浅析抽油杆接箍失效成因及对策

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[摘 要] 油井工程一直以来都是社会发展和工业进步的重要组成部分，在实际的生产运行中往往会出现一些由自身因素或者外界因素导致的故障，影响油井生产开发的同时，还严重威胁着工作人员以及周边居民的生命财产安全。本文就抽油杆接箍失效的类型和成因进行详细的分析和研究，并提出可行的解决措施，希望为油井生产过程中处理抽油杆接箍失效问题提供一些借鉴和参考。

[关键词] 抽油油杆； 接箍失效； 成因及对策

1 抽油杆接箍失效成因分析的重要性

抽油杆接箍磨偏和腐蚀是导致抽油杆接箍失效的两种常见的类型，抽油杆接箍失效会直接造成倒井事故，严重影响油井的正常生产，同时，对工作人员来讲也是一个十分严重的安全隐患。通常情况下我们会在油田开采过程中采用防磨偏的强化接箍，但是由腐蚀因素引起的抽油杆断裂的问题依然存在。为此，必须充分了解和掌握造成抽油杆失效的相关影响因素，从而进行对症下药，有效的解决和预防抽油杆失效事故。

2 抽油杆接箍失效成因分析

对于抽油杆接箍失效的成因来讲，具体的分析办法通常从抽油杆的宏观外形、材料理化性能以及显微微观分析几种分析思路。相关的分析办法和分析结果有以下几个方面的内容：

2.1 抽油杆宏伟外形分析

对于比较常见的两种抽油杆接箍失效的类型来讲，分析过程往往要从现场开始，首先要对需要分析的抽油杆或者相关构件进行清洗清洁工作，之后在抽油杆上我们可以直观的看到宏观方面的接箍失效类型，比较常见的现象有：接箍表面抗氧化层严重脱落或者腐蚀，有比较明显的磨损或者划痕；当接箍两端的台阶出现严重磨损的情况时，可以初步判断为是杆件自身性能方面的问题引发的接箍失效事故；另外，腐蚀情况比较严重的可以在抽油杆局部发现蜂窝状的腐蚀现象，腐蚀情况越严重，则腐蚀的孔径越大。

2.2 抽油杆接箍组分材料的理化性能分析

2.2.1 抽油杆接箍材料的化学性能分析

我们采用 OBIF直流光谱仪对 2种不同的接箍基体材料的表面强化层的化学成分进行测定，具体检测出的相关化学参数见表1。

由表1我们可以看出，不同类型的接箍基体材料的构成成分基本相同，但是类型1的接箍从化学成分来讲其表面强化层是镀层，类型2的接箍则以镀镍层为主要表面强化层，两种材料的化学成分构成根据相关标准来判断，组分符合相关规定。

2.2.2 接箍硬度性能测试分析

接下来对以上两种类型的接箍进行硬度测试，在微观方面进行分析测试抽油杆的性能情况，相关测试数据结果见表2。

由表2可以看出，上述两种失效的接箍基体材料硬度值都在260HV范围左右，接箍基体材料的硬度值越低则表明基体材料的耐磨性能越差；测试中接箍类型1的表层硬度值较高，可达870HV，表明该接箍的表面抗磨性能较好，但是基体硬度相对比较差，同样会造成抽油杆接箍失效的问题。

2.3 抽油杆接箍基体显微测试分析

对于抽油杆接箍基体的显微分析，不同材质的接箍基体得出的测试结果也是不尽相同的，我们以比较常见的铁素体加珠光体接箍基体为例，显微分析可以发现其材料组成质粒分布成不均匀状态，有明显的带状组织分布。带状组织通常是由铁素体和渗碳体互相作用而形成的，铁素体的电位通常较渗碳体要低，因此带状组成通常较易发生电化学反应而形成微电池，这就使电位较低的铁素体在微电池的电化学作用下作为正极而发生腐蚀现象。同时，带状的组成形式导致发生电化学腐蚀的位点增多，一定程度上增加了抽油杆失效问题的发生。

2.4 抽油杆接箍表层测试分析

对于上述的第二种类型的抽油杆接箍表层结构分析可以发现，其镀镍层厚度相对较大，硬度相对较高，但是经显微观察可以发现失效状态下的接箍镀镍层的排列相对比较疏松，且局部出现细微的裂缝。微小的裂纹往往是裂缝形成的重要途径，实际上镀镍层与接箍基体之间是不存在孔隙的，一旦出现裂纹就会造成两者之间产生不连续的中空区域，从而导致强化层和接箍基体的结合力下降，在运行过程中，受到长期往复荷载作用下，其表面强化层就会遭到破坏，造成强化层的脱落，致使接箍基体直接暴露在腐蚀介质中，从而加速接箍的腐蚀失效。

2.5 腐蚀形态的抽油杆接箍微观分析

对于具有腐蚀特征的接箍进行电镜观察可以发现以下特点：接箍的表面腐蚀情况比较严重，主要呈蜂窝状和点状，腐蚀产物遍布于腐蚀孔周边，呈池塘状形貌。提取抽油杆接箍工作的油井的井液分析发现其中含有的氯离子量可达42 297. 17 mg/l，井液的Ph值为6.5，成弱酸性，氯含量的较高和酸性条件是形成腐蚀的重要因素，因此，在后续的应对抽油杆接箍失效问题的分析中对以上种种分析到的结果做相关的思考。

2.6 抽油杆接箍失效成因

经过对上述抽油杆接箍类型的分析，我们可以总结出造成抽油杆接箍失效的主要原因有以下几方面的内容：

（1）抽油杆柱使用过程中的不稳定旋转运动产生的横向作用力，会使接箍的螺纹连接的自身预作用力明显的降低甚至是消失，在这种横向作用力的长期作用下，就会使接箍在使用过程中即使受到很小的反扭矩作用都可能造成螺纹脱扣的问题，从而引起接箍失效的问题。

（2）抽油杆柱在使用过程中往往要起着传递扭矩的作用，由于受到泵卡、砂卡和蜡堵等因素的影响，抽油杆受到的井下扭矩作用突然变化的影响或者抽油杆运行过程中的突然停止旋转运动或者开始运动都会造成抽油杆柱的旋转速度和加速度发生巨大的变化，致使靠近突变井深的抽油杆柱出现较大的扭矩作用力，造成脱扣现象的发生，引发抽油杆接箍失效问题。

（3）在油井作业施工中，会出现抽油杆柱的连接螺纹部位出现上扣扭矩不足的情况，在抽油杆下放或者工作的影响下，抽油杆承受的反扭矩作用一旦大于螺纹连接的反扭矩作用力就会出现脱扣现象，造成抽油杆接箍失效。

（4）另外，受到抽油杆自身性能条件的限制，其螺纹齿的咬合强度不够，就会很容易出现脱扣问题，螺纹牙齿的失效主要是因为作用在螺纹上的扭矩过大、运行过程中的轴向荷载力超限或者产生上扣扭矩，造成螺纹牙齿承受的荷载超限，一旦螺纹牙齿出现剪切或者弯曲破坏的情况，就会造成抽油杆接箍失效的问题。

3 抽油杆接箍失效的对策

结合上述抽油杆接箍失效类型分析和失效原因分析，我们提出以下几点应对措施：

3.1 科学使用抽油杆接箍

必须结合油井的生产现状和现有生产条件以及原油性能科学选用抽油杆及其相关附件。对于一些具有泵挂深、腐蚀性较强的油井必须以选用K级杆件为主；当抽油杆工作中需要承受较大应力时，油井需要配置具有高强度的抽油杆；而斜井则以尽量选用连续杆为主，减少抽油杆脱扣和抽油杆接箍失效事故的发生。

3.2 合理优化抽油杆柱

不同生产条件下的油井需要采用相应不同的抽油杆柱设计标准，不可盲目的根据经验或者直接借鉴其他油井设计而忽视油井自身实际条件的要求，当选用的抽油杆柱以及相关附件设计标准中构件的抗疲劳强度不够时，不仅仅会造成抽油杆接箍失效的问题，甚至还会造成断裂事故，严重威胁油井工作人员的生命安全。

3.3 建立定期检测修复管理制度

对于需要修复的抽油杆不仅要根据损坏类型进行分类清洗，还要对其进行表面缺陷、杆件质量、螺纹连接性能以及抗拉强度和抗扭矩作用力性能等内容进行全面的检测，如果发现杆件无法修复就需要及时提出更换申请，必须以消除抽油杆事故隐患为目的，降低抽油杆失效风险。

3.4 建立健全抽油杆使用周期监测机制

可以采取使用台账的方式了解抽油杆的服役周期和工作时间，及时监测抽油杆使用现状，准确掌握其使用寿命情况。通常情况下，抽油杆的使用寿命为3年，在3年的服役期内抽油杆的实际承受循环应力的次数可达107次，因此，在服役期限结束后，一定要及时并且全部更换抽油杆所有部件，并在台账中做好更换记录和更换部件，杜绝新旧混用和超期服役的问题。

3.5 严格遵守抽油杆及附件装运规范

在抽油杆及相关附件的运输和存储过程中，一定要按相关操作规范进行，避免转运安装过程中的抛、掷行为，以免造成杆体损伤，抽油杆下井之前，要进行外螺纹和紧箍的清洗工作，保证其有足够的预紧力。此外，在抽油杆的运输存储过程中还要做好相关的防腐蚀和防冲撞措施，避免腐蚀和弯曲等问题影响抽油杆的使用性能。

4 结语

综上所述，造成抽油杆接箍失效的影响因素较多，不同油井的生产、操作以及采用的抽油杆材质都会有所不同，实际的工作环境也有所不同，使预防抽油杆接箍失效的工作较难开展。在实际的操作中必须以预防为主，基本控制为原则，结合油井采用的抽油杆类型和油井产量相关内容，拟建出具有针对性的防控方案，并在实际的生产过程中严格按着人、机、料和生产工艺等环节的标准规程操作对于避免或者消除抽油杆接箍失效事故具有十分重要的意义。

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