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摘要：油井生产中抽油杆断脱事故是造成抽油机井检泵的主要原因，严重影响抽油机井的正常生产;本文通过对造成抽油杆断脱的几种常见因素进行分析，给出相应的防治对策，以提高油油杆的寿命周期和油井的生产效率。
关键词：抽油桿 断脱 偏磨 对策
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-01-339
一、抽油杆断脱原因分析
1.1 抽油杆的机械磨损
由于抽油机井上行程中，抽油杆受拉，因此不存在弯曲，而在下行程中，抽油杆带着柱塞下行时，杆柱上部要承受下部的重量受拉;泵内的液体及泵筒内壁对活塞的助力，致使杆柱下部收压，当压力达到一定值时，使抽油杆失稳，造成抽油杆产生螺旋弯曲，导致抽油杆与油管偏磨损坏，所以，应重点研究抽油杆在下行中的受力状态。根据抽油杆在下行中的受力状态的理论分析，选取某作业区6口抽油杆偏磨比较严重的井，并对这6口井抽油杆在下行中所受的力进行实际计算。通过计算发现，随泵径加大、泵深增加，下行时使抽油杆下部受压的力也增加，相应地杆管弯曲越严重，抽油杆磨损也越严重，说明下行杆柱受压弯曲是偏磨的主要原因。
1.2负荷变化引起的疲劳破坏
1）组合不合理引起的疲劳破坏分析
根据文献资料统计，抽油杆工作时承受着交变载荷，在交变载荷作用下，抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破坏，而不是在最大拉应力下发生破坏。
如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆的断裂事故，将主要发生在最大拉应力的上部。目前的断裂现象正合乎在最大拉应力下发生破坏这一个现象。因此，应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。
2）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裂。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低于弹性极限的交变应力造成的，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。
疲劳破坏的抽油杆外观很特殊，其断面平滑，无缩径，与轴线垂直。疲劳裂纹开始产生于表面应力高度集中的部位，随着运行次数的增加，逐渐向直径方向扩展，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，当剩下的截面积小到不足以承载时，就会突然被拉断。
3）抽油杆超限期使用引起的疲劳破坏分析
D级抽油杆可承受的循环应力周次在0.85—1.5*107次之间，而杆柱所受应力在130—180KN之间。坪桥油井冲次在3—7次/分，采油时率按99%计，则抽油杆的安全使用期限为2.5—5.3年左右。长期的开采和使用，承受多变载荷、磨损、腐蚀及重量的井下作业，油杆抗拉强度、安全系数等能力逐渐降低，抽油杆产生疲劳断裂，断裂油井抽油杆几乎为投产两年以上的旧抽油杆。
1.3抽油杆载荷过大
1）油井结蜡结垢严重
由于油井結蜡、结垢，抽油杆下冲程时阻力增大，导致受压纵向弯曲与油管内壁的另一侧产生偏磨同时使油管杆对应的两侧面磨成深槽，甚至被磨穿。在有蜡、垢井中，蜡、垢质很容易附着在杆管上，减少井液的流动空间，这样就增加了抽油杆的重量和井液的流动阻力;流动阻力又通过活塞转嫁到抽油杆上，使抽油杆的载荷过大，最小工作应力变小，最大工作应力变大，从而使抽油杆容易发生断裂。
2） 工作參数偏大造成液击现象
油井供液不足，造成工作参数过大，产生液击现象造成振动载荷加剧，造成油杆断脱。当泵的能力超出地层流体流入井底的流量时，通常发生液击。在这种情况下，在上冲程时泵筒不能完全充满液体。当下冲程开始时，游动凡尔应当打开却没有打开，柱塞承担了全部流体载荷开始下冲程。接着，当柱塞撞击泵筒中的液面时，突然的撞击力就沿着杆柱传到了地面。在液击期间产生的大量动载荷对井下杆柱产生有害的影响：杆柱遇到能导致杆断的纵向弯曲。使抽油杆断裂。
1.4抽油杆的腐蚀。
油井产出液综合含水上升，导致产出水与管杆本体铁接触，产出介质的强腐蚀性导致腐蚀。抽油机井的生产过程中，腐蚀是偏磨的催化剂，偏磨加剧腐蚀。
二、 预防抽油杆断脱对策
2.1对抽油井系统进行优化设计。通过预测油井的产能，考虑一定的工作年限，合理确定下泵深度;从经济和技术方面进行综合论证，在降低冲次、改变抽油杆组合或采用玻璃钢抽油杆和改变泵径等方面，选出确实可行的方案。
2.2建立油井抽油杆档案。抽油杆档案可了解抽油杆的服役条件和累积工作时间，准确掌握使用寿命。抽油杆使用寿命一般为三年，三年服役期满后，应更换整个抽油杆柱，防止新旧混用。
2.3建立严格的回收检测、修复管理制度。对于抽油杆不仅仅要清洗分类、肉眼观测，还需要对使用过的和更换的抽油杆进行表面缺陷、内在质量和螺纹连接性能、抗拉强度等项目进行全面检测。对可修复的缺陷进行修复，经检查和修复的合格抽油杆继续下井使用，而对不合格的予以报废。
2.4抽油杆断脱及偏磨的防治策略。优化机杆泵匹配的方案。通过对机杆泵匹配状况的分析，在很大程度上降低了抽油杆柱的故障。通过适当放大抽油机型，放大抽油杆径。提高泵径或者泵筒的长度，降低冲次。强化油杆的老化分析，防止抽油杆断裂事故。
2.5引进高强度的抽油杆。可使用玻璃钢材质的抽油杆，这种材质的抽油杆强度大、重量轻，具有较好的弹性和耐腐蚀性，玻璃钢油杆与同样规格的D级杆强度相近，但重量仅为同规格D级杆的1/3，弹性模量是钢杆的1/4～1/5，减少了抽油设备的负荷，最终提高了抽油杆的使用寿命。
2.6提高防断脱技术的应用。油井的生产过程中，可增加缓蚀剂防止抽油杆的腐蚀。缓蚀剂的防腐原理是根据缓蚀剂以及金属表面的化学吸附，从而在金属表面形成了坚固的反应膜，有效隔离了环境中的腐蚀介质，保护了设备中的金属物质，防止了设备和系统的腐蚀。
2.7调整工作制度。抽油杆的受力状况可以通过调整工作制度来实现，大冲程、小冲次、合理泵径。如果连斜数据显示其中下部井身结构不好，在条件允许的情况下，适当上提泵挂。或采取尾管加泵下装置结构，既起到防止油管蠕动的作用，又降低了泵吸入口深度。制定合理洗井周期，定量加除垢剂和在泵下加防垢块。
2.8加强抽油杆管理
1）新、旧杆统一实施分级管理。对抽油杆进行分级管理，使用过的抽油杆通过清洗―除锈―探伤―修复并打上钢印后分级存放。就是按尺寸、使用年限分级存放与应用。加强含硫化氢油井抽油杆管理，对硫化氢含量>5000mg/m3的油井尽量应用全新抽油杆。
2）增强抽油杆入井管理。增强对修井队操作标准的管理，防止操作不当而引发的抽油杆、接箍损伤，减少由于人为损伤因素导致的抽油杆断裂。
三、 结语
杆柱疲劳、偏磨和负荷过大是导致抽油杆失效的主要原因，抽油杆断裂是多种因素综合作用的结果，主要与抽油杆的制造质量、抽油杆柱的设计、作业质量、超期服役、井况有关;预防抽油杆断裂是一项长期而复杂的系统工作，需要在抽油杆管理、作业施工、抽油杆柱设计、配套技术、井管理等方面密切配合、共同实施。
参考文献
[1]刘一江.中原油田采油新技术文集[M].北京：石油工业出版社，2000.
大庆市龙兴石油机械有限公司 黑龙江 大庆 163000
关键词：抽油桿 断脱 偏磨 对策
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-01-339
一、抽油杆断脱原因分析
1.1 抽油杆的机械磨损
由于抽油机井上行程中，抽油杆受拉，因此不存在弯曲，而在下行程中，抽油杆带着柱塞下行时，杆柱上部要承受下部的重量受拉;泵内的液体及泵筒内壁对活塞的助力，致使杆柱下部收压，当压力达到一定值时，使抽油杆失稳，造成抽油杆产生螺旋弯曲，导致抽油杆与油管偏磨损坏，所以，应重点研究抽油杆在下行中的受力状态。根据抽油杆在下行中的受力状态的理论分析，选取某作业区6口抽油杆偏磨比较严重的井，并对这6口井抽油杆在下行中所受的力进行实际计算。通过计算发现，随泵径加大、泵深增加，下行时使抽油杆下部受压的力也增加，相应地杆管弯曲越严重，抽油杆磨损也越严重，说明下行杆柱受压弯曲是偏磨的主要原因。
1.2负荷变化引起的疲劳破坏
1）组合不合理引起的疲劳破坏分析
根据文献资料统计，抽油杆工作时承受着交变载荷，在交变载荷作用下，抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破坏，而不是在最大拉应力下发生破坏。
如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆的断裂事故，将主要发生在最大拉应力的上部。目前的断裂现象正合乎在最大拉应力下发生破坏这一个现象。因此，应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。
2）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裂。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低于弹性极限的交变应力造成的，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。
疲劳破坏的抽油杆外观很特殊，其断面平滑，无缩径，与轴线垂直。疲劳裂纹开始产生于表面应力高度集中的部位，随着运行次数的增加，逐渐向直径方向扩展，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，当剩下的截面积小到不足以承载时，就会突然被拉断。
3）抽油杆超限期使用引起的疲劳破坏分析
D级抽油杆可承受的循环应力周次在0.85—1.5*107次之间，而杆柱所受应力在130—180KN之间。坪桥油井冲次在3—7次/分，采油时率按99%计，则抽油杆的安全使用期限为2.5—5.3年左右。长期的开采和使用，承受多变载荷、磨损、腐蚀及重量的井下作业，油杆抗拉强度、安全系数等能力逐渐降低，抽油杆产生疲劳断裂，断裂油井抽油杆几乎为投产两年以上的旧抽油杆。
1.3抽油杆载荷过大
1）油井结蜡结垢严重
由于油井結蜡、结垢，抽油杆下冲程时阻力增大，导致受压纵向弯曲与油管内壁的另一侧产生偏磨同时使油管杆对应的两侧面磨成深槽，甚至被磨穿。在有蜡、垢井中，蜡、垢质很容易附着在杆管上，减少井液的流动空间，这样就增加了抽油杆的重量和井液的流动阻力;流动阻力又通过活塞转嫁到抽油杆上，使抽油杆的载荷过大，最小工作应力变小，最大工作应力变大，从而使抽油杆容易发生断裂。
2） 工作參数偏大造成液击现象
油井供液不足，造成工作参数过大，产生液击现象造成振动载荷加剧，造成油杆断脱。当泵的能力超出地层流体流入井底的流量时，通常发生液击。在这种情况下，在上冲程时泵筒不能完全充满液体。当下冲程开始时，游动凡尔应当打开却没有打开，柱塞承担了全部流体载荷开始下冲程。接着，当柱塞撞击泵筒中的液面时，突然的撞击力就沿着杆柱传到了地面。在液击期间产生的大量动载荷对井下杆柱产生有害的影响：杆柱遇到能导致杆断的纵向弯曲。使抽油杆断裂。
1.4抽油杆的腐蚀。
油井产出液综合含水上升，导致产出水与管杆本体铁接触，产出介质的强腐蚀性导致腐蚀。抽油机井的生产过程中，腐蚀是偏磨的催化剂，偏磨加剧腐蚀。
二、 预防抽油杆断脱对策
2.1对抽油井系统进行优化设计。通过预测油井的产能，考虑一定的工作年限，合理确定下泵深度;从经济和技术方面进行综合论证，在降低冲次、改变抽油杆组合或采用玻璃钢抽油杆和改变泵径等方面，选出确实可行的方案。
2.2建立油井抽油杆档案。抽油杆档案可了解抽油杆的服役条件和累积工作时间，准确掌握使用寿命。抽油杆使用寿命一般为三年，三年服役期满后，应更换整个抽油杆柱，防止新旧混用。
2.3建立严格的回收检测、修复管理制度。对于抽油杆不仅仅要清洗分类、肉眼观测，还需要对使用过的和更换的抽油杆进行表面缺陷、内在质量和螺纹连接性能、抗拉强度等项目进行全面检测。对可修复的缺陷进行修复，经检查和修复的合格抽油杆继续下井使用，而对不合格的予以报废。
2.4抽油杆断脱及偏磨的防治策略。优化机杆泵匹配的方案。通过对机杆泵匹配状况的分析，在很大程度上降低了抽油杆柱的故障。通过适当放大抽油机型，放大抽油杆径。提高泵径或者泵筒的长度，降低冲次。强化油杆的老化分析，防止抽油杆断裂事故。
2.5引进高强度的抽油杆。可使用玻璃钢材质的抽油杆，这种材质的抽油杆强度大、重量轻，具有较好的弹性和耐腐蚀性，玻璃钢油杆与同样规格的D级杆强度相近，但重量仅为同规格D级杆的1/3，弹性模量是钢杆的1/4～1/5，减少了抽油设备的负荷，最终提高了抽油杆的使用寿命。
2.6提高防断脱技术的应用。油井的生产过程中，可增加缓蚀剂防止抽油杆的腐蚀。缓蚀剂的防腐原理是根据缓蚀剂以及金属表面的化学吸附，从而在金属表面形成了坚固的反应膜，有效隔离了环境中的腐蚀介质，保护了设备中的金属物质，防止了设备和系统的腐蚀。
2.7调整工作制度。抽油杆的受力状况可以通过调整工作制度来实现，大冲程、小冲次、合理泵径。如果连斜数据显示其中下部井身结构不好，在条件允许的情况下，适当上提泵挂。或采取尾管加泵下装置结构，既起到防止油管蠕动的作用，又降低了泵吸入口深度。制定合理洗井周期，定量加除垢剂和在泵下加防垢块。
2.8加强抽油杆管理
1）新、旧杆统一实施分级管理。对抽油杆进行分级管理，使用过的抽油杆通过清洗―除锈―探伤―修复并打上钢印后分级存放。就是按尺寸、使用年限分级存放与应用。加强含硫化氢油井抽油杆管理，对硫化氢含量>5000mg/m3的油井尽量应用全新抽油杆。
2）增强抽油杆入井管理。增强对修井队操作标准的管理，防止操作不当而引发的抽油杆、接箍损伤，减少由于人为损伤因素导致的抽油杆断裂。
三、 结语
杆柱疲劳、偏磨和负荷过大是导致抽油杆失效的主要原因，抽油杆断裂是多种因素综合作用的结果，主要与抽油杆的制造质量、抽油杆柱的设计、作业质量、超期服役、井况有关;预防抽油杆断裂是一项长期而复杂的系统工作，需要在抽油杆管理、作业施工、抽油杆柱设计、配套技术、井管理等方面密切配合、共同实施。
参考文献
[1]刘一江.中原油田采油新技术文集[M].北京：石油工业出版社，2000.
大庆市龙兴石油机械有限公司 黑龙江 大庆 163000