿下行時,使抽油桿的中和點下移,加劇抽油桿彎曲。2.3抽油桿腐蝕破壞

7、　　絕大多數(shù)油井,在開發(fā)中后期產(chǎn)出液都會含水,而產(chǎn)出水中又含有各種腐蝕介質(zhì),腐蝕性微生物等,伴生氣中也會有CO2、H2S等腐蝕氣體,由于存在這些腐蝕介質(zhì),加上抽油桿承受的是不對稱循環(huán)載荷,所以腐蝕損壞便成為油桿斷裂的又一主要原因。　　2.3.1二氧化碳的影響　　地層水中含有大量的CO2,它是由地球的地質(zhì)化學(xué)過程產(chǎn)生的,當(dāng)水中有游離的CO2存在時,水呈酸性反應(yīng),由于水中H+離子的量增多,就會產(chǎn)生氫去極化腐蝕,所以游離的CO2腐蝕,從腐蝕電化學(xué)的觀點看,就是含有酸性物質(zhì)而引起的氫去極化腐蝕。CO2溶于水呈弱酸性,因為弱酸只有一部分電離,所以隨著腐蝕過程的

8、進(jìn)行,消耗掉的氫離子會被弱酸的繼續(xù)電離所補(bǔ)充。鋼材受游離CO2腐蝕而生成的腐蝕產(chǎn)物都是易溶的,在金屬表面不易