抽油杆断脱对抽油机井管柱设计的影响

悬点载荷变化对抽油杆断裂的影响

周 阳 张 迁 解锡明 郭庆华 李庆梅

（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

摘要：本文针对第二采油厂水驱抽油机井抽油杆断裂事故增多的现象，结合现场断杆井的统计情况，对断裂原因进行了分析。由于含水上升、参数大、油井结蜡等因素的影响，当抽油杆内产生的最大应力超过抽油杆的最大许用应力值使抽油杆产生疲劳破坏，并依此提出预防和减少断裂事故的防治措施。

主题词：抽油杆；非对称循环应力；脆性断裂；疲劳破坏

1 前 言

随着油田开采进入高含水后期，开采难度增加，机械强采力度进一步加大，抽油机井抽油杆断裂事故的发生频率也随之增加，给油田的正常生产管理带来诸多困难，不仅维护性措施工作量增大，原油成本增加，经济效益降低，同时还影响原油产量。第二采油厂2001年1～8月份水驱抽油机井检泵1036井次，其中因抽油杆断裂施工122井次，占检泵井总数的11.8％，与去年同期对比上升2.0个百分点，与去年年底对比上升2.4个百分点。因此，分析、研究抽油杆断裂的发生原因，采取有效的防治措施，预防及减少抽油杆断裂故障发生，对油田今后的可持续发展有着极其重要的意义。

2 抽油杆断裂是非对称循环应力作用下发生的疲劳破坏

122口因抽油杆断裂而检泵的井中有4口为斜井，因为斜井的特殊性，下面的分析中不包括这4口井。

118井次抽油杆断裂井中使用刮蜡杆有53口井，占断杆总井数的44.9%，这部分刮蜡杆都分布在抽油杆柱上部；剩余66口普通杆，其断点主要集中在下部（表1）。

表1 66口井普通杆断点分布表

断点位置（m） 1－25 26－50 51－75 76－100 ＞100 合计

井 数

(口) 15 7 7 22 15 66

从实际断点分布情况来看，我们认为抽油杆断裂不是在最大拉应力下发生，而是在交变应力作用下发生的疲劳破坏。如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆的断裂将主要发生在拉应力最大的上部。但是实际情况表明，在抽油杆柱的上部、中部、下部都有断裂故障的发生。另外，从现场实际观察发现，抽油杆呈脆性断裂，而不是塑性变形，这也是疲劳破坏的特点之一。

７０　油气田地面工程第２９卷第１期（２０１０．１）　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－６８９６．２０１０．Ｏ１．０３８　

对抽油机井断杆断管的几点认识　

刘敏勇（大庆油田采油六厂）　

摘要：对抽油机井的日常管理，要在各　个环节上下功夫，从作业施工开始就要注意　

到每一个工序，精心管理，细心操作，这样　才能做到减少抽油机井抽油杆断和油管断的　

现象，给企业减少不必要的损失，达到低耗　高效之目的。　关键词：抽油机井；光杆；油管；断　脱；日常管理　

１　日常管理方法不合理　

抽油机井的Ｅｔ常管理如单井加药、热洗井管　

柱、热洗地面管线、控制生产套管压力及操作方　式，在这些工作中，其中某一个环节出现漏洞或管　

理不善，都可能出现断杆或断管的现象。　（１）洗井后加防蜡剂，若加药不合理会造成药　

的浪费而未达到工作的预期目的，同时也增加了单　井成本。加药质量不高反映在药的本身质量、药的　

单位量次不正确及加药时间的不规范。　（２）管柱结蜡导致油管重量增加，管内压力增　

加，阻力增大，迫使油管伸长到极限而从油管的薄　弱环节断裂。油管内结蜡厚度增加的同时，抽油杆　

的负荷也随之增加，这时随着负荷增加到极限后，　抽油杆较弱的部位就会发生断裂。　（３）热洗质量不好，具体反映在热洗流程操作　有误，热洗温度不够，热洗程序不适当，热洗时间　

较短，热洗泵排量较小。　（４）井口盘根过紧或在加盘根时用铁器工具使　

光杆部位受到损伤，造成光杆断杆事故。　（５）不合理的生产套管气压力及操作也会导致　

杆断和管断的事故发生。此类情况通常是指易出砂　的井，由于急放套管气或量油急关、急放不平稳操　

作，造成井底激动而形成砂卡或砂堵现象，这种现　象是造成断杆的原因之一。　

２　录取示功图和维修操作不规范　

（１）测示功图操作不规范，如测示功图不减负　

荷，用豁口短接直接顶在防掉卡子上而不停抽油机　塞动力仪传感器，这样势必会给安全生产留下隐　

患，尤其是抽油杆的负荷明显增加。瞬间负荷的增　大促使抽油杆在疲劳运行中发生断裂，杆断也可诱　

２０１３年第１７期　内蒙古石油化工　８３　

抽油杆断脱原因分析及防治对策　

蝶　鹏，胡军伟，崔朋波，陈金辉　

（中国石油冀东油田公司，河北唐山０６３２９９）　

摘　要：抽油杆断脱事故是遣成抽油机井检泵的主要原因，严重影响抽油机井的正常生产；通过对　

抽油杆断、脱的原因进行详尽的分析，并提出防治抽油杆断脱的主要对策以及在日常生产中应注意的问　

题。　关键词：抽油杆；断脱Ｉ偏磨；对策　

中图分类号：ＴＥ９３３＋．２０７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－７９８１（２０１３）ｌ７一ＯＯ８３一Ｏ２　

抽油杆断脱一直影响着抽油机井的正常生产，　

是造成抽油机井检泵的主要原因。柳赞油田柳北区　

块７９口油井２０１２年共检泵１９井次，而因抽油杆断　脱造成的检泵就达５井次，比例达２６。３　。抽油杆断　

脱已成为抽油机井检泵的最主要原因。因此必须正　确分析抽油杆断脱的原因并提出相应防治对策。　

１抽油杆断脱原因分析　

１．１抽油杆断的原因分析　

抽油杆断的原因绝大部分情况是由于杆的金属　

材质存在问题。在井筒液介质下形成了腐蚀电偶，从　

而造成在抽油杆断点处形成局部坑蚀Ｉ再由于抽油　杆在生产过程中受拉伸压缩等交变应力的作用，就　

容易在坑蚀发生断裂。　

另外由于抽油杆偏磨严重造成的杆断现象也普　

遍存在。造成油杆偏磨的原因有很多，主要由以下几　点：①井斜；②地层蠕变造成套管变形，使井段弯曲，　

产生狗腿角Ｉ③油井结蜡，结蜡使抽油杆运动阻力增　大，致使抽油杆发生弯曲；④原油含水升高增加了油　

管和抽油杆接触面之间的摩擦阻力，导致偏磨加重。　在狗腿度较小的地方油管和抽油杆接箍产生磨　

擦，油管的偏磨面积较大，磨损相对较轻。而在狗腿　

度较大的地方，不仅油管内壁与油杆接箍磨擦而且　

与抽油杆本体也产生磨擦，油管偏磨面积较小，磨损　

较严重。在抽油杆柱上部表现为单面偏磨（见图　

１Ａ），抽油杆在上冲程和下冲程均产生磨擦，偏磨严　重。这种偏磨往往把油管磨穿（见图２），是偏磨现象　

７６　石油钻采工艺　２００２年（第２４卷）第５期　

二连油田抽油机井杆管断脱原因及技术对策　

刘战营李善维付旭东辛爽常洪刚林运兴　（华北油田公司，河北任丘０６２５５２）　摘要　针对二连油田抽油机井杆管断脱特点，从机理研究、杆柱设计、工况影响等方面对造成杆管断脱的原因　进行了分析，结合现场实际情况，提出了杆管断脱综舍治理技术思路，根据不同区块的枝术特点实施不同的治理措　施，使二连油田抽油机井杆管断脱逐年上升的趋势得到遏制，对老油田开发调整具有重要的借鉴意义。　关键词杆管断脱分析技术对策　治理效果　作者简介　刘战营，１９９５年毕业于石油大学（北京），现在开发部从事采油工艺方面的技术管理工作。　李善　维，现在采油工艺研究院从事采油工艺综合设计研究工作，工程师。　付旭东，现任二连公司工程所采油室副主　任，工程师。　辛爽，现在二连公司工程所从事采油工艺技术优化工作，工程师。　常洪刚。现在采油四厂地质大　队工作。　林运兴，１９６８年生。１９８９年毕业于江汉石油学院，现为二连油田工程所副所长，工程师。　二连油田共有抽油机井６９２口，占采油井总数　的７１．３％。随着油田抽油机井不断增多及开采时　间的延长，抽油机井杆管断脱井次也不断增加，严重　影响了原油生产及开发效益的提高。为适应二连油　田“低成本、有效益、可持续”发展的需要，开展了抽　油机井杆管断脱原因及机理研究，对储层物性特征、　系统条件、油品性质、优化技术和清防蜡配套措施等　因素对杆管断脱的影响进行了综合分析，研究制定　了杆管治理配套技术方案，并投入矿场试验，取得了　较好的应用效果，为实现低成本开发提供了技术支　持和决策依据。　１抽油机井杆管断脱特点　１９９８—２００１年，二连油田抽油机井共发生杆管　断脱６６３井次，其中抽油杆断３８６井次，脱扣４２井　次；油管断１９８井次，脱扣３７井次，杆管断与杆管脱　的比例为７．４：１，说明断脱是以杆管断为主。　通过１６１井次油管断裂类型分析，丝扣断８６井　次，本体断３７井次，接箍与本体连接处断２２井次，　断裂位置不详１６井次。对１００井次抽油机井故障　情况分析发现，抽油杆断裂规律不很明显，公扣下　２０～３０ａｎ之间断裂所占比例较大，有６７井次，其它　部位断裂３３井次。　２杆管断脱原因及机理分析　２．１杆管脱扣主要原因　２．１．１　工作环境差影响作业质量　二连油田位于　高寒地区，气候复杂多变，冬季作业由于丝扣粘附物　结冰，导致作业质量变差；由于该地区风沙天气居　多，作业时丝扣中吹进的砂子会造成上扣时偏扣或　上不满；施工作业队伍在恶劣的环境下施工，不遵守　操作规程，给杆管脱扣留下隐患。　２．１．２抽油机井工况不佳　二连油田普遍存在油　井供液不足的问题，杆管长期在液击状态下工作，产　生严重震动，造成杆管松扣，直至脱扣。１９９８—２００１　年，通过对７４口脱扣井的功图分析，发现有３０口井　的功图反映供液明显不足，存在液击现象。　２．１．３杆管质量不合格　杆管出厂后如果丝扣总　长、丝扣距、齿高、锥度等参数不符合ＡＰＩ标准，都会　在可使用期限内发生脱扣。通过现场调研，杆管质　量差是造成新下井杆、管脱扣的主要原因。　２．２杆管断裂原因及机理分析　２．２．１　杆管超期服役现象严重　抽油杆在许用应　力条件下，累计冲次范围为（３～５）×１０　次，杆的使　用安全系数为１．５…。二连油田抽油机井平均冲次　为９次／ｍ－ｍ，由此计算，在理想工况条件下，杆的使　用极限为４．２～７年。根据实践经验，抽油杆工作寿　命一般为４．５年，而截至２００１年１２月，二连油田抽　油杆累计使用５年以上的油井２７８口，８年以上的油　井７９口。　二连油田普遍使用的油管是Ｎ８０油管，部分　Ｊ５５油管。对这２种油管，根据疲劳强度公式［　］