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摘 要：油井光杆作为地面抽油机与井下抽油杆的连接装置，在日常生产中发挥非常重要的作用。在生产过程中，光杆密封器（盘根盒），井口装置以及井下杆柱等都是影响光杆使用寿命的因素，而这些影响因素都可以通过加强日常管理来减小对光杆的影响，进而达到延长光杆的使用寿命的目的。
关键词：光杆 盘根盒 负荷 使用寿命
一、引言
光杆作为油井正常生产中的主要部件，一旦发生光杆断脱，更换工作量大、停井时间长，影响产量并且对于抽油井或出砂井容易造成生产不同步或砂卡，进而造成了日常管理工作量和成本增加。所以延长光杆的使用寿命对于减少日常维护成本，减小工人劳动量、提高采油时率以及提高减少由于意外事件导致油井躺井有很很好效果。
二、目前导致光杆容易断脱的原因
目前导致光杆容易发生断脱主要有以下几个因素：
1.光杆所承受的载荷超过额定载荷，导致光杆疲劳断；
2.外界对光杆的损伤，导致光杆所承受的应力减小而发生断裂；
3.光杆上的防脱卡或方卡子使用不当，造成光杆断
三、原因分析及应对措施
1.疲劳断裂
疲劳断裂多出现在以下几种情况中：油稠井、泵挂深度大的井（一般泵挂小于1500米不易断裂）、易出砂、结蜡井；
原因分析：对于稠油井由于原油粘度大，导致管杆之间运行过程中光杆所成所的拉力增加，当其超过额定应力时就会发生疲劳断裂；对于出砂，结蜡井也是砂或蜡的影响导致井下负荷变化；当负荷超过了光杆的额定应力时就发生疲劳断。
预防措施：对于以上几种情况尽量采用高强度的光杆，例如使用1.1寸光杆代替1寸光杆，以增大光杆的额定载荷。针对井下负荷容易变化的，加密日常资料录取的频率，并且根据功图显示资料定合理的洗井周期，油稠、结蜡井采取定期热洗、加药等措施，出砂井采取水洗方法。并且在日常工作中尽量减少停井时间，以免停井后加快了结蜡和沉砂的速度造成负荷增加，甚至造成杆卡而检泵。
2.外界对光杆的损伤，导致光杆所承受的应力减少
2.1产出液的腐蚀性
二氧化碳对光杆的影响，二氧化碳作为石油的伴生气或天然气的成分之一存在于油气中，在采油过程中存在大量的二氧化碳导致越来越多的光杆被二氧化碳腐蚀，腐蚀的机理是由于该气体在水中的溶解度很高，一旦溶于水变形成了碳酸释放氢离子，而铁作为阳极容易被溶解而腐蚀。
阳极反应为：Fe→Fe2++2e
阴极反应为：H2O+CO2→2H++CO32-
2H++2e→H2
阴极产物：Fe+H2CO3→FeCO3+H2
反应的结果导致光杆逐渐被溶解、变细、性能下降，承受应力下降，容易发生断裂；
现场试验表明，光杆的腐蚀主要几种在光杆的下部，主要原因分析为由于上下部的氧气浓度有一定差别，上部为富氧区，下步为贫氧区，贫氧区阳极容易受到腐蚀，富氧区阴极受到保护，并且光杆与盘根盒以及隔栏之间的摩擦也是加剧腐蚀的主要原因。
对于产液量较大，井口温度高的井，由于在高温条件下，活性硫与金属直接反应，它出现在与液流接触的各个部位，表现为均匀腐蚀，其中以H2S的腐蚀性最强。化学反应如下：
H2S+Fe→FeS+H2
S+Fe→FeS
RSH+Fe→FeS+不饱和烃
针对这类情况，我们在选用光杆时不仅要考虑光杆的强度还需要考虑光杆的防腐蚀性能，一般选取碳钢或碳锰钢材料，并且可以在光杆上使用一定量的阴极防腐措施来牺牲阴极，保护阳极达到防腐，延长光杆使用寿命的目的。
并且在油田开采中，由于增产需要会采用二氧化碳、聚合物等驱油物进行驱油，一旦注入地层后在生产过程中必然导致二氧化碳或聚合物随之产出而对光杆产生腐蚀，对于聚合物对光杆的腐蚀影响，目前根据现场的实验情况来看，光杆上的化学涂层对于聚合物的腐蚀效果不理想，而实验室实验的结果显示电刷镀层的结合力和抗腐蚀性都优于化学镀层，故决定采用电刷镀方法对光杆进行防腐保护。现场应用情况表明，采用电刷镀镀层的光杆，无腐蚀使用寿命已经达到原来的两倍以上。
2.2盘根盒以及隔栏对光杆的磨损
由于井口不对中或其他外界因素的影响，导致了盘根盒或隔栏磨光杆，不但导致光杆各部分承受的力不均匀，导致容易发生断裂。并且加剧产出液对光杆的腐蚀，导致光杆承受的应力减小，并且一旦井口不对中，还容易造成光杆与隔栏和盘根压冒摩擦。
目前主要解决措施：调整井口对中，并且保证盘根盒规范，对于光杆与隔栏和压冒摩擦的情况我们根据实际压冒的形状大小，采用PVC高强度塑料制作了塑料压冒，一旦光杆与压冒发生摩擦，也首先将PVC的塑料磨损而代替了目前光杆磨损，延长了光杆的使用寿命，根据现场实际使用情况观察，在光杆偏磨严重的井使用了PVC压冒之后，光杆寿命延长了1年。
3.光杆上的防脱卡或方卡子使用不当，造成光杆断
现场的实际分析可以看到，大多数光杆断均发生在光杆卡子的底部，原因分析为光杆卡子或方卡子处应力集中，而光杆在运行过程中受到弯曲应力两个应力的共同作用是光杆断裂的主要原因。
原因分析：目前现场使用的光杆卡子分为两种，钳牙式和摩擦式，钳牙式卡子的内径小于光杆的外径，每套牙口与光杆有四个触点，这样夹持力就集中在光杆上很小的地方。而摩擦式其卡子内径与光杆的外径相同所以可以将夹持力分布在比较均匀的范围内，虽然这两种光杆卡子都会产生应力集中，并导致光杆的疲劳极限降低。钳牙式光杆卡可以在低螺栓力矩情况下承受较大的光杆载荷，但会产生较大的局部应力集中；而支承同等的光杆载荷，摩擦式光杆卡就需要较大的螺栓力矩，但可以把应力分散在较大的区域。两种光杆卡子可以说各有特点根据实验结果以及现场使用情况来看，钳牙式卡子是最好的选择。但是，即使使用钳牙式卡子，光杆的承载杆处弯曲也不能超过2o。钳牙式卡过紧并不会增加应力集中因子。最好的办法是按照厂家推荐的过程安装，这样即不会产生过大的螺栓力矩，也能达到要求的夹持力。
四、结论
对于井下负荷大导致光杆易断裂的，一般采用1.1寸光杆代替1寸光杆，并且对由于油稠、蜡等因素引起的负荷增大采用定期熱洗，加药的方式减小井下负荷来延长光杆的使用寿命。对于腐蚀性强的井采取一定的防腐蚀措施，或采用防腐蚀光杆。对于目前井上使用的光杆卡子英慎重选择，以免影响光杆的使用寿命。
作者简介：王成 （1982-），男，汉，长江大学，地球科学学院。
关键词：光杆 盘根盒 负荷 使用寿命
一、引言
光杆作为油井正常生产中的主要部件，一旦发生光杆断脱，更换工作量大、停井时间长，影响产量并且对于抽油井或出砂井容易造成生产不同步或砂卡，进而造成了日常管理工作量和成本增加。所以延长光杆的使用寿命对于减少日常维护成本，减小工人劳动量、提高采油时率以及提高减少由于意外事件导致油井躺井有很很好效果。
二、目前导致光杆容易断脱的原因
目前导致光杆容易发生断脱主要有以下几个因素：
1.光杆所承受的载荷超过额定载荷，导致光杆疲劳断；
2.外界对光杆的损伤，导致光杆所承受的应力减小而发生断裂；
3.光杆上的防脱卡或方卡子使用不当，造成光杆断
三、原因分析及应对措施
1.疲劳断裂
疲劳断裂多出现在以下几种情况中：油稠井、泵挂深度大的井（一般泵挂小于1500米不易断裂）、易出砂、结蜡井；
原因分析：对于稠油井由于原油粘度大，导致管杆之间运行过程中光杆所成所的拉力增加，当其超过额定应力时就会发生疲劳断裂；对于出砂，结蜡井也是砂或蜡的影响导致井下负荷变化；当负荷超过了光杆的额定应力时就发生疲劳断。
预防措施：对于以上几种情况尽量采用高强度的光杆，例如使用1.1寸光杆代替1寸光杆，以增大光杆的额定载荷。针对井下负荷容易变化的，加密日常资料录取的频率，并且根据功图显示资料定合理的洗井周期，油稠、结蜡井采取定期热洗、加药等措施，出砂井采取水洗方法。并且在日常工作中尽量减少停井时间，以免停井后加快了结蜡和沉砂的速度造成负荷增加，甚至造成杆卡而检泵。
2.外界对光杆的损伤，导致光杆所承受的应力减少
2.1产出液的腐蚀性
二氧化碳对光杆的影响，二氧化碳作为石油的伴生气或天然气的成分之一存在于油气中，在采油过程中存在大量的二氧化碳导致越来越多的光杆被二氧化碳腐蚀，腐蚀的机理是由于该气体在水中的溶解度很高，一旦溶于水变形成了碳酸释放氢离子，而铁作为阳极容易被溶解而腐蚀。
阳极反应为：Fe→Fe2++2e
阴极反应为：H2O+CO2→2H++CO32-
2H++2e→H2
阴极产物：Fe+H2CO3→FeCO3+H2
反应的结果导致光杆逐渐被溶解、变细、性能下降，承受应力下降，容易发生断裂；
现场试验表明，光杆的腐蚀主要几种在光杆的下部，主要原因分析为由于上下部的氧气浓度有一定差别，上部为富氧区，下步为贫氧区，贫氧区阳极容易受到腐蚀，富氧区阴极受到保护，并且光杆与盘根盒以及隔栏之间的摩擦也是加剧腐蚀的主要原因。
对于产液量较大，井口温度高的井，由于在高温条件下，活性硫与金属直接反应，它出现在与液流接触的各个部位，表现为均匀腐蚀，其中以H2S的腐蚀性最强。化学反应如下：
H2S+Fe→FeS+H2
S+Fe→FeS
RSH+Fe→FeS+不饱和烃
针对这类情况，我们在选用光杆时不仅要考虑光杆的强度还需要考虑光杆的防腐蚀性能，一般选取碳钢或碳锰钢材料，并且可以在光杆上使用一定量的阴极防腐措施来牺牲阴极，保护阳极达到防腐，延长光杆使用寿命的目的。
并且在油田开采中，由于增产需要会采用二氧化碳、聚合物等驱油物进行驱油，一旦注入地层后在生产过程中必然导致二氧化碳或聚合物随之产出而对光杆产生腐蚀，对于聚合物对光杆的腐蚀影响，目前根据现场的实验情况来看，光杆上的化学涂层对于聚合物的腐蚀效果不理想，而实验室实验的结果显示电刷镀层的结合力和抗腐蚀性都优于化学镀层，故决定采用电刷镀方法对光杆进行防腐保护。现场应用情况表明，采用电刷镀镀层的光杆，无腐蚀使用寿命已经达到原来的两倍以上。
2.2盘根盒以及隔栏对光杆的磨损
由于井口不对中或其他外界因素的影响，导致了盘根盒或隔栏磨光杆，不但导致光杆各部分承受的力不均匀，导致容易发生断裂。并且加剧产出液对光杆的腐蚀，导致光杆承受的应力减小，并且一旦井口不对中，还容易造成光杆与隔栏和盘根压冒摩擦。
目前主要解决措施：调整井口对中，并且保证盘根盒规范，对于光杆与隔栏和压冒摩擦的情况我们根据实际压冒的形状大小，采用PVC高强度塑料制作了塑料压冒，一旦光杆与压冒发生摩擦，也首先将PVC的塑料磨损而代替了目前光杆磨损，延长了光杆的使用寿命，根据现场实际使用情况观察，在光杆偏磨严重的井使用了PVC压冒之后，光杆寿命延长了1年。
3.光杆上的防脱卡或方卡子使用不当，造成光杆断
现场的实际分析可以看到，大多数光杆断均发生在光杆卡子的底部，原因分析为光杆卡子或方卡子处应力集中，而光杆在运行过程中受到弯曲应力两个应力的共同作用是光杆断裂的主要原因。
原因分析：目前现场使用的光杆卡子分为两种，钳牙式和摩擦式，钳牙式卡子的内径小于光杆的外径，每套牙口与光杆有四个触点，这样夹持力就集中在光杆上很小的地方。而摩擦式其卡子内径与光杆的外径相同所以可以将夹持力分布在比较均匀的范围内，虽然这两种光杆卡子都会产生应力集中，并导致光杆的疲劳极限降低。钳牙式光杆卡可以在低螺栓力矩情况下承受较大的光杆载荷，但会产生较大的局部应力集中；而支承同等的光杆载荷，摩擦式光杆卡就需要较大的螺栓力矩，但可以把应力分散在较大的区域。两种光杆卡子可以说各有特点根据实验结果以及现场使用情况来看，钳牙式卡子是最好的选择。但是，即使使用钳牙式卡子，光杆的承载杆处弯曲也不能超过2o。钳牙式卡过紧并不会增加应力集中因子。最好的办法是按照厂家推荐的过程安装，这样即不会产生过大的螺栓力矩，也能达到要求的夹持力。
四、结论
对于井下负荷大导致光杆易断裂的，一般采用1.1寸光杆代替1寸光杆，并且对由于油稠、蜡等因素引起的负荷增大采用定期熱洗，加药的方式减小井下负荷来延长光杆的使用寿命。对于腐蚀性强的井采取一定的防腐蚀措施，或采用防腐蚀光杆。对于目前井上使用的光杆卡子英慎重选择，以免影响光杆的使用寿命。
作者简介：王成 （1982-），男，汉，长江大学，地球科学学院。