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[1] [2] 下一页 |
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