抽油杆断脱原因分析
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抽油杆断脱原因分析
抽油杆断脱是一种常见的产生油井失效的故障,造成了油井生产受限或停止产出。
该
故障的主要原因有以下几种:
1. 抽油杆材质和质量不良
抽油杆的材质和质量是导致抽油杆断脱的主要原因之一。
如果抽油杆的材料不符合相
关标准,或者质量存在缺陷,就容易发生断脱故障。
此外,还需要注意抽油杆的表面处理,保证表面光滑,防止表面裂纹的形成。
2. 抽油杆设计不合理
抽油杆的设计是控制抽油杆断脱的重要因素。
如果抽油杆的结构、尺寸、强度等设计
不合理,就容易导致断脱故障。
因此,设计方面需要考虑井深、工作压力、负荷大小等因素,以保证抽油杆的稳定性和强度。
3. 抽油杆的受力不平衡
抽油杆在使用过程中容易受到弯曲、拉伸、压缩等多种应力的作用。
如果抽油杆的受
力不平衡,就容易导致断脱故障。
这种情况通常是由于运行时的振动、井壁塌陷、沉降不
均等原因导致的。
4. 抽油杆与井壁之间的摩擦力
抽油杆与井壁之间的摩擦力也是导致抽油杆断脱的原因之一。
摩擦力的大小取决于杆
子的类型、直径和井筒的大小、形状等因素。
如果摩擦力过大,就可能导致抽油杆断裂或
脱离。
5. 防腐保护不当
抽油杆常常受到水腐蚀和化学腐蚀的影响。
如果防腐措施不到位,就会导致抽油杆表
面的腐蚀损伤,从而影响抽油杆的使用寿命和稳定性。
在某些情况下,这种腐蚀还会导致
抽油杆表面出现孔洞和裂纹,进一步加剧抽油杆的受力环境,加速抽油杆的断脱。
抽油杆断脱原因分析抽油杆是油井中的一个重要组成部分,用于从井底将石油、气体等物质抽到地面。
抽油杆的工作过程是非常密切的,因此在使用过程中很容易出现一些问题。
其中,抽油杆断脱是一个比较常见的问题,其产生的原因有很多。
一、油井条件的影响1.油井沉降:油井石油资源的开采量不断增加,导致油井底部的沉降和塌陷,直接影响到油井的正常工作。
由于沉降和塌陷导致各种管道的变形和损坏,抽油杆的使用寿命明显缩短,容易造成断裂。
2.油井渗透压力:油井中的石油产量逐渐下降,理论上来说渗透压力也会随之下降,但实际上在一些油井中,渗透压力却逐渐增大,直接增加了抽油杆的负荷,导致抽油杆更容易断裂。
3.油井温度:很多油井的温度比较高,甚至超过了100℃,高温环境下所使用的抽油杆极易因晶间腐蚀和金相组织改变而断裂。
1.同位素:某些地质构造中,如断层、韧带、地层的同位素含量较高,有时候也会影响到油井下部的抽油杆,使其发生断裂。
2.化学成分:不同地质环境中岩石的化学组成不同,而一些元素会加剧油井杆件的腐蚀程度,从而缩短其使用寿命。
在这种情况下,抽油杆容易受到化学腐蚀而产生断裂。
三、操作因素的影响1.抽油杆尺寸:抽油杆在使用时需要不断地上下拉动,对其强度和耐磨性都有很高要求。
如果选用的抽油杆尺寸过小,或者轻度损坏的抽油杆被强行继续使用,很容易发生断裂。
2.工作灵活性:一些油井地质条件较为特殊,工作灵活性较高,由于隔水固井、人为造成压力波动等原因,会导致抽油杆的负荷暴增,从而磨损过快,并最终导致断裂。
以上,是抽油杆断脱原因分析的一些主要的因素。
对于油田工人来说,一个合理的选杆工艺和正确的操作方法是减缓抽油杆断裂的有效手段。
通过不断探索和实践,找到一种最符合潜在问题的解决方案,能提高生产效率和安全性,保障油井的长期稳定生产。
抽油杆断脱原因分析抽油杆断脱是指在油田钻井、采油和注水作业中,抽油机或注水泵上的抽油杆出现断裂或脱落的现象。
这种情况会给油田生产带来严重的影响,不仅增加了维修成本,还降低了产量,甚至可能引发安全事故。
对抽油杆断脱的原因进行分析,对于改善油田生产效率和保障作业安全具有重要意义。
一、设备故障设备故障是导致抽油杆断脱的主要原因之一。
由于抽油杆在长期高强度工作的情况下,可能会出现磨损、腐蚀或疲劳等情况,导致其强度下降,最终断裂或脱落。
抽油机或注水泵的链条、链轮、齿轮等传动部件如果出现故障,也会影响到抽油杆的正常工作,从而导致抽油杆断脱。
为了减少设备故障对抽油杆的影响,必须加强设备的日常维护和定期检修工作,并及时更换受损的部件,提高设备的可靠性和安全性。
二、操作不当操作不当也是导致抽油杆断脱的重要原因之一。
在油田作业中,如果操作人员操作不当,比如拉升或降低速度过快、启停频繁、负载过大等,都会对抽油杆产生不利的影响,容易引发断脱事故。
抽油杆的连接件如果安装不当或者强度不够,也会成为抽油杆断脱的隐患。
加强操作人员的培训和管理,规范操作流程,严格执行操作规程,对于减少操作不当带来的风险,具有十分重要的意义。
三、工况恶劣在油田作业中,可能会遇到一些特殊的工况,比如温度过高、压力过大、井筒环空过大等情况,这些因素都会对抽油杆的正常工作产生不利影响,容易导致抽油杆断脱。
特别是在高温、高压、硫化氢等严峻环境下,抽油机和抽油杆容易受到腐蚀和疲劳的影响,进而导致抽油杆的断裂或脱落。
针对不同的工况恶劣情况,必须采取合适的措施,比如加强防腐处理、增加润滑剂、降低负载等,以提高抽油杆的耐久性和可靠性。
四、材料质量抽油杆的材料质量对于其耐久性和可靠性具有重要的影响。
如果抽油杆的材料质量不达标,意味着其抗拉强度、抗压强度、抗腐蚀性等指标都无法满足要求,容易在实际作业中出现断裂或脱落的情况。
必须对抽油杆的材料质量进行严格把控,确保其符合国家标准和行业要求,从源头上杜绝因材料质量问题而导致的抽油杆断脱事故。
抽油杆断脱分析与防治对策抽油杆断脱是油田钻采过程中常见的问题之一,不仅直接影响采油效果和成本,还会对生产安全造成严重威胁。
因此,对于抽油杆的断脱问题需要进行详细的分析,并制定相应的防治对策。
本文将对抽油杆断脱进行分析,并提出相应的防治对策。
一、抽油杆断脱的原因1.杆体结构问题:如果抽油杆的杆体结构不合理,或者杆体质量不合格,不仅会降低杆体的强度和耐磨性,还会对杆体的刚性和硬度造成影响。
这种情况下,抽油杆可能会在运行过程中发生振动和晃动,最终导致抽油杆断脱。
2.井下环境问题:油井的环境条件非常苛刻,常常存在高温、高压、腐蚀等情况。
如果抽油杆没有经过必要的抗腐蚀处理,就会发生腐蚀损伤,从而降低了杆体的强度和硬度,使抽油杆容易断裂。
3.操作人员的失误:在运行抽油杆的过程中,如果操作人员的技术水平不高,就很容易疏忽大意,造成杆体的受损和断脱。
例如,操作人员在吊卡抽油杆时没有保证角度垂直,或者吊卡的抓扣不良,都可能导致抽油杆受损。
4.抽油杆的老化:抽油杆在长期使用过程中,由于杆体的疲劳受损、腐蚀介质的腐蚀、杆体受热等原因,会逐渐老化。
如此一来,抽油杆的强度和硬度会降低,密封性能也会受到影响,最终导致抽油杆断脱。
1. 技术改进:通过技术升级和优化设计,提高抽油杆的强度和刚度,使其更容易适应井下环境的变化。
另外,加强对杆体材料的选择和质量检测,对抽油杆的生产和加工环节进行彻底的质量控制,保证抽油杆的质量和性能。
2. 作业规范:抽油杆的使用要遵循规范,确保每个操作环节都得到科学的规划和准确的执行。
特别是在处理断裂、捻转、积石、间隙等问题时,操作人员要有一定的技术水平和判断能力,以保证沉降杆的正常运行。
3.配套设备升级:升级井下设备,使用高效可靠的设备,减少因设备故障、维修不及时等原因导致抽油杆断脱的情况发生。
例如,应考虑采用进口万能测试机、无损检测设备、杆头封端机等先进设备。
4. 抗腐蚀处理:抽油杆的防腐处理非常重要,主要是针对矿泉水、渗透水、苯、醇、甲醛等对抽油杆造成腐蚀的介质。
抽油杆断脱原因分析一、抽油杆断脱的定义抽油杆断脱是指抽油杆在正常使用的情况下,由于受到外力作用或者工作条件不正常等原因,导致抽油杆发生损坏而脱落的现象。
抽油杆断脱的原因可能有很多,下面我们就来分析一下各种原因。
二、生产工艺不合理生产工艺不合理是导致抽油杆断脱的一个重要原因。
比如在油井的设计和施工过程中,如果在设计井的时候没有考虑到油井的实际情况,导致抽油杆的负荷过大,就会出现抽油杆断脱的情况;又或者在油井施工的过程中,如果施工质量不达标,也会使得抽油杆断脱。
生产工艺不合理是导致抽油杆断脱的根本原因之一。
三、抽油杆本身质量问题抽油杆本身质量问题也是导致抽油杆断脱的一个重要原因。
一般来讲,抽油杆的质量问题主要包括两个方面:一是材质的问题,二是制造工艺的问题。
如果抽油杆的材质不合格,或者在生产制造的过程中出现了问题,就会导致抽油杆的质量问题,可能在使用的过程中发生断脱的情况。
四、操作不当操作不当也是导致抽油杆断脱的一个重要原因。
在油田生产中,如果操作人员没有按照操作规程进行操作,可能会导致抽油杆的超负荷使用,或者使用过程中受到冲击等原因,从而导致抽油杆的断脱。
操作不当也是导致抽油杆断脱的原因之一。
五、外力破坏外力破坏也是导致抽油杆断脱的一个重要原因。
在油井的实际使用过程中,由于地质条件复杂、沉积环境复杂等原因,都可能对抽油杆产生外力破坏。
比如在油井的采油过程中,由于地震、天然塌陷、柱塌等原因都可能会对油井抽油杆产生外力破坏,从而导致抽油杆断脱。
六、防腐处理不当防腐处理不当也是导致抽油杆断脱的一个重要原因。
由于抽油杆是在严酷的工作环境下工作,如果对抽油杆的防腐处理不到位,就会导致抽油杆受到腐蚀,从而导致抽油杆的断脱。
以上就是抽油杆断脱的几个主要原因,针对这些原因,我们在油田生产中应该采取相应的措施,来防止抽油杆断脱的发生。
比如在生产工艺上,应该合理设计油井,严格控制施工质量;在抽油杆本身质量上,应该加强对抽油杆质量的控制,确保抽油杆的质量合格;在操作上,操作人员应严格按照规程操作,确保操作的安全和稳定;在防腐处理上,应该加强对抽油杆的防腐处理,确保抽油杆的使用寿命。
抽油杆断脱的成因分析与防治对策抽油杆断脱是油田采油过程中常见的问题,一旦发生将对油田生产造成严重影响,甚至影响到整个油田的开发进程。
对抽油杆断脱的成因进行深入分析,并提出相应的防治对策对于保障油田的稳定生产具有十分重要的意义。
一、抽油杆断脱的成因分析1. 动作不规范采油现场的操作人员在进行抽油杆动作时,如果动作不规范,如顶驱过猛、冲击过大等均会导致抽油杆断脱。
2. 抽油杆材质问题抽油杆本身的材质问题,如内部存在缺陷、裂纹等都可能成为抽油杆断脱的隐患。
3. 抽油杆疲劳损伤长期的高频次运动会导致抽油杆的疲劳损伤,超过其承载极限就会发生断脱。
4. 抽油杆受力过大抽油杆在受力过大情况下,如承受过大载荷、受到外力冲击等也容易断脱。
5. 抽油泵工作异常抽油泵的工作异常,比如启动不顺畅、运行不稳定等都会对抽油杆产生不良影响,导致断脱。
二、抽油杆断脱的防治对策1. 规范操作提高操作人员的技术水平,规范操作流程,严格按照操作规程进行操作,避免因操作不规范造成的抽油杆断脱事件发生。
2. 定期检查定期对抽油杆进行全面检查,检查抽油杆的材质、疲劳程度、受力情况等,及时发现问题并进行处理,确保抽油杆的健康状态。
3. 加强维护加强对抽油杆的维护保养工作,延长抽油杆的使用寿命,减少断脱事件发生的可能性。
4. 抽油泵监控对抽油泵进行严格的监控,一旦发现抽油泵运行异常,及时停机检修,排除故障,避免故障对抽油杆的影响。
5. 抽油杆设计优化通过改进抽油杆的设计,优化抽油杆的结构和材质,提高抽油杆的抗压能力和疲劳寿命,从根本上减少抽油杆断脱的可能性。
三、抽油杆断脱的对策实施1. 完善制度建立健全相关的操作规程和制度,明确操作人员的操作责任和要求,确保操作流程的规范性。
2. 加强培训加强对操作人员的技术培训,提高其操作水平和安全意识,使其能够熟练掌握操作技能并严格执行操作规程。
3. 强化监管加强对抽油杆的质量监管,确保抽油杆的质量达到标准要求,减少因抽油杆材质问题导致的断脱事件发生。
抽油机井杆断脱原因分析与预防对策
抽油机井杆断脱是指在抽油过程中,井杆出现断裂或脱落现象。
以下是对抽油机井杆断脱原因进行分析和预防对策:
1. 原因分析:
a. 过载运转:由于工况变化、油井堵塞或沉积物增多等原因,导致抽油机负荷过大,使井杆承受过大的压力,从而产生断裂或脱落现象。
b. 井杆质量问题:井杆本身存在材质问题或生产加工质量不过关,如井杆强度不够、井杆焊接不牢固等,容易导致断裂或脱落现象。
c. 井杆与连接部件磨损:长期摩擦造成井杆与连接部件磨损,减少连接强度,最终引发断裂或脱落。
2. 预防对策:
a. 加强设备维护:定期检查抽油机设备运转情况,及时发现异常并进行维修。
b. 提高工作人员操作水平:培训操作人员,提高工作人员对设备运行状态的监测能力,及时发现异常现象并采取措施。
c. 定期清理油井:定期清理油井堵塞物或沉积物,避免过载运转。
d. 注重井杆质量:选择优质的井杆材料,配备合格的生产加工设备,确保井杆质量符合标准要求。
e. 增加连接强度:利用先进的连接技术,提高井杆与连接部件的连接强度,减少磨损,并定期检查连接部件状态。
f. 增加安全保护装置:在抽油机设备上增加安全保护装置,如超载保护装置,一旦设备负荷过大,自动停机保护,避免井杆断裂或脱落。
抽油机井杆断脱是由多种原因引起的,为了避免这种情况的发生,需要综合采取设备维护、操作人员培训、油井清理、井杆质量控制、加强连接强度和增加安全保护装置等多种预防对策。
只有多个方面同时发力,才能有效预防抽油机井杆断脱现象的发生。
抽油杆断脱原因分析抽油杆断脱主要有以下几个原因:1. 载荷过大:抽油杆在工作过程中承受巨大的载荷,如果油井产能超过设计范围,或者泵杆过长或过重,都会导致抽油杆承受更大的载荷,从而增加断脱的风险。
2. 材料质量不合格:抽油杆通常由高强度的合金钢制成,如果材料质量不合格,会导致抽油杆的强度不足,容易发生断裂或脱落。
3. 抽油杆疲劳损伤:由于油井工况的变化以及抽油杆的工作负荷,抽油杆会长期处于循环应力的作用下,导致疲劳损伤。
如果抽油杆经过长时间的疲劳循环后,未及时更换或维修,就容易出现断脱现象。
4. 抽油杆结构问题:抽油杆的结构设计是否合理也会影响其断脱风险。
抽油杆的螺纹连接是否牢固,是否存在设计缺陷等。
5. 抽油杆的安装和维护问题:抽油杆在安装过程中需要严格遵守操作规程,如果安装不当、固定不牢或者维护不及时,都会增加抽油杆断脱的概率。
针对以上原因,可以采取以下措施来预防和解决抽油杆断脱问题:1. 加强油井动态监测:及时了解油井的工作负荷,确保抽油杆的承载能力和油井产能相匹配,避免载荷过大。
2. 优化抽油杆材料:选择高强度的合金钢材料,确保抽油杆的强度和耐久性。
3. 做好抽油杆的维护保养:定期对抽油杆进行检查,发现问题及时进行更换或维修,避免疲劳损伤。
5. 严格遵守操作规程:在抽油杆的安装和维护过程中,严格按照操作规程进行操作,确保安装牢固可靠,及时维护,防止问题产生。
抽油杆断脱是一个复杂的问题,需要从多个方面进行分析和解决。
通过加强动态监测、优化材料、做好维护保养、优化结构设计以及严格遵守操作规程等措施,可以有效预防和解决抽油杆断脱问题。
抽油杆断脱分析与防治对策抽油杆断脱是油田生产中常见的故障之一,一旦发生将会造成生产中断,影响油田的正常开采。
非常有必要对抽油杆断脱进行分析并提出相应的防治对策,以保障油田生产的顺利进行。
一、抽油杆断脱的原因分析1. 抽油杆受力不均匀:在油井开采过程中,抽油杆承受着巨大的拉扯力,长时间的受力不均匀会导致抽油杆的断裂和脱落。
2. 抽油杆腐蚀:由于油井环境的特殊性,抽油杆易受到腐蚀的影响,长期的腐蚀会降低抽油杆的强度,增加了断脱的风险。
3. 抽油杆设计不合理:抽油杆的设计不合理或者制造工艺不当也会导致抽油杆的断脱。
4. 抽油杆使用寿命到期:长时间的使用会导致抽油杆的疲劳损伤,降低了抽油杆的强度和稳定性。
二、抽油杆断脱的防治对策1. 加强抽油杆的运行监测:定期对抽油杆进行力学性能检测和腐蚀检测,及时发现问题并进行修复或更换。
2. 优化抽油杆的设计和制造工艺:采用合理的设计和优质的材料,提高抽油杆的抗腐蚀性和强度。
3. 合理调整油井生产参数:通过合理调整油井的生产参数,降低抽油杆的受力,减少断脱的风险。
4. 定期对抽油杆进行润滑保养:合理使用润滑剂,定期对抽油杆进行润滑保养,延长抽油杆的使用寿命,降低断脱的风险。
5. 提高抽油杆的安装质量:在抽油杆的安装过程中,严格按照操作规程进行操作,确保抽油杆的安装质量。
6. 加强人员培训和管理:对油田作业人员进行专业的培训,提高其对抽油杆故障的识别和处理能力,规范作业管理,减少断脱事故的发生。
三、结语抽油杆断脱是油田生产中不可忽视的问题,其造成的影响是不容忽视的。
针对抽油杆断脱的原因分析,制定相应的防治对策是十分必要和紧迫的。
只有通过科学的管理和技术手段,可以有效降低抽油杆断脱的风险,确保油田生产的顺利进行。
希望油田相关管理部门和企业能够高度重视,并采取切实可行的预防措施,共同保障油田生产的稳定和安全。
抽油杆断脱原因分析抽油杆断脱是指在油井生产过程中,油井的抽油杆出现断裂或脱离的问题。
这种情况会导致油井的生产受阻,甚至无法正常生产。
以下是对抽油杆断脱原因的分析。
1. 力学疲劳:抽油杆在长期的往复运动中会受到油井产生的重压力和摩擦力,以及其他外部因素的影响,会产生疲劳损伤。
当材料强度不足或者疲劳寿命到达时,抽油杆就会发生断裂或脱离。
2. 材料质量不合格:抽油杆是由金属材料制成的,如果材料质量不合格,存在缺陷或者内部应力大,容易引起断裂。
这种情况通常是由于生产过程中的原料问题、工艺问题或者质量控制不严格造成的。
3. 抽油杆磨损:抽油杆在长期工作过程中会受到油井内油液的冲蚀和磨损,特别是在高硫和高酸性的油井中,磨损速度更快。
当抽油杆磨损严重时,会导致强度下降,从而发生断裂或脱离现象。
4. 抽油杆防腐不当:油井中的油液中常含有一定量的酸性物质,如果抽油杆表面的防腐层破损或者涂层质量不好,会导致抽油杆被腐蚀,进而引起断裂或脱离。
5. 抽油杆连接部位松动:抽油杆是由多根杆段组成的,连接杆与杆之间采用螺纹连接。
如果连接部位松动或者螺纹损坏,会引起抽油杆的断裂或脱离。
6. 操作不当:在油井的生产过程中,如果操作人员不规范或者错误操作,比如提升速度过快、抽油杆碰撞或者受到外力冲击等,都可能引起抽油杆断裂或者脱离。
7. 环境因素:油井生产过程中的环境因素也会对抽油杆产生影响,比如地震、泥石流等自然灾害,以及油井中的高温、高压等因素,都可能导致抽油杆的损坏。
抽油杆断脱原因多种多样,从材料质量、力学疲劳、磨损等多个方面分析,有助于找到并解决问题,保障油井的正常生产。
在设计和生产过程中,需要严格按照相关标准进行材料选择、质量控制和防腐处理,同时加强操作规范和人员培训,以降低抽油杆断脱的风险。
抽油杆断脱原因再认识及下步防治措施探讨论文2007-04-14 09:10:22 阅读644 评论3 字号:大中小订阅摘要抽油杆柱的断脱是影响油田正常生产的主要因素之一。
结合陇东油田抽油杆柱断脱资料,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、腐蚀损坏是导致陇东油田抽油杆断脱的三大主要因素,提出了治理抽油杆断脱的“555”综合防治工程。
主题词抽油杆断脱分析防治措施一、前言近几年,随着陇东油田挖潜力度的不断加大,定向井的增多,油井泵深不断增大,而老油田油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重,使得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,2001年这一矛盾表现得更加突出。
通过对全厂1-10月份抽油杆断脱情况的调查,全厂1-10月份抽油杆断、脱共计655井次,占1-10月份检泵总井次2670的24.5%,其中抽油杆断裂453井次,占断脱总井次的69.2%,抽油杆脱扣202井次,占断脱总井次的30.8%,详细情况见表1。
表1 采油二厂各作业区1-10月份油井断脱情况统计表二、几种常见抽油杆类型及主要性能参数1、常规钢抽油杆常规钢抽油杆制造工艺简单,成本低,直径小,使用范围广,一般分为C级、D级、K级三个等级,一般经镦煅、整体热处理、外螺纹滚压加工,喷丸强化、油溶性涂料防护等工序,使其获得一定的抗疲劳和抗腐蚀疲劳的性能,目前陇东油田的抽油杆主要使用φ19mm和φ22mm两种尺寸的D级钢杆。
其机械性能如表2所示。
表2 常规钢抽油杆的机械性能1998年我国几家单位合作研制成功的KD级抽油杆,采用23CrNiMoV钢,经正火加回火处理,抗拉强度达到793MPa,屈服强度620MPa。
2、超高强度抽油杆超高强度抽油杆承载能力比D级抽油杆提高20%左右,适用于深井、稠油井和大泵强采井,90年代以来北京巴威工贸总公司牟丰石油机械厂试制成功H级的超高强度抽油杆,平均抗拉强度提高到1020MPa。
3、玻璃钢抽油杆玻璃钢抽油杆具有重量轻、抗腐蚀、疲劳性能好、没有疲劳极限、可实现超行程,但其缺点也很明显,主要有价格贵,大约贵60%—85%;不能承受重压、耐温低、杆体不耐磨、报废后的抽油杆不能熔化回收利用。
三、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,就陇东油田的抽油井而言,根据断脱特征、部位及断脱原因分类统计(见表3),主要应从以下三个方面进行剖析。
表3 采油二厂2001年1-10月份抽油杆断脱部位、断脱原因分类统计表(一)疲劳破坏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、抽油杆强度分析现代抽油杆强度计算都采用了无限寿命疲劳设计,即把抽油杆的许用应力控制在疲劳极限以下,以保证抽油杆工作循环次数大于107次,一般应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。
使用史洛尼杰尔和美尔斯公式:Pmax=(P杆+P液)×(1+SN2/1790)=[qrgL+(Ap-Ar)Lgρ] ×(1+SN2/1790)Pmin=1-SN2/1790应力校核:根据美国API抽油杆设计方法δ大=Pmax/ Arδ大≤[δ当](胜利油田采油处《有杆泵采油工艺》,译自美国API有杆抽油泵工作参数计算方法,P154)[δ当]:厂家铭牌许用应力,13kg/mm2其中:qr:单位油杆质量,kg/m;L:泵深,m;Ap:柱塞面积,m2;Ar:油杆截面积,m2;ρ:流体密度;S:冲程;N:冲数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。
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,逐渐向径向方向扩展,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。
(二)抽油杆机械磨损1、直井下冲程抽油杆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P杆,杆柱与液体之间的摩擦力P磨,衬套与柱塞间的半干摩擦力P摩干,采出液体通过排出阀的液流阻力所产生的向上作用力P阀,由于P杆、P磨沿油杆柱均匀分布,对杆柱弯曲变形影响不大,引起杆柱发生纵向弯曲的载荷主要为P摩干、P阀,其计算公式分别为:;;式中:ηk:抽油泵柱塞上游动阀的数目,个;γ液:采出液体的重度,N/m3;L:抽油杆柱的中和点以下的长度,m;do:抽油杆柱直径,mm;γ:抽油杆柱重度,N/m3;f油:油管内液柱作用在柱塞上的液体压力,N/m2;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如图1。
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、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F或综合重力W产生了一个水平分力Fx。
在水平分力Fx(正压力)的作用下,油管和抽油杆相互接触产生摩擦(如图2、图3所示)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。
正压力由下式表示:上行程Fx=FSinθ;下行程Fx=WSinθ抽油杆套管油管FXθW1抽油杆套管油管油层地层FθFX抽油杆油管套管弯曲度越大,磨损越严重,不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。
油层地层泵泵泵油层地层图2 斜井管杆上冲程偏磨示意图图3 斜井管杆下冲程偏磨示意图图1 直井抽油杆下冲程弯曲示意图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。
(三)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,如CO32-、HCO3-、SO42-,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。
究其腐蚀原因主要有:1、CO2的影响地层水中含有大量的CO2,它是由地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,即CO2 +H2O=H++HCO3- ,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。
此时腐蚀过程的阴极反应为 2 H+ +2e→H2 。
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。
阳极反应:Fe→Fe2++2e 。
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、H2S的影响含硫油田中与油水共生的水往往含有硫化氢,碳钢在含有硫化氢的水溶液中含引起氢的去极化腐蚀,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,它常以黑色粉末或垢的形式附着在油杆表面,反应式为:H2S→H++HS-HS-→H++S2-Fe2++S2-→FeS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、硫酸盐还原菌的影响陇东油田白恶系洛河层产水量大,呈Na2SO4水型,水温4℃左右,厌氧,总矿化度2000-3000mg/l,据测定,除含有大量的SO42-和少量的CO2、H2S、Cl- 外,含硫酸盐还原菌(SBR)101-102个/ml。
洛河水进入井筒后,在SBR的作用下,将SO42-还原成S2-,起到阴极去极化作用而使油杆腐蚀。
总反应式:4Fe+SO42-+4H2O→FeS+3Fe(OH)2+2OH-从总反应式可知,在硫酸还原菌的作用下,1摩尔分子的SO42-能腐蚀4mol分子的铁,FeS和Fe (OH)2的比例是1:3,另外,在SBR的作用下,还可产生硫化物,加快了反应速度,反应式为:Na2SO4+4H2→Na2S+H2ONa2S+H2CO3→2NaHCO3+H2SFe+H2S→FeS+H2因SBR引起的油杆腐蚀,一旦依附于疏松垢层,腐蚀产物以及杂质等沉积物,腐蚀就集中在这一点进行,最后形成凹口,油杆因应力集中在此断裂。