能源科學技術井下油管故障原因及其防治探討

1、井下油管故障原因及其防治探討 【論文關鍵詞】油管損壞 原因 防治措施【論文摘要】分析了抽油機井故障影響因素，并提出了防治措施。結果表明，沖程、沖次、泵徑相對較大且泵的沉沒度較低的井，縱向載荷變化及徑向擺動較劇烈，易發(fā)生油管斷脫。沉沒度愈大，油管受到的浮力越大，越有利于減小油管的載荷，使油管的彈性形變變小，越有利于減小油管的疲勞強度，可延長油管使用壽命。 1.影響因素 1.1油管泄漏 （1）螺紋密封不嚴。由于油管螺紋受到物理損壞，或油管公扣和母扣之間螺紋錐度不匹配或尺寸精度達不到要求等，上扣后密封不嚴而產生泄漏。當油井正常生產時，由于生產壓差的存在，油管內部壓力高于油管外套壓，油管內液體沿泄漏處

2、對螺紋進行沖刷，隨著時間的延長，部分螺紋齒被沖出溝槽，最終導致油管脫扣。 （2）產品質量差?，F場所用油管、油管大小頭、短節(jié)、接箍等來源不同，質量差別很大，而且有時采用修復過的舊油管，沒有經過有效的檢測，致使來源不同的油管和接箍很難保證配合緊密，極易產生泄漏。 （3）螺紋損壞。油管在儲存、運輸和安裝過程中，油管螺紋損壞，也會造成密封不嚴；油管上扣時，在螺紋表面忘抹絲扣油或脂，上扣后出現螺紋之間干磨，當油管材料強度低時，致使螺紋發(fā)生粘扣（冷焊），油管下到井內容易產生泄漏或脫扣。 1.2油管斷裂 油管斷口部位通常在油管與接箍螺紋旋合的交界處（一般在接箍螺紋的第1-2扣處）的裂紋源區(qū)、發(fā)生區(qū)和瞬斷區(qū)。

3、油管承受不對稱循環(huán)交變載荷而產生疲勞斷裂。油管端部螺紋處不但要承受軸向拉-拉載荷以及可能存在的彎曲載荷，而且還要承受油管上扣時的預緊力，油管螺紋處有效承載面積減少，造成該處平方應力水平比管體高。因此，螺紋根部存在應力集中現象，其應力水平比管體高出幾倍，易發(fā)生斷裂。對油管螺紋缺少有效的檢測手段，不能及時發(fā)現微裂紋和損傷，采用液壓管鉗為油管上扣轉矩，致使螺紋連接處的預緊力過大，嚴重時會達到材料的屈服極限。 1.3沉沒度 （1）由于抽油桿柱與油管柱都不是理想的剛性體，均存在彎曲變形，在縱向懸垂條件下，全井管柱的彎曲變形將使柱塞與泵筒之間難以保持軸向同心。因此，泵內柱塞在運動中，泵筒對柱塞的強制鎖定將

4、導致泵筒帶動油管柱徑向擺動。油井沉沒度小，油套環(huán)形空間內的液體就少，對油管的徑向束縛力就小，油管的徑向擺動就會相對劇烈，易引起管斷。 （2）油管在抽油機抽吸過程中，既受到管內液體的重力和摩擦力等交變載荷外，還受到油套環(huán)形空間液體的穩(wěn)定浮力，這個浮力總是減小油管的載荷，有利于改善油管的受力條件 1.4高沖次、大泵徑 統(tǒng)計表明，油管斷脫的33口井，沖程在6m以上的有24口井，占管斷總井數的72.73%；沖次在6次/min以上的有30口井，占管斷總井數的90.91%；泵徑在70mm以上的有32口井，占管斷總井數的96.97%。在地面參數較大的情況下，抽油桿以較高的速度在油管內運動，與油管的相互作用將

5、相對劇烈，因此，抽油管柱的縱向振動和徑向上擺動就會加劇。同時，油管在交變載荷作用下的頻率也相對較高，這樣就使油管在不穩(wěn)定交變載荷作用下的有限壽命大大縮短。聚驅抽油機井多數泵徑在70mm以上，說明泵徑也相對大是管斷井的共性規(guī)律。由液柱靜載造成的油管伸縮范圍隨泵徑的增加而增大，抽油機井所采用的泵徑越大，相同條件下油管所承受的軸向力的變化范圍越大，油管的彈性伸縮范圍就越大，從而使油管縱向彈性變形加劇，導致疲勞強度增加，易發(fā)生油管斷脫。 2.防治措施 2.1管理措施 （1）控制油管質量。控制油管螺紋的加工質量，匹配管箍的錐度，保證加工尺寸精度和表面粗糙度等達到標準，油管螺紋加工時，應對螺紋表面強化處理

6、，如表面高頻淬火、滲碳和滲氮、表面激光強化、鍍銅或鋅等，以改善螺紋表面狀態(tài)，提高密封性和抗疲勞強度。 （2）采用外加厚油管。外加厚油管是加厚油管的螺紋端，即增大螺紋外徑，可以增加螺紋處的有效承載面積，降低螺紋處的平均應力水平，減少油管的斷裂失效。目前我們只是在70mm整筒泵上應用了外加厚油管掛和第一根油管采用外加厚油管。 （3）作業(yè)管理。a建立建全油管的使用檔案。搞好油管使用狀況的動態(tài)監(jiān)測，加強井筒管理，提高井下作業(yè)管理水平，控制油管斷脫引起的作業(yè)，做到了標準、齊全、準確三個高標準。b建立健全各項基礎資料。建立了作業(yè)施工單井的施工情況統(tǒng)計表，內容包括施工原因，現場鑒定情況，更換油管、抽油桿情況

7、，防偏磨措施情況、不壓井工具使用情況等詳細資料，提供了準確可靠的基礎數據，進一步落實對返工井及偏磨井采取的技術措施實施情況，督促施工單位嚴格按施工設計和現場制定的技術措施進行施工。c加強井下作業(yè)現場監(jiān)督，提高作業(yè)施工質量。專門成立現場跟蹤小組，配備經驗豐富的監(jiān)督人員，并建立了現場監(jiān)督管理體系，健全了管理制度。在上扣時，涂抹油管專用螺紋密封脂，控制液壓管鉗上扣轉矩，防止轉矩過大。 （4）清防蠟管理。配備經驗豐富的工人骨干和機械加藥車成立加藥班，專門負責加藥，藥劑也分配了專人管理。對加藥井做到了連續(xù)跟蹤，包括產量、含水、載荷、電流變化等，效果進行記錄，為化學清防蠟發(fā)展提供了依據。摸索合理的熱洗周期

8、，成立專職熱洗工，形成了熱洗工-中轉站-計量間“三點一體化”管理。 2.2工藝措施 （1）應用無卡瓦油管錨。應用卡瓦油管錨防斷脫容易對套管造成損傷。當下入無卡瓦錨的井需要作業(yè)時，上提管柱，中心管帶動固定活塞上行，而承壓接頭與解封銷釘掛等在膠筒與套管壁摩擦力作用下，各部件回歸原位，完成解卡動作。 （2）應用油管檢測儀器。該儀器有一組外抱式的非接觸式的磁感應探頭，因此可直接用于井口，也可用于室內。在井口作業(yè)過程中起油管時使用，探頭相當于一組與油管同心的線圈，當油管從探頭內經過時，發(fā)生電磁感應，根據電磁感應原理：=b.s。其中：-磁通量；b-磁感應強度；s-磁場橫截面積。在磁感應強度不變的情況下，磁

9、通量的變化與油管橫截面積的變化成正比，即：=b.s。，如果油管內壁有損壞，該處的橫截面積將發(fā)生變化，該檢測儀正是通過測量磁通量的變化，來測得某一橫截面上的油管的損壞情況。由于該一起屬于精密儀器，不適合在作業(yè)現場操作，建議作業(yè)大隊成立油管檢測車間，同時購進一定數量的油管作為備用油管。 （3）應用油管旋轉器。該技術適合于法蘭連接和螺紋連 接的油管旋轉器?？梢酝ㄟ^井口人為操作來使油管旋轉一個角度，生產過程中使油管內圓周均勻磨損，延長了油管使用壽命。 （4）使用抽油桿旋轉技術。抽油桿斷脫后斷頭自然會在油管內上下運動，造成油管或油管絲扣刮傷，所以防止桿斷的同時也是在防止油管本身斷脫，抽油桿旋轉技術就是使

10、抽油桿在做上下往復運動的同時做一定角度的旋轉，使抽油桿磨損均勻，延長抽油桿壽命。 （5）防止油管振動。對供液不足，發(fā)生液擊的抽油機井，調整抽油機工作參數。當抽油機井下入油管錨后，由于油管被錨定，原來由油管所承受的部分載荷通過油管錨轉移到套管上，使其工作狀況得到了很大改善。不僅在縱向上避免了因交變載荷引起的彈性伸縮，而且在徑向上也防止了油管的徑向擺動。同時下入油管錨的井，不僅能防止油管斷脫，還具有提高泵效的優(yōu)點。由于工作中的油管避免了縱向的彈性伸縮，從而避免了因油管變形導致的沖程損失，使抽油機井總的沖程損失明顯降低，泵效相應的提高。 3.結束語 沖程、沖次、泵徑相對較大且泵的沉沒度較低的井，縱向載荷變化及徑向擺動都相對劇烈，縮短了油管在不穩(wěn)定交變載荷