胡状油田抽油杆断脱机理的浅析
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摘 要：本文通过抽油杆断脱的短寿井与长寿井的不同状况，分析、研究抽油杆断脱的发生原因，为下步采取有效的防治措施，预防及减少抽油杆断脱故障发生，延长油井检泵周期，对油田今后的可持续发展有着极其重要的意义。
随着油田开采进人高含水后期，开采难度增加，机械强采力度进一步加大，特别是常规有杆泵采油是胡状油田胡7块唯一应用的采油方式。抽油机井抽油杆断脱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，不仅使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，故对抽油杆断脱原因分析，为下步有杆泵井生产提供指导。
一、抽油杆断脱原因分析
1.受力负荷分析
从实际杆断点分布情况来看，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。
抽油杆在工作时承受交变载荷,在抽油杆内部产生最大应力、最小应力的不对称循环应力。在交变负荷作用下，抽油杆往往疲劳断裂。
2.冲次分析
当抽油机井冲程增大或冲次增大时，悬点最大载荷增加。根据
，悬点最大载荷与冲次成平方比关系。从胡7块油井统计分析结果得出，4次时平均载荷为85KN、5次时平均载荷为87.7KN、5.5次时平均载荷为90KN。
3.含水与沉没度分析
抽油机悬点最小载荷随沉没度的下降和含水增加而下降，含水越高沉没度越低，悬点最小载荷下降的幅度越大；当悬点最小载荷降到某一值时，悬点最小载荷随着沉没度降低和含水的上升反而增加。低含水油井在低沉没度条件下运行时，由于气体的缓冲作用，泵内一般不会产生液击；高含水油井在低沉没度条件下运行时，抽油泵供液不足，由于泵内无气体或很少气体缓冲，柱塞在和液面接触瞬间将产生液击，从而加剧了抽油杆柱的振动，降低了抽油杆柱的轴向分布力，即降低了杆管产生偏磨的临界轴向压力，杆管易产生偏磨。
胡7块油井统计得出：含水大于85%的偏磨井占总偏磨井数的75. 8%。沉没度低于200m的偏磨井占总偏磨井数的76.6%，其中沉没度低于100 m 的偏磨井占总偏磨井数的62.0%。
4.拉杆及上凡尔罩断脱分析
Φ19mm杆受力最大为上冲程时的液柱惯性载荷。最下部的拉杆系统断脱的井大多是 Φ32、38 泵拉杆及上凡尔罩 ,由于这两种泵的拉杆杆体规范是Φ19mm , ①丝扣为M16×115 , 丝扣处不能满足强度要求; ②Φ32、38 泵拉杆采用背帽锁紧 ,拉接处丝扣暴露 , 又由于粘滞阻力的影响 , 柱塞运动滞后于抽油杆 , 导致拉杆数次往复弯曲 , 存在应力严重集中问题; ③由于拉杆及凡尔罩受小泵径的影响 , 尺寸受到相应限制 ,上凡尔罩壁极薄，且没有采用机械性能相对较高的材质; ④由于柱塞下行运动滞后于抽油杆 , 拉杆发生弯曲时没有扶正措施。
5.偏磨腐蚀影响
根据统计杆断脱中有45%是由于偏磨、腐蚀造成的，抽油杆偏磨腐蚀后，抽油杆有效截面积减小，抽油杆所受应力增加，同时截面积变化造成油杆应力集中也加剧了杆断的发生，但造成偏磨的主要原因为井斜-由于管柱所处的生产井段，井斜越大，管杆偏磨也越严重，抽油杆断脱的机率也越大；泵挂所处的方位角越大，井身轨迹发生偏转，也会造成管柱倾斜，管杆偏磨，，抽油杆断脱的机率也会增大。
6.抽油杆脱扣机理
抽油杆在下冲程中受没抽油杆柱向上的压力，会导致抽油杆中和点下的抽油杆柱发生弯曲，产生螺旋变形，一方面发生抽油杆和油管偏磨，另一方面螺旋变形也会产生卸扣力，引起脱扣。主要作用力包括：1）泵游动凡尔阻力：抽油杆下行时，流体通过柱塞游动阀时由于流道变小会产生压降，产生向上的力，其大小与流体运动粘度的关。2）生产套压和油套环空液面产生的沉没压力对抽油杆柱产生的压力。3）柱塞副的摩擦力产生的阻碍抽油杆柱下行弯曲载荷。
二、治理措施
针对大泵易出现杆断问题，根据杆柱受力影响，优化杆柱设计。
1.在进行杆柱设计时，建议对Φ57mm泵采用H级抽油杆，尤其上杆，但对腐蚀严重的井慎用（H级杆抗腐蚀能力差）。
2.对于泵挂沉的油井采用Φ25mm、22mm二级杆组合，减小下部杆应力，提高抗疲劳破坏的能力。
3.影响抽油杆中和点以下杆长度的主要因素是泵径、沉没度以及地层条件（原油粘度、出砂），因此在大泵径、高粘、出砂井上优化加重设计。
4.中和点以下杆使用扶正器，避免杆横向弯曲引起杆管间磨损，和避免因弯曲产生卸扣造成杆脱的机率。
5.采用专用加重杆，使中和点下移，减少中和点以下杆长度，减少管杆摩擦长度。
通过杆柱分析：合理优化管柱结构设计，采取大泵径、长冲程、 低冲次的设计思路。应用先进的工艺技术，如加长活塞柱塞、改进工艺材质等方面延长油井检泵周期。
总之，采取有效的防治措施，预防及减少抽油杆断脱故障发生，延长油井检泵周期，对油田今后的可持续发展有着极其重要的意义。作者简介：金连存（1974年生，2005年7月毕业于中国石油大学成本，专业石油工程）男，汉，河南濮阳人，工程师，主要从事采油管理工作。