【摘要】我厂某区抽油井光杆因受井深、井口设备安装精度、抽油井生产特征等因素影响，在生产过程中频繁断脱；根据断脱原因研制了防断自动调节式悬绳器与自适应调节式防偏磨盘根盒两种光杆防偏磨断配套工具；现场使用30口井，截止2012年9月光杆断脱周期由使用前的平均50天延长至485天，16口井目前继续有效，并且避免了井口漏油现象。
　　
【关键词】光杆 悬绳器 盘根盒
　　
我厂某区抽油井在生产过程中光杆频繁断脱，自2007年至2011年平均每年断脱井次约为60井次。光杆断脱后，单井更换光杆作业费用高，并且井口漏油会造成严重的环境污染与安全隐患，整改难度大，费用高。
　　
1 光杆频繁断脱原因
　　
通过对该区块抽油井各项数据统计分析，造成该区块抽油井光杆频繁断脱的主要原因如下：
　　
（1）光杆所受纵向载荷大。该区块抽油井井深约3000m，井下多采用H级φ25mm+φ22mmφ19mm抽油杆组合，光杆所受垂向载荷大。
　　
（2）设备安装精度影响。光杆安装过程中，受仪器精度、施工条件等客观因素影响，光杆的垂向轴向线与盘根盒垂向中心线、光杆卡子垂向运动方向不绝对重合，造成光杆在上下往复运行过程中受横向剪切力作用[1]。并且光杆所受垂向载荷越大，横向剪切力越大[2]。
　　
（3）区块抽油井特有的生产特性造成光杆机械性能降低。该区块油藏地层温度低，抽油井产气量大、产出液含水高，并且间歇出油特征明显。受产气量高影响，在抽油井不出液时，光杆与盘根盒“干磨”，光杆温度急剧升高；当抽油井突然出液时，温度较高的光杆本体被低温液体突然“淬火”，造成机械性能降低[3]；室内模拟实验表明，光杆抗横向剪切力性能可降低20%-35%。
　　
2 配套工具研制
　　
2.1 研制思路
　　
根据光杆频繁断脱的原因，从改善杆柱受力出发，基于以下技术原则进行配套工具研制，降低光杆断脱频次。
　　
（1）研制防断自动调节式悬绳器。将光杆卡子处受力进行分散，降低光杆单一横截面所承受的垂向和横向剪切力，并通过机械结构，使光杆卡子自动进行受力分布调节。
　　
（2）研制自适应调节式防偏磨盘根盒。使盘根盒的垂向中心与光杆的垂向中心自动重合，降低由于两者垂向中心不重合对光杆带来的横向剪切力[4]。
　　
2.2 工具设计
　　
依据设计思路，防断自动调节式悬绳器的设计如下。
　　
设计特点及工作原理：
　　
（1）通过设计两个光杆卡子，改变光杆垂向应力集中状况，使光杆承受的垂向力分布在光杆的两个横截面上；
　　
（2）利用刚性材料在允许范围内的塑性（图1中3、5部件），依靠联动结构使悬绳器自动调节光杆所受垂向应力在两个截面的合理分布；1号卡子和2号卡子在不同的两个平面上，在1号卡子受力过大时，通过悬绳器上体将力作用于自动调节器，自动调节器在支点作用下，将力传递给2好卡子。
　　
1—1号光杆卡子，2—光杆挡板，3—悬绳器上体，4—2号光杆卡子，5—自动调节器，6—光杆，7—悬绳器下体图 1 防断自动调节式悬绳器结构示意图
　　
（3）利用自动调节结构消除部分由于光杆卡子的横截面与光杆轴心线不垂直所造成的横向剪切力作用，减轻光杆弯曲。
　　
自适应调节式防偏磨盘根盒的结构设计见图2。其结构设计与常规的盘根盒的最大不同在于用可活动式的高压油管（图2中部件6）代替了原有固定结构。
　　
图2 自适应调节式防偏磨盘根盒结构示
　　
意圖
　　
设计特点及工作原理：
　　
（1）当光杆与盘根盒垂向中心线不重合时，由于盘根盒的高压油管是可动的，高压油管自动偏移，保证光杆与盘根盒垂向中心线重合，消除中心线不重合对光杆造成的横向剪切力，降低两者之间的摩擦力；
　　
（2）通过旋转调节杆，控制调节杆伸入平移座的长度，从而改变盘根盒的棱圈与平移座的间隙大小，可控制盘根盒中高压油管的移动幅度；
　　
（3）主要技术参数满足现场需求。额定工作压力，25MPa；自动调偏范围，5°（6mm）；工作温度范围：-45℃～100℃。
　　
两种工具组合使用，相互弥补，防光杆断脱效果更好。
　　
（1）上端悬绳器对光杆所受横向剪切力进行纠正、平衡，但同时会造成光杆与盘根盒的相对偏转角度发生变化；
　　
（2）下端新型盘根盒的随动特定保证了光杆角度变化不会加剧光杆与盘根盒之间的相对偏移量与摩擦力。
　　
3 现场应用效果
　　
2010-2011年在该区块30口光杆频繁断脱的井同时使用防断自动调节式悬绳器与自适应调节式防偏磨盘根盒。光杆断脱周期由使用前的平均50天延长至485天，16口井至今继续有效，未发生光杆断脱。
　　
并且以往因光杆与盘根盒偏磨造成的井口频繁漏油、污染井场现场未再发生，节约了井场油污清除、消毒处理费用。
　　
4 结语
　　
（1）研制发明的两种光杆防偏磨断配套工具适用于因光杆运行过程中，由于光杆与盘根盒、光杆卡子垂向中心线不重合，造成光杆受横向剪切力而频繁断脱、井口漏油的抽油井。
　　
（2）对现场应用数据统计，两种工具可有效延长光杆正常运行时间，避免井口因光杆与盘根盒偏磨造成的漏油现象。
　　
（3）研制的两种光杆防偏磨断配套工具已取得国家实用新型专利授权，专利号分别为ZL 2008 2 0080136.8与201020672298.8。
　　参考文献
　　
[1] 张琪.采油工程原理与设计.山东东营：中国石油大学出版社，2000-09
　　
[2] 万仁溥.采油工程手册（上册）.北京：石油大
　　
学出版社，2000-08[3] 徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社，1992[4] 崔学政，马强，陶军，陈义保.随动对中抽油井
　　
口光杆密封装置的研究与应用[J].石油矿场机械，2004，33（2）：83-84
　　
作者简介
　　
孟林，助理工程师，2012年7月毕业于吉林大学石油工程专业，现任新疆油田公司采油二厂第六采油作业区工程地质组组长。