【摘 要】抽油桿是抽油井三抽設(shè)備的重要組成部分之一，長期經(jīng)受著較多負荷的重量及變化，還長期經(jīng)受液體的沖刷，抽油桿越來越疲勞，隨著時間的延長，抽油桿斷脫的現(xiàn)象將越來越嚴重。本文分析了抽油桿斷脫的成因，闡述了預防抽油桿斷脫的幾點對策。

【關(guān)鍵詞】抽油桿;斷脫;成因分析;防治對策

1.抽油桿斷脫的成因分析

1.1井斜的影響

在斜井中，管桿隨套管井眼軌跡彎曲，斜度越大，管桿磨損越嚴重。通常，人們只注意油井的垂直斜，而實際上，在斜井中，特別是定向井中，方位斜與垂直斜同樣嚴重影響管桿磨損，并且不易為人們所發(fā)現(xiàn)，這就是部分井斜并不大，但確是造成管桿磨損的重要原因。在彎曲度較小的地方，油管內(nèi)壁和抽油桿節(jié)箍產(chǎn)生磨擦，油管偏磨面積較大，磨損較輕。而彎曲度越大的地方，不僅油管內(nèi)壁與抽油桿節(jié)箍產(chǎn)生磨擦，油管內(nèi)壁與抽油桿本體也產(chǎn)生磨擦，油管偏磨面積較小，磨損較嚴重。在抽油桿柱的中性點以下，為雙面偏磨。上沖程時，由于井斜使抽油桿與油管內(nèi)壁的一側(cè)面產(chǎn)生偏磨，下沖程時，由于管內(nèi)各種阻力與重力的綜合作用，使抽油桿彎曲，并與油管內(nèi)壁的另一側(cè)面產(chǎn)生偏磨，使油管桿對應的兩側(cè)面磨成深槽，甚至被磨穿。

1.2高含水率的影響

產(chǎn)出液含水越高，磨損越嚴重。原因是產(chǎn)出液含水率低時，管桿摩擦面處于良好的油潤滑狀態(tài)，動摩擦因數(shù)較小，磨損較輕;當產(chǎn)出液含水高時，管桿摩擦處于水潤滑狀態(tài)，動摩擦因數(shù)大大增加，加快了管桿磨損。

1.3負荷變化引起的疲勞破壞分析

光桿負荷在上下沖程中是不相同的，在保證產(chǎn)量的前提下，長沖程和小沖次可以使負荷變化最小，負荷的變化主要與光桿的沖程和抽油機懸點負荷有關(guān)。由于泵閥的作用，上沖程時抽油桿承受著液柱重量，下沖程時液柱的重量便作用在油管上，因此，上沖程開始時，舉升的液柱重量會使抽油桿的負荷發(fā)生突然變化，沖次愈高負荷愈大，這種負荷的突變愈強裂。

由于負荷反復變化的沖擊，疲勞破壞是抽油桿所有損壞形式的基本特點。疲勞破壞往往是由于低于彈性極限的交變應力造成的，彈性極限是不使金屬產(chǎn)生永久變形的最大負荷。抽油桿因反復拉伸作用而產(chǎn)生裂紋，則屬于應力疲勞破壞。

疲勞破壞的抽油桿外觀很特殊，其斷面平滑，無縮徑，與軸線垂直。疲勞裂紋開始產(chǎn)生于表面應力高度集中的部位，隨著運行次數(shù)的增加，逐漸向直徑方向擴展，承載面積逐漸縮小，應力隨之逐漸增大，從而又促使裂紋擴展，當剩下的截面積小到不足以承載時，就會突然被拉斷。

1.4工作參數(shù)偏大造成液擊現(xiàn)象

目前油井供液不足的井比例較高，由于工作參數(shù)過大，產(chǎn)生液擊現(xiàn)象造成振動載荷加劇，造成油桿斷脫。當泵的能力超出地層流體流入井底的流量時，通常發(fā)生液擊。在這種情況下，在上沖程時泵筒不能完全充滿液體。當下沖程開始時，游動凡爾應當打開卻沒有打開，柱塞承擔了全部流體載荷開始下沖程。接著，當柱塞撞擊泵筒中的液面時，突然的撞擊力就沿著桿柱傳到了地面。在液擊期間產(chǎn)生的大量動載荷對井下桿柱產(chǎn)生有害的影響：桿柱遇到能導致桿斷的縱向彎曲，使抽油桿斷裂。

1.5油桿質(zhì)量問題

少數(shù)抽油桿斷裂面是不平整的，很粗糙，沒有一個完整的平面;沿抽油桿軸向上有比較明顯的“分離層”，說明抽油桿內(nèi)部的金屬微結(jié)構(gòu)不均勻，從而導致抽油桿強度的不均衡性。在抽油桿的實際使用過程中，交替變化的負荷首先使抽油桿在強度較弱的部分發(fā)生破壞，致使該部分油桿強度降低，導致抽油桿在薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生斷裂。

1.6施工不當管理不合理

作業(yè)監(jiān)督管理不合理，不到位。現(xiàn)在修井都是外雇隊伍，責任心不強，不能確保施工合格率。如作業(yè)時桿下井前上扣扭矩未上緊未上滿，人為因素造成抽油桿脫扣。

2.抽油桿斷脫的預防對策

2.1防斷

針對抽油桿材質(zhì)問題造成的桿斷，在抽油機井投產(chǎn)之初盡量選用優(yōu)質(zhì)材料制成的抽油桿，以延長抽油桿的使用是壽命;在檢泵時對使用年限較長的抽油桿及時更換，以達到延長檢泵周期的目的。針對抽油桿偏磨嚴重造成的桿斷主要由以下幾點防治措施：①采用抽油桿扶正器并改進抽油桿扶正器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，提高其耐磨性能;并根據(jù)抽油桿偏磨規(guī)律在易發(fā)生偏磨的桿段加裝抽油桿扶正器以減緩抽油桿的偏磨。②采用旋轉(zhuǎn)井口裝置防偏磨。該裝置是通過地面人力轉(zhuǎn)動來改變油管與抽油桿的偏磨面，是磨損面均勻分布，從而達到桿管達到延長桿管使用壽命的目的。另外安裝偏心井口的油井也可以轉(zhuǎn)動井口也可以達到上述目的。③其他防治措施。合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，采用長沖程、沖次的生產(chǎn)制度;合理設(shè)計尾管長度，以減少油管底部彎曲;在抽油桿底部下加加重桿，使抽油桿柱的中性點下移，以減少抽油桿的彎曲。

2.2加大扶正器和防偏磨接箍的使用力度

為了避免和減緩抽油機井的偏磨，可以加大抽油桿扶正器、防偏磨接箍的使用力度，及應用一些新的防偏磨技術(shù)來實現(xiàn)。針對斜井和定向井采取全井扶正防偏磨措施，針對普通偏磨井利用公式計算出偏磨井段采取扶正防偏磨措施，針對泵上連桿無防偏磨措施的問題采取安裝鍍塑防偏磨接箍的方式。2018年根據(jù)檢泵現(xiàn)場，對28口存在不同程度的偏磨井應用防偏磨接箍170個，扶正器54個;更換偏磨抽油桿39根，油管357根;ZOH應用鍍塑防偏磨接箍，共25口井使用，應用效果良好。

2.3應用井下工具避免卡泵斷脫等問題

（1）應用防砂管避免地層砂進入到泵筒中通過2根直徑大小不同的油管，在油管表面纏繞鋼絲網(wǎng)就會制作形成防砂管。在2根油管的表面上鉆適宜的孔洞，然后再小直徑的油管上纏鐵絲網(wǎng)，組合之后放到大直徑的油管中就會形成防砂管。（2）應用注塑桿為了有效的避免抽油桿因為偏磨問題而出現(xiàn)鐵屑，可以合理的應用注塑桿。注塑桿是現(xiàn)階段工藝較為成熟的一種油筒防偏磨的工藝手段，是現(xiàn)階段應用較為廣泛的基礎(chǔ)性技術(shù)手段?？梢杂行У谋苊饨庸科栴}，也可以避免桿體偏磨。。在油井的正常生產(chǎn)中，在一些井斜度較大且偏磨嚴重的油井中應用可以有效的避免抽油桿與油管出現(xiàn)偏磨以及鐵屑等問題。

2.4適當?shù)慕档蛥?shù)指標

抽油桿的偏磨也會受到?jīng)_程、沖飲以及泵徑等因素影響。綜合這個幾個因素的不同影響程度以及調(diào)整的難易程度，在實踐中對其進行分析塊發(fā)現(xiàn)，隨著沖次的不斷增加，最大應力會不斷的變大，而最大許用應力隨著緩慢變小，在兩者之間會存在臨界點，在超過臨界范圍之后，其最大應力就會高于最大的許用應力，這樣就會導致抽油桿出現(xiàn)斷脫等問題。對此，在實踐中，要加強對抽油桿的大泵徑、長沖程以及低沖次等參數(shù)分析，合理配置，進而濕度的降低抽油桿可以承受的最大應力。

2.5引進高強度抽油桿

玻璃鋼抽油桿具有強度高，重量輕，彈性好和耐腐蝕的特點，其強度和同規(guī)格的D級鋼桿相近，但重量只約為鋼桿的1/3，彈性模量約為鋼桿的1/4-1/5，降低了抽油機的懸點負荷，以最大限度提高抽油桿的使用壽命。用強度H級抽油桿代替同規(guī)格D級抽油桿，由于H級抽油桿比同規(guī)格D級抽油桿的強度高30%，在相同載荷條件下，疲勞壽命高兩倍。

3.結(jié)語

有桿泵采油仍是目前最主要的采油生產(chǎn)方式之一，抽油桿斷脫原因的分析和防治對策應當引起管理和技術(shù)人員足夠的重視。因此在日常的生產(chǎn)中應該著重做到以下幾點：①提高作業(yè)質(zhì)量，杜絕因作業(yè)質(zhì)量的原因造成抽油桿斷、脫。②加強抽油桿的質(zhì)量管理工作，嚴格杜絕不合格抽油桿下井并對超過使用年限的桿柱進行更換。③嚴格按照API標準認真優(yōu)化桿柱組合和確定合理的生產(chǎn)參數(shù)。④積極應用防偏磨新工藝、新技術(shù)，已達到延長抽油桿使用壽命的目的。

【參考文獻】

[1]劉一江.中原油田采油新技術(shù)文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

[2]王鴻勛.采油工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：崔強（1988—），男，助理工程師，從事油田開發(fā)技術(shù)工作。