当前位置: 首页 > 工程管理前沿 > 2020年20期 > 关于抽油杆断脱原因的分析

工程管理前沿【2020年第20期】

  • ID:273376
  • 浏览:4333
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-10-15 16:48:05
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

关于抽油杆断脱原因的分析

2020-10-16 10:02:05 工程地质学 李杰
资料简介

摘要:抽油杆断脱是油田开发后期经常遇到的同题,在油井维护中占有很大的比重,使作业成本逐年上升.它的产生直接关系到油井能否正常生产,关系到企业的经济效益及员工切身利益.因此,要确保油田高产、稳产,提高井下作业质量、降低作业成本,必须加大技术投入和强化过程管理,减少抽油杆断脱,本文就抽油杆断脱原因进行论述。


关于抽油杆断脱原因的分析

李杰

大庆油田有限责任公司第三采油厂第四油矿 402队


摘要: 抽油杆断脱是油田开发后期经常遇到的同题,在油井维护中占有很大的比重,使作业成本逐年上升.它的产生直接关系到油井能否正常生产,关系到企业的经济效益及员工切身利益.因此,要确保油田高产、稳产,提高井下作业质量、降低作业成本,必须加大技术投入和强化过程管理,减少抽油杆断脱,本文就抽油杆断脱原因进行论述。

关键词:抽油杆;断脱;磨损;腐蚀;疲劳


在现场进行采油工作时抽油杆由于长期受力不均,被采出液中各种成分的长期腐蚀,加上杆柱与井筒间本身的偏磨,及其容易发生断脱失效。导致抽油杆柱断脱失效的原因是多方面的,下面主要从机械偏磨、腐蚀破坏、疲劳破坏三个方面进行剖析。

 摘要:抽油杆的断脱是影响油田正常生产的主要因素之一。本文结合抽油杆断脱资料,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、腐蚀损坏是导致抽油杆断脱的三大主要因素,提出了治理抽油杆断脱的措施。 
  关键词:抽油杆;断脱;磨损;腐蚀;措施 
  1、引言 
  近几年,随着油田挖潜力度的不断加大,油井泵深不断增大,而老油田抽油杆老化、斜井偏磨、腐蚀等问题日益严重,使得抽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,近几年这一矛盾表现得更加突出。 
  2、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,主要应从以下三个方面进行剖析。 
  2.1疲劳破坏 
  2.1.1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。 
  2.1.2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。 
  2.2抽油杆机械磨损 
  2.2.1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,杆柱与液体之间的摩擦力,采出液体通过排出阀的液流阻力所产生的向上作用力,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。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。 
  2.2.2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,抽油杆的综合拉力或综合重力产生了一个水平分力。在水平分力的作用下,油管和抽油杆相互接触产生摩擦。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。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。 
  2.2.3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。   2.3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,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。 
  2.3.1 二氧化碳的影响 
  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,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。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。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。 
  2.3.2 硫化氢的影响 
  含硫油田中与油水共生的水往往含有硫化氢,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。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、抽油杆断脱综合防治措施 
  3.1强化抽油杆老化分析,预防断裂事故的发生。 
  根据统计,抽油杆故障发生有两个高峰,一是2-3年内,故障率在15%左右,另一高峰在7年以后,故障率高达32-47%。第一高峰是抽油杆质量导致,全井抽油杆中个别质量不合格问题暴露。第二高峰是操作造成,以后便是各种原因疲劳老化造成,因此要做好下井前检验、规范使用、后期损伤检测、更换四个过程的控制。 
  3.2引进高强度抽油杆 
  3.2.1玻璃钢抽油杆 
  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。 
  3.2.2高强度H级杆 
  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。 
  3.3采用防腐技术,减少腐蚀影响 
  目前,油井加入缓蚀剂是解决油井井筒腐蚀的一种常用有效方法。其原理是通过缓蚀剂与金属表面的化学吸附,在金属表面形成牢固的表面反应膜,隔离腐蚀介质,达到保护金属,防止腐蚀发生的目的。 
  3.4深化防磨技术研究 
  在扩大和加强扶正杆生产技术的基础上,对扶正杆工序进一步研究,解决斜井扶正块磨损快的问题,使扶正块的原材料由增强尼龙向聚四氟乙烯过渡,扶正块的固定由一点固定变为三点固定,提高扶正杆的使用寿命。 
  4、结论与认识 
  1、影响油井抽油杆断脱的因素是相当复杂的,而且在同一口油井往往伴随着多种因素的并存,互相参透,同时作用。但最主要还是抽油杆的疲劳破坏、机械磨损、腐蚀破坏三个方面的原因。 
  2、抽油杆断脱问题的治理要坚持以防杆断为重点,防治断脱相结合,实施整体治理的原则。 

参考文献:

[1] 刘春花.抽油杆偏磨机理及防偏磨对策研究[D]:(硕士学位论文).东营:中国石油大学(华东),2009.

[2] 李向东.抽油杆断脱原因及防治措施[J].今日科苑,2010(6):63.