抽油杆断裂原因分析及治理措施

【摘要】保证油田开采过程安全生产的质量是整个抽油杆断裂原因分析的重要环节。本文将对抽油杆断裂原因分析及治理措施进行分析。

【关键词】抽油杆 断裂 断裂原因

一、 前言

抽油杆断裂原因分析是油田开采安全生产过程中的常用事故原因分析手段，主要是用于油田抽油杆断裂过程中所发生事故的统计与分析。

二、抽油杆断裂原因研究的必要性分析

随着油田开采进入高含水后期，为了进一步提高采出程度，采用注聚合物开发，但随着油井见聚浓度的升高，采出液性质发生变化，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。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。

三、抽油杆断裂特点

从宏观上看，抽油杆的断口整体都较平整，无偏磨、弯曲、缩径等现象，表现为典型的疲劳断裂特征、疲劳裂纹扩展区断面光、平齐，其外缘中点可见明显的机械损伤或腐蚀痕迹，即疲劳裂纹源区。瞬断区断面粗糙并伴有剪切唇和斜断面。其断裂位置主要位于抽油杆接头的圆弧过渡区及其附近部位。

四、抽油杆断裂原因分析

1、杆断井概况

2013年，我们针对采油现场32口杆断井开展了抽油杆大调查，32口杆断井，普通杆失效21口井66%占失效比例检泵周期385天，高强杆杆断11个井次！失效比例34%平均生产周期265天！低于杆断井平均周期 120天。

2、杆断井原因分析

（一）抽油杆材质

根据SY/T5029----2006《抽油杆》标准！对部分断杆取样，对其化学成分、拉伸性能、冲击性能、硬度及金相显微组织5项理化性能指标进行检测或试验！结果表明，送检抽油杆材料为35CrMo杆体材料组织为均匀的回火索氏体，硬度、拉伸性能及冲击性能也均满足该标准对HL级抽油杆的要求。因此，抽油杆断裂与抽油杆质量无关。

（二）杆断位置分析

高强杆杆断井发生在高含水井上，杆断位置处于深部！以过渡区断为主。普通新杆与大修杆以本体断为主，杆断处在中浅部修复杆杆断井平均在井周期 290天，以本体断为主，杆断位置处于浅部。

（三）杆断井偏磨、腐蚀情况分析

杆断32井中，存在偏磨的有12口井，占杆断井的37.5%且偏磨未导致杆失效。杆断32口井中，全部存在腐蚀现象，主要以坑蚀#点蚀和浅斑蚀为主。

（四）抽油杆断口宏观特征描述

通过对21口普通杆杆断井断面分析， 可以将断面划分成3个区域，分别是腐蚀疲劳源、扩展区、瞬断区。腐蚀疲劳源，在抽油杆上下行程过程交变应力作用下，抽油杆表面的腐蚀坑、伤痕或内部材质缺陷等部位，易形成应力集中，引发裂纹，形成腐蚀疲劳源。扩展区，裂纹逐渐扩展，抽油杆横截面逐步消弱，承载面积逐渐缩小，应力随之逐渐增大，从而又促使裂纹扩展，形成扩展区。瞬断区，当达到一定限度，剩下的截面积小到不足以承载时，就会突然断裂，发生杆断，形成瞬断区。

3、抽油杆断口端面影响因素分析

（一）腐蚀疲劳源影响因素分析

共有四个影响因素，井液介质、抽油杆材质或制造缺陷、生产过程中的交变负荷、表面损伤。其中，表面损伤主要是由于摆放、搬运、操作中的磕碰造成。

（二）扩展区影响因素分析

整个扩展区可以分为两个部位， 一是裂纹扩展初期的细腻区，主要是断裂初期裂纹较小，抽油杆强度较大，裂纹面之间研磨的时间长、间距小。二是裂纹扩展后期的粗糙区，主要是裂纹已经扩大，抽油杆强度接近断裂极限，裂纹面之间研磨的时间短、间距大。

（三）冲次对扩展区的影响

选取了参数、负荷、矿化度基本一致，冲次不同的两口杆断井进行了对比。得出结论，冲次越快，运行次数增加，裂纹向径向方向扩展快，细腻区越小，杆断越快。

4、断点位置

从单根抽油杆看，抽油杆在距推承台肩面0---300mm范围内发生断裂比例最高，共断裂10井次，占总断杆井数比例71.4%，该范围为镦锻抽油杆的圆弧过渡区及热影响区。抽油杆在此区域失效原因除腐蚀、机械损伤外，抽油杆热影响区在锻造过程中产生纵向高的残余拉应力和金相组织粗大，使其疲劳强度比杆体降低为另一重要原因。另外，抽油杆圆弧过渡区受轴向曲率影响，工作中承受的应力会超过设计值，容易引发抽油杆疲劳失效。

五、抽油杆断裂治理的安全处理对策

1、优化管杆泵设计

（一）硫化氢含量较高、含水大和泵挂深的机抽井采用完井杆柱配套使用玻璃钢抽油杆、抽油机减载器等设备用以降低杆柱负荷，减缓抽油杆疲劳损坏速度，延长抽油杆的使用寿命。针对抽油杆频繁断裂且硫化氢含量高的油井，完井杆柱使用防腐抽油杆。

（二）泵挂深度小于2800 m的机抽井三级杆柱组合中（1”、7/8”、3/4”）抽油杆上部200 m内使用新抽油杆，其余使用清洗合格的修复抽油杆，以减小每级杆柱上部的杆断风险。

（3）超深抽机抽井的完井泵型选择具有减载功能的采油泵，如侧流减载泵、防气减载泵等。

2、加强油井日常生产管理

合理制定机抽井调参规范，现场根据油井沉没度、出液性质的变化及时优化工作制度。对高回压机抽井要降低回压，以降低井内杆柱负荷。

3、推广应用长冲程抽油机

深抽井配套长冲程抽油机，实行长冲程慢冲次生产。立式抽油机具有惯性和振动载荷小，有效冲程长，运行平稳及冲程损失小等优点，符合深抽井长冲程慢冲次的生产规律。

4、开展防腐工艺技术研究

对于高含硫化氢井、高含水井，总结其生产规律，有针对性地制订缓蚀剂加注生产方案。加注缓蚀剂是解决油井管杆柱腐蚀的一种有效方法，其原理是通过缓蚀剂与金属本体形成一种致密保护膜，使金属本体与腐蚀介质隔离达到保护金属的目的。同时开展防腐工艺技术研究，如配套防腐抽油杆（抽油杆电镀防腐层）、阴极保护等。

六、结束语

总之，在整个抽油杆断裂原因分析及治理的过程中，要重视分析中的每一个环节，预防抽油杆断裂的发生，保证油田生产的安全生产与安全管理的规范性，使整个油田生产的过程得到保证。

参考文献：

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