抽油杆断脱的结构分析 ok汇总
抽油杆断脱原因分析

抽油杆断脱原因分析
抽油杆断脱是一种常见的产生油井失效的故障,造成了油井生产受限或停止产出。
该
故障的主要原因有以下几种:
1. 抽油杆材质和质量不良
抽油杆的材质和质量是导致抽油杆断脱的主要原因之一。
如果抽油杆的材料不符合相
关标准,或者质量存在缺陷,就容易发生断脱故障。
此外,还需要注意抽油杆的表面处理,保证表面光滑,防止表面裂纹的形成。
2. 抽油杆设计不合理
抽油杆的设计是控制抽油杆断脱的重要因素。
如果抽油杆的结构、尺寸、强度等设计
不合理,就容易导致断脱故障。
因此,设计方面需要考虑井深、工作压力、负荷大小等因素,以保证抽油杆的稳定性和强度。
3. 抽油杆的受力不平衡
抽油杆在使用过程中容易受到弯曲、拉伸、压缩等多种应力的作用。
如果抽油杆的受
力不平衡,就容易导致断脱故障。
这种情况通常是由于运行时的振动、井壁塌陷、沉降不
均等原因导致的。
4. 抽油杆与井壁之间的摩擦力
抽油杆与井壁之间的摩擦力也是导致抽油杆断脱的原因之一。
摩擦力的大小取决于杆
子的类型、直径和井筒的大小、形状等因素。
如果摩擦力过大,就可能导致抽油杆断裂或
脱离。
5. 防腐保护不当
抽油杆常常受到水腐蚀和化学腐蚀的影响。
如果防腐措施不到位,就会导致抽油杆表
面的腐蚀损伤,从而影响抽油杆的使用寿命和稳定性。
在某些情况下,这种腐蚀还会导致
抽油杆表面出现孔洞和裂纹,进一步加剧抽油杆的受力环境,加速抽油杆的断脱。
抽油杆断脱原因分析

抽油杆断脱原因分析抽油杆断脱是指在油田钻井、采油和注水作业中,抽油机或注水泵上的抽油杆出现断裂或脱落的现象。
这种情况会给油田生产带来严重的影响,不仅增加了维修成本,还降低了产量,甚至可能引发安全事故。
对抽油杆断脱的原因进行分析,对于改善油田生产效率和保障作业安全具有重要意义。
一、设备故障设备故障是导致抽油杆断脱的主要原因之一。
由于抽油杆在长期高强度工作的情况下,可能会出现磨损、腐蚀或疲劳等情况,导致其强度下降,最终断裂或脱落。
抽油机或注水泵的链条、链轮、齿轮等传动部件如果出现故障,也会影响到抽油杆的正常工作,从而导致抽油杆断脱。
为了减少设备故障对抽油杆的影响,必须加强设备的日常维护和定期检修工作,并及时更换受损的部件,提高设备的可靠性和安全性。
二、操作不当操作不当也是导致抽油杆断脱的重要原因之一。
在油田作业中,如果操作人员操作不当,比如拉升或降低速度过快、启停频繁、负载过大等,都会对抽油杆产生不利的影响,容易引发断脱事故。
抽油杆的连接件如果安装不当或者强度不够,也会成为抽油杆断脱的隐患。
加强操作人员的培训和管理,规范操作流程,严格执行操作规程,对于减少操作不当带来的风险,具有十分重要的意义。
三、工况恶劣在油田作业中,可能会遇到一些特殊的工况,比如温度过高、压力过大、井筒环空过大等情况,这些因素都会对抽油杆的正常工作产生不利影响,容易导致抽油杆断脱。
特别是在高温、高压、硫化氢等严峻环境下,抽油机和抽油杆容易受到腐蚀和疲劳的影响,进而导致抽油杆的断裂或脱落。
针对不同的工况恶劣情况,必须采取合适的措施,比如加强防腐处理、增加润滑剂、降低负载等,以提高抽油杆的耐久性和可靠性。
四、材料质量抽油杆的材料质量对于其耐久性和可靠性具有重要的影响。
如果抽油杆的材料质量不达标,意味着其抗拉强度、抗压强度、抗腐蚀性等指标都无法满足要求,容易在实际作业中出现断裂或脱落的情况。
必须对抽油杆的材料质量进行严格把控,确保其符合国家标准和行业要求,从源头上杜绝因材料质量问题而导致的抽油杆断脱事故。
抽油机井杆断脱原因分析与预防对策

抽油机井杆断脱原因分析与预防对策抽油机井杆是油田生产中重要的生产设备之一。
它的安全运转对油田的安全生产起着至关重要的作用。
但长期以来,井杆的断脱问题一直是抽油机生产中的重要问题之一,经常导致严重的安全事故和油井停产等问题。
本文将分析抽油机井杆断脱的原因,并提出预防措施。
1、井杆弯曲变形导致断脱。
在井杆运行过程中,由于受到地层压力和摩擦力的作用,井杆会发生弯曲变形。
如果井杆的弯曲角度过大,就会导致井杆的断裂。
同时,由于井杆的变形会导致井孔中的摩擦力增加,从而增加了井杆的运行阻力,使井杆的暴力振动加剧,也会导致井杆断裂。
2、井杆材质不均匀或质量差导致断脱。
井杆的材质和质量直接影响井杆的抗压和抗拉能力。
如果井杆材质不均匀或质量差,容易导致井杆在运行过程中因疲劳断裂。
3、井杆的高强度和高硬度特性导致断脱。
现代抽油机井杆通常采用高强度、高硬度的合金钢材质,虽然能够提高井杆的抗压和抗拉能力,但这也增加了井杆在运行过程中的断裂风险。
因为高强度、高硬度的井杆,一旦受到外力作用时,断裂往往较为严重。
二、抽油机井杆断脱的预防措施:1、加强井杆监测,及时发现井杆存在问题。
通过对井杆的运行状况和运行参数进行实时监控和分析,及时发现井杆存在问题和异常情况,并做好维修和更换井杆的准备,从而及时消除井杆断裂隐患。
2、严格控制井口负荷,避免井杆过度弯曲。
在生产抽油机的过程中,需要根据井杆的材质和规格,合理控制井口负荷,避免井杆过度弯曲或断裂,采取适当的降低抽油机运行速度,减缓井杆的弯曲速度等措施,避免井杆疲劳断裂。
3、加强井杆的科学设计和制造工艺。
对于抽油机井杆的设计和制造,需要根据不同的油井条件和使用环境,进行科学的设计和制造工艺选择,合理采用不同的材料和加工工艺,确保井杆的质量和可靠性,从而减少井杆断裂风险。
4、加强井杆的维护保养。
对于已经投入生产的井杆设备,需要定期进行维护保养工作,对井杆进行清理、检查、涂油、打蜡等工作,确保井杆的表面光滑、无缺口和裂纹,保证井杆设备的长时间安全运行。
抽油杆断脱分析与防治对策

抽油杆断脱分析与防治对策抽油杆断脱是油田钻采过程中常见的问题之一,不仅直接影响采油效果和成本,还会对生产安全造成严重威胁。
因此,对于抽油杆的断脱问题需要进行详细的分析,并制定相应的防治对策。
本文将对抽油杆断脱进行分析,并提出相应的防治对策。
一、抽油杆断脱的原因1.杆体结构问题:如果抽油杆的杆体结构不合理,或者杆体质量不合格,不仅会降低杆体的强度和耐磨性,还会对杆体的刚性和硬度造成影响。
这种情况下,抽油杆可能会在运行过程中发生振动和晃动,最终导致抽油杆断脱。
2.井下环境问题:油井的环境条件非常苛刻,常常存在高温、高压、腐蚀等情况。
如果抽油杆没有经过必要的抗腐蚀处理,就会发生腐蚀损伤,从而降低了杆体的强度和硬度,使抽油杆容易断裂。
3.操作人员的失误:在运行抽油杆的过程中,如果操作人员的技术水平不高,就很容易疏忽大意,造成杆体的受损和断脱。
例如,操作人员在吊卡抽油杆时没有保证角度垂直,或者吊卡的抓扣不良,都可能导致抽油杆受损。
4.抽油杆的老化:抽油杆在长期使用过程中,由于杆体的疲劳受损、腐蚀介质的腐蚀、杆体受热等原因,会逐渐老化。
如此一来,抽油杆的强度和硬度会降低,密封性能也会受到影响,最终导致抽油杆断脱。
1. 技术改进:通过技术升级和优化设计,提高抽油杆的强度和刚度,使其更容易适应井下环境的变化。
另外,加强对杆体材料的选择和质量检测,对抽油杆的生产和加工环节进行彻底的质量控制,保证抽油杆的质量和性能。
2. 作业规范:抽油杆的使用要遵循规范,确保每个操作环节都得到科学的规划和准确的执行。
特别是在处理断裂、捻转、积石、间隙等问题时,操作人员要有一定的技术水平和判断能力,以保证沉降杆的正常运行。
3.配套设备升级:升级井下设备,使用高效可靠的设备,减少因设备故障、维修不及时等原因导致抽油杆断脱的情况发生。
例如,应考虑采用进口万能测试机、无损检测设备、杆头封端机等先进设备。
4. 抗腐蚀处理:抽油杆的防腐处理非常重要,主要是针对矿泉水、渗透水、苯、醇、甲醛等对抽油杆造成腐蚀的介质。
抽油杆断脱的成因分析与防治对策

抽油杆断脱的成因分析与防治对策抽油杆断脱是油田采油过程中常见的问题,一旦发生将对油田生产造成严重影响,甚至影响到整个油田的开发进程。
对抽油杆断脱的成因进行深入分析,并提出相应的防治对策对于保障油田的稳定生产具有十分重要的意义。
一、抽油杆断脱的成因分析1. 动作不规范采油现场的操作人员在进行抽油杆动作时,如果动作不规范,如顶驱过猛、冲击过大等均会导致抽油杆断脱。
2. 抽油杆材质问题抽油杆本身的材质问题,如内部存在缺陷、裂纹等都可能成为抽油杆断脱的隐患。
3. 抽油杆疲劳损伤长期的高频次运动会导致抽油杆的疲劳损伤,超过其承载极限就会发生断脱。
4. 抽油杆受力过大抽油杆在受力过大情况下,如承受过大载荷、受到外力冲击等也容易断脱。
5. 抽油泵工作异常抽油泵的工作异常,比如启动不顺畅、运行不稳定等都会对抽油杆产生不良影响,导致断脱。
二、抽油杆断脱的防治对策1. 规范操作提高操作人员的技术水平,规范操作流程,严格按照操作规程进行操作,避免因操作不规范造成的抽油杆断脱事件发生。
2. 定期检查定期对抽油杆进行全面检查,检查抽油杆的材质、疲劳程度、受力情况等,及时发现问题并进行处理,确保抽油杆的健康状态。
3. 加强维护加强对抽油杆的维护保养工作,延长抽油杆的使用寿命,减少断脱事件发生的可能性。
4. 抽油泵监控对抽油泵进行严格的监控,一旦发现抽油泵运行异常,及时停机检修,排除故障,避免故障对抽油杆的影响。
5. 抽油杆设计优化通过改进抽油杆的设计,优化抽油杆的结构和材质,提高抽油杆的抗压能力和疲劳寿命,从根本上减少抽油杆断脱的可能性。
三、抽油杆断脱的对策实施1. 完善制度建立健全相关的操作规程和制度,明确操作人员的操作责任和要求,确保操作流程的规范性。
2. 加强培训加强对操作人员的技术培训,提高其操作水平和安全意识,使其能够熟练掌握操作技能并严格执行操作规程。
3. 强化监管加强对抽油杆的质量监管,确保抽油杆的质量达到标准要求,减少因抽油杆材质问题导致的断脱事件发生。
油井故障分析之:油杆断脱分析

三原因分析
3.2、井下座封器的影响
当生产管柱有封隔器时,靠生产管柱的自重进行座 封,使管柱产生弯曲,在生产过程中弯曲段油管与 抽油杆产生磨损,从而降低了抽油杆的寿命。
01
3.3 高含水率的影响 产出液含水越高,偏磨越严重。原因是产出液含水率低时,管杆摩擦面 处于良好的油润滑状态,动摩擦因数较小,磨损较轻;当产出液含水高 时,管杆摩擦处于水润滑状态,动摩擦因数大大增加,加快了管杆磨损。
油井故障分析之抽油杆断 脱
二零零七年五月
葡北采油工区
一.实例分析
二.诊断方法
1
三.断脱原因
四.预防措施
2
提
纲
一 、实例分析
1、一般井:神242井油 杆断脱
2007年4月18日发现该 井不出液,停机时配重 箱在下死点,并撞击枕 木,功图显示泵不工作。
实例分析
一般在断脱后液 面随时间的推移 略有增加,但该 井由于处于刚刚 调参后不久,故 在液面上不能体 现。
(2)热影响区
在锻造过程中,由于沿纵向的非均匀加热使抽油杆产生 热塑性变形,从而在热影响区段产生纵向的高残余拉应力 和金相组织粗大 。
三、原因分析
2、机械损伤的影响
在运输、储存过程中可能受到人为的机械损伤 : 杆体表面被擦伤或碰伤而出现凹坑、刻痕 这些表面缺陷就会因局部应力集中而形成疲劳源,导致
疲劳断裂 当处于腐蚀环境中,这些凹坑和刻痕还会加快腐蚀的速
02 原因分析
原因分析
四.液击现象: 供液能力差的油井产生的液击,大大加快了抽油杆 的疲劳损坏。
三、原因分析
五.预紧力不足的影响
当预紧力不足时,抽油杆外螺纹接头不仅 受到较高的应力幅度的作用,而且由于外 螺纹接头在接箍中摇动还要受到弯曲应力, 就可能发生早期断脱。
抽油机井杆断脱原因分析与预防对策

抽油机井杆断脱原因分析与预防对策抽油机井杆断脱是油田生产中经常遇到的问题之一,它会影响井的生产能力,增加运行成本,甚至导致井底打捞作业。
本文将分析井杆断脱的原因,并提出预防策略。
一、井杆断脱原因1. 抽油机选型不合理。
抽油机的技术参数应该与井口动液面深度相适应。
如果选择的抽油机过大,井杆的拉伸量会增加,容易造成井杆断脱。
2. 井杆制造质量不过关。
井杆的强度和刚度对其抗拉伸性能和承载能力具有重要意义。
如果井杆制造质量不过关,包括焊接不牢固、合金含量不足、抗拉强度不符合要求等,就会使其承受不了油井的工作负荷而发生断脱。
3. 受力方向不合理。
井杆的承受力与其受力方向直接相关。
如果受力方向过于横向,容易造成井杆弯曲变形,从而导致井杆的断脱。
此外,若井杆长度过长,自重会增大,井杆承受的重力和地震作用也会增大,导致井杆断脱。
4. 井杆使用寿命过长。
井杆是长期处于油井内进行工作的,由于受到外界环境和内部应力等的影响,其强度和刚度发生变化。
如果使用时间过长,井杆的抗拉能力会大大降低,从而容易出现断脱现象。
在选择抽油机时,应根据地质、井深、注采方式和动液面深度等实际情况,进行科学、合理的设计。
井杆的质量是井杆抗拉伸和承载能力的基础。
应从选材、生产工艺、环境溶合、表面处理等方面,加强质量控制,确保井杆质量。
3. 优化施工方案。
应合理设计井杆受力方向,减少井杆长度,采用加固方式和支撑装置等措施,以提升井杆的耐久性。
4. 巡检维护及时到位。
油田生产过程中,设备容易受到不良的干扰、障碍和腐蚀,应经常巡检维护,及时发现和处理有问题的井杆,避免事故的发生。
总之,避免井杆断脱的发生是油田生产过程中必须重视的环节,应加强技术管理,完善工作机制,最大限度地发挥井杆作用,提高油田生产的安全性和效率。
抽油杆断脱原因分析

抽油杆断脱原因分析抽油杆断脱主要有以下几个原因:1. 载荷过大:抽油杆在工作过程中承受巨大的载荷,如果油井产能超过设计范围,或者泵杆过长或过重,都会导致抽油杆承受更大的载荷,从而增加断脱的风险。
2. 材料质量不合格:抽油杆通常由高强度的合金钢制成,如果材料质量不合格,会导致抽油杆的强度不足,容易发生断裂或脱落。
3. 抽油杆疲劳损伤:由于油井工况的变化以及抽油杆的工作负荷,抽油杆会长期处于循环应力的作用下,导致疲劳损伤。
如果抽油杆经过长时间的疲劳循环后,未及时更换或维修,就容易出现断脱现象。
4. 抽油杆结构问题:抽油杆的结构设计是否合理也会影响其断脱风险。
抽油杆的螺纹连接是否牢固,是否存在设计缺陷等。
5. 抽油杆的安装和维护问题:抽油杆在安装过程中需要严格遵守操作规程,如果安装不当、固定不牢或者维护不及时,都会增加抽油杆断脱的概率。
针对以上原因,可以采取以下措施来预防和解决抽油杆断脱问题:1. 加强油井动态监测:及时了解油井的工作负荷,确保抽油杆的承载能力和油井产能相匹配,避免载荷过大。
2. 优化抽油杆材料:选择高强度的合金钢材料,确保抽油杆的强度和耐久性。
3. 做好抽油杆的维护保养:定期对抽油杆进行检查,发现问题及时进行更换或维修,避免疲劳损伤。
5. 严格遵守操作规程:在抽油杆的安装和维护过程中,严格按照操作规程进行操作,确保安装牢固可靠,及时维护,防止问题产生。
抽油杆断脱是一个复杂的问题,需要从多个方面进行分析和解决。
通过加强动态监测、优化材料、做好维护保养、优化结构设计以及严格遵守操作规程等措施,可以有效预防和解决抽油杆断脱问题。
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抽油杆断脱的结构分析摘要抽油杆在油管中的运动及油管自身的运动情况非常复杂,引起抽油杆与油管的内壁产生剧烈地摩擦,甚至将油管磨穿而造成油管漏失,或将抽油杆的节箍磨坏,造成抽油杆断脱,严重影响了抽油井的正常生产。
陕西某油田区块,仅2013年抽油杆断脱35井次,占维护作业的10%以上,大量的杆柱断脱会给原油生产带来诸多影响。
因此,针对抽油杆断裂进行结构分析,寻找有效的防断脱途经,减少抽油杆断脱频率,延长油井检泵周期是提高油田经济开发效益的迫切需要。
关键词:抽油杆、断脱、结构、分析目录摘要 (1)1 问题的来源 (1)1.1抽油杆断裂位置分析 (1)1.2抽油杆断裂的原因 (1)1.2.1 杆柱组合不合理,受力不均衡导致抽油杆疲劳破坏 (1)1.2.2 复杂的斜井井眼轨迹导致抽油杆偏磨 (3)1.2.3 杆的疲劳断裂 (4)2 理论分析 (4)2.1理论分析 (4)2.2中和点的计算 (6)3 抽油杆柱模型建立 (7)3.1上冲程抽油杆柱受力模型 (7)3.2下冲程抽油杆柱受力模型 (10)3.3受力模型的边界条件 (11)4 仿真分析 (12)4.1仿真计算程序流程图 (12)4.2仿真计算结果分析 (13)5 结论 (14)参考文献 (14)1 问题的来源近年来,在油田生产中,由于油井井下生产环境比较复杂,导致抽油杆断裂井频繁发生,严重影响了油井正常生产。
1.1 抽油杆断裂位置分析以陕西安塞油田A区块为例,在断裂井中,光杆断6口,占17.0%;上部抽油杆(全井段深度的1/3以上)断15口,占43.0%;中部抽油杆(全井段深度的1/3-2/3)断10口,占29%;下部抽油杆(全井段深度的2/3以下)断2口,占5.7%;拉杆断2口,占5.7%。
可见,抽油杆断裂位置主要集中在上部抽油杆、光杆,占到断裂井的43.0%;下部抽油杆断裂几率相对较小。
1.2 抽油杆断裂的原因抽油杆是有杆抽油系统中传递动力的部件,在油井工作中带动泵柱塞作上下往复运动,承受交变载荷。
如果杆柱受力较小,所受应力明显小于耐久极限时,则无数次的正反载荷循环都不会使其损坏。
但是,如果承受的应力接近甚至超过耐久极限时,就可能因逐渐损伤而导致破坏,即所谓的疲劳破坏。
疲劳损坏的抽油杆断面具有非常明显的特征,即逐渐损坏的部分因2个面相互研磨而显得非常光滑;由于超过了弹性极限而损坏的断面则很粗糙。
总的来说,抽油杆的损坏都是由疲劳破坏造成的。
影响钢材疲劳极限的因素有交变应力、周围环境的腐蚀影响、零件表面形状及工作应力范围等。
通过对35井次抽油杆断裂情况进行分析可知,造成抽油杆损坏的主要原因有:1.2.1 杆柱组合不合理,受力不均衡导致抽油杆疲劳破坏组合不合理的抽油杆在不断恶劣的井下条件下工作,如惯性载荷的增大等,就很容易使抽油杆失稳而发生断裂。
从统计情况看,抽油杆上部(包括光杆)断裂15口,占43.0%,这部分井断裂主要原因是泵挂深度不断增加,造成抽油杆最大拉应力增大,超过其屈服应力造成的,同时也使抽油机悬点载荷增大。
安塞油田开发初期,对长6油层定向井、相对高产井的机、杆、泵、匹配为:最大下泵深度1250米,采用CYJ5-1.8-13(H)B抽油机,悬点载荷为44KN,抽油杆采用D级杆,许用应力11Kg/mm2,组合比例为3/4×42%+5/8×58%,抽汲参数为1.50×9×381,这一设计未考虑泵深增加和油井结蜡,泵深增加和油井结蜡后,这一机、杆、泵的匹配比例就显得不适应。
由于安塞油田定向井初始造斜点平均在500米左右,正好占泵深1200米的40%。
我厂在实际应用中,根据局开发部意见,取3/4比例40%,因此,在定向井直井段(井口—500米左右)下3/4抽油杆,斜井段下5/8抽油杆,采用Φ32管式泵,抽油杆组合为3/4×40%--5/8×60%,这一比例基本与抽油机型相匹配,也基本符合《抽油机—泵装置图表选择法(万邦烈)》近年来在实际生产过程中,随着泵挂不断增加和受油井结蜡等因素影响,抽油杆所受负荷增大,所受拉力也随之增大,而油杆组合没有发生变化,引起断裂事故增加。
根据油井诊断结果,泵深超过1250m时应采用三级组合,又根据美国API抽油杆柱设计法,应采用7/8〞×33%+3/4〞×33%+5/8〞×34%的组合,而实际上A区的超深井均为二级组合,致使断裂油井增多。
如果抽油杆组合合理,负荷不超过该杆的额定负荷,又无腐蚀、磨损的影响,并且使用得当,则抽油杆可以工作两年或两年以上时间而不发生损坏,这是通过大量的试验研究工作得出的结论。
2013年抽油杆断脱情况调查结果表明,使用在两年之内发生断裂的油井共9口,其余的26口为使用两年以后断裂的,这说明目前的抽油杆组合是不合理的,负荷达到或超过了抽油杆的额定负荷。
这里重点对组合不合理造成的抽油杆断裂井进行计算分析。
以A区22-12井为例,该井工作参数为1.5m×7×φ32mm×1191m,该井发生断裂时的含水为69.2%,井下抽油杆组合为φ19×88m+φ16×1152m。
根据这些已知数据来校核该井抽油杆的强度。
使用史洛尼杰尔和美尔斯公式:P max=(P杆+P液)(1+Sn2/1790)(1-1)P min= P杆(1-Sn2/1790)(1-2)应力校核:根据美国API抽油杆设计方法:ζ大=P max/f杆ζ大≤[ζ当]2[ζ当]—厂家铭牌许用应力,13kg/mm2。
P max——悬点最大载荷,N;P min——悬点最小载荷,N;1长庆局钻采院孙应民,《安寒油田采油工艺设计方案》,1991年2胜利油田采油处《有杆泵采油工艺》,译自美国API有杆抽油泵工作参数计算方法,第154页P杆——抽油杆在空气中所受到的重力,kg;P液——柱塞截面以上液体重量,kg;S——抽油机冲程,m;n——抽油机冲次。
ζ大——最大拉应力,kg/mm2;f杆——抽油杆截面积,m2;[ζ当]——厂家铭牌给定的许用应力kg/mm2。
计算结果为:P max=3130.29kgP min=2014.93 kg= P max/ f杆=15.57 kg/mm2对于φ16的上部油杆,ζ大对于φ19的上部油杆,ζ= P max/ f杆=11.04 kg/mm2大φ16的上部油杆最大拉应力已超过D级杆最大许用应力13kg/mm2,故是不安全的,因此,该井在距井口22根处抽油杆断裂是在所难免的。
也说明该井上部油杆组合中φ19油杆比例应该多一些。
其它油井由于抽油杆组合不合理,造成上部抽油杆断裂与王侧22-3井的情况相类似,后经过调整该井目前杆柱组合为φ19×502m+φ16×638m。
组合不合理的抽油杆在不断恶劣的井下条件下工作,如泵深的不断加大,惯性载荷的增大等,就不能获得长寿命。
1.2.2 复杂的斜井井眼轨迹导致抽油杆偏磨A区块共有斜井415口,占总井数的62.6%,井眼轨迹主要有以下几种:直-增,直-增-稳,直-增-降等三种类型,进入油层的井斜角一般在10°—30°之间,尤其第三种类型,出现了拐点,甚至形成严重的“狗腿”,生产时抽油杆的受力状况变得非常复杂,增大了油管油杆偏磨的可能性,严重时会导致抽油杆断裂,从而影响油井正常生产,降低了油井的采油时率。
由于这部分井筒轨迹是弯曲的,抽油杆受井筒轨迹的影响而呈现曲线状态。
又由于抽油杆本身具有弹性和刚性,在弯曲的油管中,不可避免与油管相互接触,从而产生摩擦。
在上冲程时, 油管油杆摩擦损伤降低了抽油杆的抗拉强度和许用应力,增加了抽油杆的悬点应力。
下冲程时,抽油杆受到柱塞和泵筒间的摩擦力,液体通过活塞时的阻力和井下液体对抽油杆的浮力。
这些阻力很容易造成抽油杆下部弯曲,油管发生偏磨,很容易造成杆柱失稳,摩擦严重,最终导致了抽油杆的断裂。
根据抽油机井出现管杆偏磨的原因和机理,制定出减缓偏磨的综合防治措施和方法:即采用弹性抽油杆抗磨扶正器及多功能自由式抽油杆扶正器对杆柱进行有效的扶正,减少杆柱受压;采用抽油杆旋转装置,使杆柱均匀磨损,延长杆柱寿命;采用油管锚定技术及安装油管旋转装置,防止管柱弯曲,减少油管磨损;采用合理的防偏磨抽油泵及合理工作制度等措施进一步提高防偏磨能力。
现场应用证明,制定的综合防偏磨措施能有效减轻油井偏磨。
1.2.3 杆的疲劳断裂(1)杆的正常疲劳断裂疲劳断裂是在交变应力的作用下发生的断裂现象。
根据APl标准,普通抽油杆的抗疲劳强度必须符合修正的古德曼应力图的要求。
以抽油机冲次6次/min计算,杆的最小疲劳寿命在3.17年左右。
(2)杆的腐蚀疲劳断裂A区130区块基本上都是污水直接回注,抽油杆的工作环境中各种离子越来越多,使得抽油杆有可能发生腐蚀疲劳失效。
腐蚀疲劳断裂的概念是:零件在交变应力和腐蚀介质的联合作用下发生的低应力断裂。
腐蚀疲劳断裂的断口上有腐蚀产物产生,其裂纹为穿晶裂纹。
抽油杆的工作环境比较恶劣,产出水的矿化度较高,尤其是CL一多,使得碳钢的腐蚀速率大幅度提高。
井液呈弱酸性,pH值为6.2~6.8,在此范围内,金属表面不能形成起保护作用的钝化膜,从而加剧了腐蚀;在腐蚀介质的作用下,局部发生化学侵蚀形成腐蚀坑,腐蚀坑内的局部含酸高,pH值可达到3.5左右,这又加剧了腐蚀的进行。
腐蚀坑处产生应力集中,形成腐蚀疲劳裂纹源。
在交变应力的作用下,裂纹不断扩展,导致了抽油杆本体的有效断面减少,最终断裂。
腐蚀疲劳的断裂寿命主要取决于裂纹扩展速度,腐蚀疲劳没有疲劳极限。
2 理论分析2.1理论分析早在1965年前苏联人И·A·奥金格就发明了设计抽油杆的方法,限于当时石油工业水平,该方法完全满足当时直井条件下的抽油杆柱设计。
随着石油钻井技术的飞跃发展,1977年美国石油学会(API)又推荐了修正的古德曼图进行抽油杆强度校核和杆柱设计。
由于两种设计方法使用简便,因而,在国内油田均得到广泛应用。
奥金格方法是根据抽油杆循环应力进行设计,即抽油杆工作时承受着交变负荷。
上冲程时σmax 为拉应力,下冲程时σmin 为则为压应力,因此,在抽油杆内产生了由σmax 到σmin 的非对称循环应力。
奥金格法(即折算应力法)认为,上冲程时抽油杆仅承受液柱载荷,下冲程抽油杆不承受液柱载荷。
无论最大应力怎样变化,这个折算应力值都是不变的。
由于计算中忽略了抽油杆下冲程所受的阻力,包括衬套对柱塞的半干摩擦力和液体通过游动阀的摩擦阻力,并且这些阻力随泵径和泵挂的增大而迅速增大。
此力会对泵上抽油杆产生压应力,造成抽油杆弯曲,因而,大大增加抽油杆的安全性。
根据抽油杆在上、下冲程中的压力变化可知:当抽油杆下行遇阻时,杆柱下部在轴线方向上受压缩,杆柱将发生弯曲。