油井抽油杆断脱故障原因分析

油井抽油杆断脱故障原因分析

发表时间：2019-12-16T15:17:40.097Z 来源：《基层建设》2019年第25期作者：赵海涛周秋实邢颖

[导读] 摘要：本文对抽油杆常见的断、脱、偏磨、腐蚀、偏磨加腐蚀等事故原因进行了详细的分析，并提出了防断、防脱、防偏磨、防腐蚀的防治对策，原因分析和防治对策对实际生产有一定的借鉴指导作用。

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摘要：本文对抽油杆常见的断、脱、偏磨、腐蚀、偏磨加腐蚀等事故原因进行了详细的分析，并提出了防断、防脱、防偏磨、防腐蚀的防治对策，原因分析和防治对策对实际生产有一定的借鉴指导作用。

关键词：抽油杆事故原因防治对策

1 常见事故原因分析

1．1 断

抽油杆断的原因绝大部分情况是由于杆的金属材质存在缺陷，在井筒介质环境下形成了局部的小阳极与大阴极腐蚀电偶，从而造成在断点处局部坑蚀；再由于杆在生产过程中受拉伸压缩等复杂交变应力的作用，就容易在杆坑蚀处发生断裂。因此，杆断的原因主要是杆材质问题和由于腐蚀伤害及受力情况综合作用的结果。

1．2 脱

杆脱原因很多，归纳起来有：①抽油杆下井时上扣扭矩不够；②杆柱组合或生产参数不合理；③杆柱固有的工作特性所致；④抽油杆节箍处存在严重的偏磨和腐蚀现象，导致杆在节箍处脱扣。

1．3 偏磨

杆发生偏磨的原因也很多，归纳起来有：①井斜；②地层蠕变，如地层出砂、出盐严重等井况因素造成套管变形，使井段出现弯曲，产生“狗腿子”；③多种因素（如井筒结蜡、结盐较严重）使抽油泵柱塞下冲程时阻力增大，导致抽油杆发生弯曲；④原油含水升高，增加了管杆接触面的摩擦阻力，导致偏磨加重。在弯曲度（狗腿度）较小的地方，油管内壁和抽油杆节箍产生磨擦，油管偏磨面积较大，磨损较轻。而弯曲度越大的地方，不仅油管内壁与抽油杆节箍产生磨擦，油管内壁与抽油杆本体也产生磨擦，油管偏磨面积较小，磨损较严重。在抽油杆柱的上部，表现为单面偏磨（见图1a），偏磨的正压力较大，上冲程和下冲程均产生摩擦，偏磨严重。这种偏磨往往把油管磨穿，是偏磨现象中最常见，也是破坏性最大的一种。在抽油杆柱的中性点以下，为双面偏磨。上冲程时，由于井斜使抽油杆与油管内壁的一侧面产生偏磨，下冲程时，由于管内各种阻力与重力的综合作用，使抽油杆弯曲，并与油管内壁的另一侧面产生偏磨，这样就使被偏磨的节箍断面呈图1b 和1c 所示的形状，同时使油管杆对应的两侧面磨成深槽，甚至被磨穿。

a 单面偏磨

b 双面偏磨

c 两侧面偏磨

图1 抽油杆接箍断面偏磨示意图

1．4 腐蚀

腐蚀是一种广泛存在的电化学反应现象。由于抽油机井所处的恶劣介质环境，“高温、高矿化度、高含水”都对腐蚀反应速度起着催化促进作用，Cl - 含量高，提供了抽油杆形成坑蚀的条件和机会。因此，容易在杆表面形成大阴极—小阳极的面积比结构，形成闭塞电池，逐渐“深挖”，最后将杆蚀断。

1．5 偏磨加腐蚀

杆的偏磨和腐蚀并不是简单的叠加，而是相互作用，相互促进。管杆偏磨，使管杆偏磨表面产生热能，从而使管杆表面铁分子活化，而产出液具有强腐蚀性，使偏磨处优先被腐蚀。由于腐蚀，使管杆偏磨表面更粗糙，从而磨损更严重。

2 防治对策

2.1 防脱

从上述造成杆脱的4 个方面的原因分析可知，要防治杆脱，主要应针对这4个方面对症下药进行防治：①必须保证作业时杆下井前上扣扭矩，上紧上满，不能因人为的原因造成杆脱隐患；②杆柱组合和生产参数必须严格按相关API 标准执行，认真优化杆柱组合和生产参数，决不能随意人为操作，避免无功而为；③增强杆的抗拉强度、抗疲劳强度等性能强度，从而尽量降低杆柱固有工作特性造成的杆脱；

④通过杆上装尼龙扶正器，油井加缓蚀剂等方法解决杆偏磨腐蚀严重的问题造成的杆脱。

2.2 防偏磨

抽油杆偏磨这一常见问题，通过大量的实践和研究，目前已经有了较为成熟的防治办法。

2.2.1 杆上加装尼龙扶正器

扶正器类型较为理想的有：KZX防磨扶正器，KBV 固定式扶正器，扶正节箍等。KZX防磨扶正器以丝扣连接在抽油杆上，拆装方便，扶正体是高强度耐磨塑料，能减少油管的磨损。另外，利用直锯齿和螺旋槽使扶正体旋转而均匀磨损，以达到使用寿命长久的目的。该扶正器适用于斜井和偏磨严重的井。具有结构简单，使用方便，寿命长，成本低的特点。KBV 固定式扶正器直接在抽油杆体上注塑。其主要特点是抽油杆体扶正的防偏磨。在弯曲度大的井段，对产生抽油杆偏磨的扶正有明显效果。但是在抽油杆的上部或偏磨严重的井段，使用寿命较短，有效期短。扶正节箍是在抽油杆节箍上增加了扶正防偏磨尼龙体。其主要特点是拆装方便，扶正效果好，适用于抽油杆柱下部因压缩弯曲的防偏磨；而在中性点上部，使用寿命较短。

2.2.2 旋转井口装置

该装置设计是通过地面人力转动来改变油管与抽油杆的偏磨面，使磨损面均匀分布，从而达到延长管杆使用寿命的目的。

2.2.3 合理调整生产参数

采取长冲程，低冲次；增加泵下尾管的长度，减少油管弯曲，一般尾管长度不低于200 m；在抽油杆底部加加重杆，使抽油杆柱的中性点下移，减少抽油杆的弯曲。改变抽油杆柱上节箍的位置，来改变偏磨位置的措施。

2.3 防腐蚀

2.3.1 油井“少量多次”加缓蚀剂

加缓蚀剂是解决油井管杆腐蚀的一种常用、有效的方法。其原理通过缓蚀剂加入产出介质中，与金属本体形成一种致密保护膜，使金属本体与腐蚀介质隔离开来，以达到保护金属，防止腐蚀的目的。“少量多次”加药剂工艺技术是在确定出腐蚀油井每月合理的加药量前提下，通过缩短加药周期，提高防腐效果的目的进行的探索。原因分析认为可能是缓蚀剂连续在油管内形成的保护膜，起到润滑作用，减少了管杆的磨损。

2.3.2 井口连续加药

井口连续加药是针对一些偏远井管理难度大，而又没有套管气，腐蚀情况较为严重所采取的一项防治措施。根据该井的产液量，含水、加药度，进一步结合理论研究和加药经验确定出加药量，然后一次性将药液装入井口连续加药装置，定量连续加入井内，以起到防腐作用。

2.3.3 油管内预膜防腐措施

作业施工时，下泵后在油管内加入一定量的缓蚀剂，使之在油管内表面和抽油杆表面形成较厚的保护膜以达到预防腐蚀的目的。

2.3.4 防腐杆的应用

对一些腐蚀较严重的抽油井，在加药防腐的同时应用防腐杆。防腐杆就是在抽油杆表面涂敷有一种特殊防腐涂料的抽油杆。通过现场应用，防腐效果明显。

2.4 防偏磨、防腐蚀

为了同时解决存在偏磨、腐蚀的抽油杆，经过研究在抽油杆节箍处有意识的加长，然后在节箍加长空间处装填锌铝合金牺牲阳极块。利用扶正器解决杆的偏磨问题，利用锌铝合金牺牲阳极块解决杆的腐蚀问题。锌铝合金牺牲阳极块的防腐机理是：当2 种电位不同的金属浸在电解液中时（油井中就是产出液），它们之间通常存在着电位差，如果它们相互接触或用导线接通，那么电位差就驱动电子由电位较低的金属流向电位较高的金属。同时在金属表面发生以氧化为主的反应，该电极为阳极，而电位较高的金属表面发生的是以还原为主的反应，该电极为阴极。在电解液中，离子在电场作用下发生迁移，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，起到传递电荷的作用。如在盐溶液中，锌（铝）和铁之间存在电位差，当用导线接通后，电子沿着导线流向铁，锌（铝）是阳极被腐蚀，而铁是阴极却被保护。

2.5 防断

从杆断的原因分析可知，杆断主要是杆材质、腐蚀和交变应力频繁作用的结果。因此，防治杆断须从三个方面着手：增强杆的抗拉强度、抗疲劳强度等性能，引进先进的检测系统，杜绝不合格杆下井；解决好杆的防腐蚀问题；杜绝人为因素造成的杆下井前在地面的损伤。

3 结束语

有杆泵生产是目前采油生产的主要方式之一，因此，重视抽油杆常见事故的原因分析和对症防治至关重要，应该引起相关技术人员的注意。具体做法如下：

a）加强质量管理，引进应用抽油杆检测系统，杜绝不合格杆下井。 b）提高作业质量，杜绝人为因素造成事故。

c）严格按API 标准认真优化杆柱组合和确定生产参数。

d）应用防偏磨、防腐蚀新技术、新工艺，以小投入带来高效益。