浅谈抽油机井杆断成因与防治

（大庆油田第三采油厂,黑龙江 大庆 163000）

摘  要： 机械采油技术现已经十分成熟，但是在实际生产过程中，抽油杆断脱造成的井下作业工作量在油田开发后期占相当大的比重,作业成本逐年上升,严重影响企业的经济效益。加大技术投入和强化过程管理,减少抽油杆断脱,已成为提高井下作业质量的必由之路。本文主要介绍造成杆断的成因和预防杆断措施，从材质、检测技术、使用年限、载荷变化、结蜡、启停机、施工质量方面分析杆断内在和外在的影响因素，针对存在问题提出了六种相应的预防措施，即适时优化工作参数、合理优化调整热洗周期、加强施工现场管理、优化举升方式、建立数据库和利用综合技术手段，防治相结合，减少断杆问题出现几率、延长抽油杆使用寿命、提高运行时率。

关键词：抽油杆;断脱原因;防止措施

目前，机械采油技术占油田开采据着主导地位，抽油机采油方式占机械采油工艺技术的80%以上。由于在抽油机井内，抽油杆、油管是井筒内主要组成部分，抽油杆更是也最容易出现部位，较为常见的是抽油杆断问题。杆断问题的出现不但增加了维护性工作量和作业成本，给油田的日常生产管理带来困难，而且还影响产量和运转时率。对于浅部断脱的抽油机井，小队可自行组织打捞。但是随着井下新技术的应用和不同注聚受效井液的变化，杆断位置出现在不同深度范围之内，为了保证正常生产，必须采取作业施工解决。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，对保证抽油机井正常运行有着极其重要的意义。

1 造成杆断的成因

抽油杆在井筒内往复运动过程中主要是承受着△P交变载荷的作用，随着不断的往复运动的延长，抽油杆抗疲劳应力不断的发生变化：

经过疲劳曲线可以看出，当应力（δ）减小时，循环次数（N）就相应增加。当抽油杆无数次的循环和应力下降到一定程度后相交于点P，这时抽油杆达到疲劳极限。如抽油杆一直处于疲劳极限，不断经过载荷的冲击，疲劳点就会出现裂变，造成杆断。

2  杆断影响因素分析

2.1 内在因素

2.1.1 无仪器检测技术

目前作业施工过程中，无抽油杆疲劳应力检测设备。只能凭偏磨的油管替换相应位置的抽油杆或更换肉眼看到磨损的抽油杆，新旧抽油杆混合使用，导致抽油杆整体受力不均衡，易出现频繁断脱问题。

2.1.2 使用年限较长

随着运行周期的延长，抽油杆下井时间也逐年增加，尽管有些抽油机井的检泵周期短，但是每次作业时抽油杆并没有进行全部更换，只是进行局部更换，导致运转的多数抽油机井的抽油杆使用年限在5年以上，年限长的达到了10年以上。抽油杆长期在井下往复运动，使其抗疲劳强度减弱，在正常载荷波动情况下也会产生杆断。

2.1.3 材质问题

在锻造抽油杆时，因提炼钢材中存在杂质，杂质周围与杆体就会留有微小的缝隙，当应力集中在这一点时，极易出现断杆。修复的抽油杆未经过疲劳应力检测，只对杆体进行修复及除锈，下井后也易出现杆断问题。

2.2 外在因素

2.2.1 工作参数对载荷的影响

统计冲程、冲次调参前后，以10-4.2-53HB抽油机井为标准，冲程调整0.6m、冲次调整1次、泵径Φ70，对比载荷变化情况。

表1 冲程、冲次调整后载荷变化

从统计数据可以看出当抽油机井冲程增大或冲次增大时，悬点最大载荷增加，悬点最小载荷降低，调冲程载荷变化幅度在6%左右，调冲次载荷变化幅度在22%以上，调整冲次对载荷影响较大。

2.2.2结蜡对载荷的影响

油井在生产过程中，如果油管内结蜡严重，抽油杆下行过程中在结蜡井段的摩擦阻力增大。上冲程中作用在悬点上的摩擦载荷方向向下，悬点载荷增大；下冲程中作用在悬点上的摩擦载荷方向向上，悬点载荷减小。

表2 结蜡载荷变化统计

对比结蜡前后载荷变化，结蜡前、后平均最大载荷增加18.56 KN、最小载荷下降11.1KN。所以，结蜡严重井功图显示上载荷增加、下载荷减小、图形肥大，长时间运行，增加抽油杆负荷，造成杆断。

2.2.3 频繁启停机影响

日常生产过程中停机后启机，启动载荷由静止开始瞬间突然增大，启动后驴头带动全井抽油杆上行，抽油杆开始拉伸。载荷突然增加，容易造成抽油杆应力点发生裂变，频繁启停更容易出现杆断问题。

2.2.4 作业施工影响

施工单位作业过程中存在赶进度、减漏工序的现象，如刮蜡不彻底、杆管不刺洗或刺洗不净就下井、未更换有问题抽油杆或施工过程中连接抽油杆时损伤杆体等情况，这些问题致使杆断的带来隐患。

3 预防杆断的措施

3.1 适时优化工作参数

沉没度过高或偏低，都会对抽油杆造成一定的影响，所以合理沉没度是机采井平稳运行的保障。为保证沉没度保持在200-400米合理范围之内，根据动态数据变化，结合周围水井注水情况，及时调整机采井运行参数，确保抽油机井在合理的抽汲环境下运行。近3年，年度调参工作量占机采总井数30%以上，通过开展对机采井低沉没、高沉没度的治理工作，合理区比例呈逐渐平稳上升趋势，频繁断脱井由18口井下降到目前5口井。

表3 调参情况对比统计

3.2 合理优化调整热洗周期

近年来随着生产开发的不同阶段，根据不同受效区块的整体情况，结合单井实际产液、含水变化趋势，及时调整优化各个区块的热洗周期。依据热洗周期判定标准做为指导，以洗井质量和洗井时间为判定标准，结合热洗设备洗井能力，进行分批次选井，各区块同步开展周期优化工作。3年来，累计优化调整机采井热洗周期1245井次，其中延长热洗周期672井次、不变的458井次、缩短周期115井次，热洗周期由39天延长到47天。

3.3 加强施工现场管理

日常施工管理中，以“四个优先”、“五个坚持”为现场工作重点，强化作业监督。四个优先：①高产井优先施工②措施井优先施工③见效区块优先施工④高危敏感区优先施工。五个坚持：①作业现场交接不放过②杆管刺洗监督不遗漏③重点工序监督不放松④安全环保监督不手软⑤执行设计要求不走样。现场监督管理，充分发挥各级监督的职责，明晰岗位员工、技术员、矿作业监督员三个节点管理职责，增强监督意识，不断规范管理流程，打造良好的监督环境，保证施工质量。

3.4 优化举升方式

对供液能力较强、严重机泵不匹配的井，由于泵径较大、冲次较快、转数较高频繁出现断脱，优化举升方式为电泵生产运行。近2年,抽螺共实施优化举升方式5口井。虽然一次投入较大，但从长远运行角度分析“利大于弊”，为治频繁断脱井摸索一条新的解决办法。

3.5 建立抽油杆数据库

建立、完善抽油杆数据库。对每口作业更换抽油杆的情况进行记录，根据抽油杆的使用年限进行分类，在下次单井施工时有计划、有条件的进行全井更换，保证抽油杆的整体强度。

3.6 利用综合技术手段降低杆断问题

设计过程中，应提高抽油杆柱强度，使用超高强度抽油杆；连续使用五年以上的抽油杆受井液腐蚀、偏磨影响，应全井更换。施工过程中，对于使用年限2年的抽油杆，安装时倒序使用；换杆时，使用同强度抽油杆；加大现场检查、监测技术的研发及普及推广，针对施工过程中起出的抽油杆进行疲劳应力检测和探伤。综合治理，最大限度减少对抽油杆使用寿命的影响因素。

4 结论

（1）杆断的成因是应力下降后，一直处在疲劳极限，不断经载荷冲击杆体出现裂变，引发断杆。

（2）通过分析抽油杆使用年限、材质质量、无现场监测手段是造成断杆的内在影响因素，如何减少内在因素、提高检测技术研发及普和推广将是以后研究的重点。

（3）通过日常的热洗管理、参数调整、设计优化、现场监督等方面的工作做细，控制外在因素影响，可以延长抽油杆使用寿命，提高运行时率，降低断脱几率。

（4）针对频繁断脱井，优化举升方式也是一条新的解决办法。

参考文献

[1] 万仁溥. 采油工程手册(上) [M] . 北京:石油工业出版社,2000.

[2] 北京钢铁学院.东北工学院编.《工程力学》.高等教育出版社