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缩短抽油杆使用寿命的原因分析
2014年1期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】在二次采油阶段，应用的主要设备的游梁式抽油机――抽油泵采油装置。抽油杆是中间部分，起连接抽油机与抽油泵并把抽油机的动力传递给抽油泵的作用。在工作过程中，抽油杆柱上所承受的载荷是变化的。抽油杆柱上行时加载，下行时减载，这种周期性的一加一卸，反复作用的结果就会造成金属的疲劳，使抽油杆产生断裂，所以降低了抽油杆的使用寿命。 中国论文网 /8/view-6686911.htm　　【关键词】抽油杆；使用寿命；原因 　　1 抽油杆的基本知识 　　抽油杆是有杆抽油设备的重要部件，它将地面抽油机的能量传到井下，带动井下泵工作，抽油杆的强度决定了整套抽油设备的下泵深度和排量。普通抽油杆，其杆体是实心圆形断面的钢杆，两端为带外螺纹的接头和扳手方颈等构成的杆头。杆与杆之间通过接箍连接。 　　抽油杆的材质一般是高碳钢表面镀硬铬，在油管内用内螺纹箍一根根连接起来，一直延伸到地下油层处的活塞上，通过带动抽油泵活塞的往复运动来泵油。目前的油井长度一般在两千米左右，最深的油井可以达三千余米。 　　2 抽油杆加工质量的控制 　　抽油杆是有杆泵井正常生产的关键部件之一，它用在“三抽”设备（抽油机、抽油杆、抽油泵）井和地面驱动（抽油杆上连抽油机，下连抽油泵）上。抽油机通过抽油杆带动抽油泵的柱塞上下往复运动，从而将原油抽汲到地面上来。无论抽油泵的种类有多少的变化：往复泵、柱塞泵、活塞泵、防沙泵等等，都离不开抽油杆这个中间的纽带和桥梁的作用。 　　抽油杆的产品质量对原油生产的影响很大，就是说如果没有抽油杆的存在，我国70%的原油是生产不出来的。因为抽油杆在服役过程中要承受周期性变化的交变载荷的作用，有一些油井中含有水、CO2、H2S和盐等腐蚀性的介质，所以抽油杆的主要失效形式是疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。 　　选择20CrmoA作为抽油杆的制造材料，是因为它具备抽油杆服役期的条件：有较高的抗拉强度、有一定的抗腐蚀性能、有良好的热加工性能。 　　抽油杆由于它在井下服役的特殊性，而且随时承受悬点交变载荷的作用，势必要产出金属的疲劳，会影响到它的使用寿命。所以我们可以设想如果井深是1000米的抽油杆，单根抽油杆的杆长为10米的话，那么需要100节抽油杆，这100节抽油杆，在每分钟5-8次的往复运动过程中，在加上井下H2S、CO2等腐蚀介质的作用，其有瑕疵的地方就有可能最先发生断脱，所以说锻造质量是关键步骤之一。 　　抽油杆锻造质量问题主要有过热、过烧、杆头出现折迭、过充满、未充满、杆头不圆滑等缺陷；抽油杆断裂主要发生在锻造热影响区，其主要原因是抗疲劳性能低；所以抽油杆的质量取决锻造质量和热处理及螺纹加工质量这三个关键因素。 　　许多厂家生产的抽油杆用的钢是优质合金钢。对热轧圆钢的冶炼质量要求是纯净度高、化学元素含量变化范围小。轧制质量要求是尺寸精度高、表面质量好、弯曲度小、端部不允许出现马蹄形。工艺性好是指锻造性能好、热处理质量稳定、杆头螺纹易滚压成型。力学性能好是指有一定的综合力学性能和抗腐蚀疲劳性能、经过力学性能试验，符合产品质量标准要求。 　　3 缩短抽油杆使用寿命的原因 　　抽油杆柱在工作时作上下往复运动，是一个复杂的振动系统，其工作条件相当恶劣。抽油杆柱失效是有杆抽油系统主要失效形式之一。 　　3.1 腐蚀疲劳破坏 　　抽油杆柱在往复运动中，周期性地承受和卸掉井筒中的液柱的重量加上杆柱本身的重量，使其受到不对称的循环载荷。上部抽油杆柱在拉―拉应力循环下工作，下部杆柱处于拉―压应力循环下工作。在循环应力作用下，抽油杆柱易产生疲劳裂纹，裂纹的不断扩展最终导致杆体断裂。 　　绝大多数油井的井液都含有NaCl，CO2或H2S等腐蚀介质。处于脉动应力作用下的抽油杆柱，在腐蚀环境中，应力疲劳极限大幅度下降，加速了抽油杆柱的疲劳断裂，所以抽油杆杆体断裂失效主要是腐蚀疲劳失效。 　　在三抽设备工作的过程中，抽油杆柱上所承受的载荷是变化的。抽油杆柱上行时加载，下行时减载，这种周期性的一加一卸，反复作用的结果就会造成金属疲劳，使抽油杆产生断裂。 　　抽油杆柱是浸泡在采出的液体之中，液体中含有盐水、H2S、CO2等腐蚀介质，会使抽油杆柱腐蚀，造成内部出现薄弱环节，使抽油杆柱发生断裂。 　　3.2 磨损和机械损伤 　　抽油杆柱在油管中上下往复运动，抽油杆的某些部位会与油管壁接触，从而被磨损，当磨损到一定程度，其断面不足以承受所受的载荷时，发生断裂。抽油杆柱在油管中上、下往复运动中，不可能时刻都处于油管的中心位置。抽油杆柱，特别是接箍在某些部位将与油管壁产生摩擦或挂碰，造成抽油杆柱的断脱。 　　另外，在起下抽油杆操作中或运输过程中，有时会在抽油杆表面留下机械伤痕。这种有表面伤痕的抽油杆，在井下腐蚀的环境中和交变载荷的作用下，伤痕一般会成为疲劳裂纹的起源，结果加速了抽油杆的腐蚀疲劳破坏。 　　3.3 脱、滑扣 　　抽油杆柱在下行时，下部会受到下行阻力，使下部杆柱失稳弯曲，而上行时又拉直，这种周期性的失稳弯曲和拉直，使抽油杆柱受到一个旋转扭矩，造成螺纹连接松动。螺纹连接松动后无法承受上行时的拉伸载荷，结果发生脱扣或滑扣事故，另外，螺纹加工不合格也往往是造成抽油杆滑扣的原因之一。 　　人为原因造成抽油杆的损伤：抽油杆柱在下井时，由于检查不严，使有制造缺陷或已有损伤的抽油杆下入井中或由于操作不当使抽油杆损伤或紧螺纹不到位等，当这些抽油杆在井内恶劣条件下工作，会产生应力集中，使抽油杆断裂或脱扣。 　　在大庆油田，运用聚合物驱油取得了较好效果，但在一些抽油井出现了不适应的现象，抽油杆和油管偏磨现象迅速增加，给生产带来一定困难，有的甚至出现杆断、脱扣的现象，严重影响了油井生产时效，造成不必要的油井作业，使生产成本上升。 　　4 延长抽油杆使用寿命的措施 　　我国是世界抽油杆第一生产大国，但不是强国，存在的主要问题是：没有完全建立科学的质量管理体系；抽油杆生产的机械化自动化水平低。我国抽油杆研制工作的发展方向：建立科学的质量管理体系；提高机械化自动化水平；研制耐磨抽油杆，防腐抽油杆，节能抽油杆，能提高泵效的抽油杆，便于抽油杆柱起下作业的抽油杆。 　　要延长抽油杆的使用寿命，需要做好以下几点：严把油杆质量关；抽油杆运输过程中保证不擦伤、碰伤；合理安装；斜井下专门的斜井泵或防偏磨措施；、碰泵时间和幅度不能过长过大；高含水井在不能采取其他措施的情况下尽量采取低冲次；对于有油杆腐蚀历史的井，尽量采用低冲次；对于出砂井采取大冲程低冲次；对于出液能力差的油井尽量降低冲次，降低液击现象对抽油杆的损坏；抽油机的最大冲次不能和抽油杆自振频率的整数倍相重合，以免发生共振现象。 　　通过对形成管杆磨损的多种因素进行了系统分析，造成管杆偏磨的主要原因是机械磨损和腐蚀磨损，偏磨和腐蚀的交替效应具有更大的破坏性。井身结构、封隔器座封、杆柱受交变载荷、油管弯曲、管杆重复摩擦、机抽参数不合理以及介质中固含量高等因素，是引起管杆偏磨的主要原因。 　　杆柱下部加重是防止杆柱底部抽油杆弯曲的有效方法。向油套环形空间滴加缓蚀剂，使抽油杆和油管金属表面形成一种致密薄膜，使金属本体与腐蚀介质隔离开来，并在油管内壁形成的保护油膜，起到润滑作用，可起到保护抽油杆和油管的目的。 　　采取优化管柱设计、合理调整生产参数、使用新型井下工具、工艺技术转向等措施，不仅能有效地防止和减缓管杆偏磨，而且可以延长抽油井的检泵周期，达到预防管杆磨损的最佳效果。 　　【参考文献】 　　[1]孙爱军，等.抽油杆管磨损问题的探讨及预防措施[J].钻采工艺，2001. 　　[2]万仁溥.采油工程手册[M].石油工业出版社，2000. 　　[3]赵子刚，陈会军.抽油杆管偏磨机理与防治[J].大庆石油地质与开发，2000. 　　[责任编辑：杨玉洁]
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抽油泵工作原理
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抽油泵工作原理
抽油泵是属于一种特别情势的往复泵，能源从空中经抽油杆传递到井下，使抽油泵的柱塞做高低往复静止，将油并中石油沿油管举升到空中。抽油泵重要是由泵筒、柱塞、进油阀（吸人阀或固定阀）、出油阀（排出阀或游动阀）组成。电动油泵上冲程时。柱塞上面的下泵腔。容积增大，压力减小，进油阀在其高低压差的作用下关上。原油进人下腔，与此同时，出油阀在其高低压差作用下封闭，柱塞上面的上泵腔内的原油沿油管排到空中。同理，下冲程时，柱塞收缩进油阀和出油阀之间的原油。封闭进油阀。关上出油阀，下泵腔原油进人上泵腔。柱塞一上一下，抽油泵实现了一次循环。如此循环往复，反复进行循环。依据抽油泵的特征，油泵任务原理，对抽油泵有以下几点请求：
　　（1）要有足够的强度和较好的密封性。
　　（2）请求任务牢靠，寿命长、对阀、夺主塞、泵筒等要从构造、材质、加工质量和热解决工艺等方而。严厉请求。进步张拉装备耐磨性和抗侵蚀性，这样可增加抽油泵的非消费时光，下降采油老本。
　　（3）要有高的消费率和泵效，装置、修理和运用不便。
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