抽油杆防脱安全接头的设计研究

抽油杆防脱安全接头的设计研究
【摘要】抽油杆卡，倒扣解卡费时费力。

容易造成油管、抽油杆的报废。

同时，大大增加环保风险。

抽油杆防脱接头可防止抽油杆倒扣、脱扣引起的质量事故。

增加了倒扣解卡难度。

抽油杆防脱接头转变为抽油杆防脱安全接头使用型的研究、制作。

【关键词】抽油杆脱扣抽油杆卡钻倒扣解卡抽油杆防脱接头抽油杆防脱安全接头
项目背景：
玉门油田是中国石油的摇篮，已经开发了八十多年。

抽油杆脱扣造成油井停产的问题已经使用抽油杆防脱器而解决。

特别是老君庙油田的开发，已经进入三次开采。

油井出砂，结蜡现象越来越严重。

抽油杆脱扣的主要原因：
抽油机工作时，井下抽油杆柱下部受拉力较小。

抽油杆柱上、下运动时，抽油杆柱所受应力方向随杆柱的上下往复运动而交特改变，联接螺纹的接触面也交特改变。

导致抽油杆与接箍处受到倒扣或者紧扣力矩作用。

经过现场调查，越是靠近活塞，处于下部的抽油杆螺纹越容易脱扣。

就是说泵挂深度越浅，发生脱扣的现象越少。

反之，泵挂深度越深的井，发生脱扣的现象越多。

再发生脱扣现象的井中，一般都在活塞以上10根以内的占比大于80%以上。

现场发生脱扣现象最多的一次脱扣发生在活塞以上26根抽油杆处。

将防脱扣接头下在活塞以上10根抽油杆处，脱扣的现象基本消失。

而将防脱接头下在抽油杆中部和距井口三分之一处的井，一旦发生卡钻，只要上提力大于原井抽油杆重量，就可以实现倒扣解卡的目的。

这也说明抽油杆防脱接头在负荷较大时，失去防防脱扣作用。

总的来说，上扣预紧力不足；杆柱组合或生产参数不合理；抽油杆工作特性三个方面的原因造成抽油杆脱扣。

抽油杆防脱扣的方法
1、抽油杆柱入井时，采用较大的旋紧扭矩旋紧抽油杆与接箍连接螺纹。

优点是：不使用辅助工具。

缺点是：大扭矩容易造成抽油杆丝扣损坏，也不便于起抽油杆施工过程中的
操作。

2、抽油杆柱中加入抽油杆防脱扣接头。

优点是：大大降低抽油杆脱扣几率，为保障完井质量提供可靠保障。

缺点是：抽油杆应力点难于确定，只能凭经验下入井内。

一旦发生卡钻现象，难于采用倒扣的方式解卡。

下入抽油杆上部的也发生过防脱接头断裂造成的质量
事故。

抽油杆卡钻的主要原因及解卡方式
（一）卡钻：凡是井下管柱及工具在井内不能上提、下放或转动的现象就叫
卡钻。

抽油杆卡：下入井内的抽油杆因为砂、蜡等原因造成抽油杆不能上提、下放
或转动的现象就叫抽油杆卡。

（二）抽油杆卡钻的主要原因：
砂卡: 在抽油井生产过程中，地层砂随着油流进入井内，进而随油流进入抽
油管内，随着流速的变化，部分砂子逐渐沉淀，从而埋住抽油杆，造成抽油杆卡钻。

蜡卡：原油中的蜡随着原油从井底向井口流动，井筒温度逐渐降低，原油承
受的压力也随着降低。

当温度低于蜡的凝析点时，蜡质便开始沉积，附着在管壁上。

如果清蜡不及时，蜡质就会包裹住抽油杆，阻碍抽油杆的上、下活动或转动，造成蜡卡。

（三）抽油杆解卡方式：
1、活动解卡：在井内抽油杆柱及设备能力允许范围内，通过上提下放反
复活动抽油杆柱，以达到解卡目的。

适用于砂卡、蜡卡、落物卡等所有抽油杆卡钻。

2、倒扣解卡：活动解卡无法解卡时可采用对抽油杆施加反扭矩进行倒扣，
将倒开的抽油杆起出井内。

随后起出倒开段油管。

重复倒扣起钻工序，将被卡管
柱分别起出，以分解卡点力量，达到解卡目的。

适用于各类型的卡钻。

3、反循环洗井解卡：抽油杆被卡后，采用套管注入，油管返出的方式洗井，抽油杆外壁与油管内壁的沉砂被洗井液冲散后，随着洗井液返出地面。

达到解除
抽油杆卡钻的目的。

适用于抽油杆砂卡不严重，套管漏失小的抽油杆卡钻。

4、小排量反循环热洗解卡：利用高温液体热量高的特点，小排量反循环注
入井内，高温液体在井内与油、套管及蜡质进行热交换，当蜡质达到熔点融化后，恢复流动性，随着洗井液返出地面，当蜡质融解返出到一定程度时，阻碍抽油杆
活动的阻力减小。

抽油杆恢复上下活动或者转动的能力，达到解卡的目的。

适用
于蜡卡、地层有吸水的抽油杆卡钻。

5、抽油杆安全接头倒扣解卡：就是在下入抽油杆柱的同时，在泵以
上部位下入安全接头。

抽油杆卡钻后，对抽油杆柱施加扭矩，使得抽油杆自安全
接头处卸开扣，起出安全接头以上抽油杆，随后起泵的解卡方法。

抽油杆防脱器与抽油杆卡钻后解卡之间存在的矛盾：
目前，井下采油管柱中的辅助工具中有防脱扣接头，也有安全接头。

但是这
两种工具配合使用存在相互影响工具正常功能发挥的矛盾。

防脱扣接头能解决杆
柱脱扣的问题。

安全接头能解决卡钻发生后解卡困难的问题。

这两种工具同时入
井后，工具的作用形成一对矛盾，防脱扣接头导致不能正常使用安全接头。

两种
工具只能选择其中一种在井下使用。

目前的井下工具还没有能同时解决既能防脱扣，又可以倒扣解除卡钻的防脱式安全接头。

所以，研究制作一款防脱式安全接头投入使用有很重要的实际意义。

五、设计抽油杆防脱安全接头的思路
首先抽油杆防脱安全接头必须满足日常生产过程中的防脱目的。

在发生抽油
杆卡钻后，通过地面操作，使得防脱功能失效的同时安全接头的功能得以实现。

两者之间的转化必须易于操作，但在不进行转换操作前，只能保障防脱功能。

各配件之间相互配合连接说明：
1.计算依据：活塞所受压强P=K+ρ·g·h。

式中P表示压强，单位：Mpa。

K表示附加压力值，一般取5，单位，Mpa。

ρ表示井内液体的平均密度，单位：g/cm³。

h表示泵挂深度，单位：m。

抽油杆防脱安全接头剪切销钉强度=活塞所受压强P=K+ρ·g·h。

由于承重块与本体之间有六个销钉孔。

根据活塞所受压强平均分布剪切销钉，使剪切销钉总强度大于等于活塞所受强度即可满足抽油杆防脱扣接头的负荷要求。

2.先将扭矩卡子卡在防脱杆正方形部位，使用螺丝固定，防止传递扭矩时扭
矩卡子松动造成防脱杆无法固定导致倒扣失败。

3.将承重环顺轴向装入本体，移动承重环，使得剪切销钉孔与本体剪切销钉
孔重合。

依据计算所需，平均分布安装剪切销钉。

4.将安装好扭矩卡子的防脱杆穿入本体，通过承重环后停止。

将50115推力
轴承自本体上部（细牙、反扣）装入本体内孔，通过防脱杆丝扣端后。

在防脱杆
上部装好螺母及并帽，并拧紧。

5.将上接头旋入本体上部，待销钉孔对准后，穿入1mm剪切销钉。

6.将下接头键槽端朝向本体，中孔穿入防脱杆下部。

使用特制扳手进行上扣
操作，并旋紧丝扣。

然后再防脱杆下部安装并帽（尽可能接近下接头，但要防止
扭矩过大使承重环销钉受到拉力负荷）。

在安装特殊接箍，使得特殊接箍与并帽
之间丝扣旋紧，防止脱扣。

工作状态说明：
1.当完井正常生产时，防脱扣安全接头主要承受活塞以上液柱压强及井口采
油管线内回压。

井口憋压时，承受活塞以上液柱压强及憋压压强。

憋压时井口压力小于K值为宜，以防超压造成剪切销钉切断的现象。

2.正常抽油生产时，防脱扣安全接头杆柱负荷全部作用于上接头剪切销钉上。

推力轴承处承受抽油杆防脱安全接头一下杆柱重力负荷及液柱压力，井口压力等
负荷。

在推力轴承的作用下，杆柱上下运动过程中的正、反转扭矩被推力轴承的
转动抵消，从而达成防脱扣的目的。

3.一旦发现剪切销钉被切断，依然不影响正常采油工作。

但是会造成管柱不
能正转的状态，以防倒开防脱扣安全接头，造成油井不出油后果。

此状态下，井
卡需要倒扣，可直接上提抽油杆负荷后，正转杆柱即可完成倒扣。

4.杆柱卡钻上修时，利用修井设备上提抽油杆，缓慢增加负荷，边上提边观
察指重表。

当拉力上升过程中有突然回落现象时，证明剪切销钉被剪断。

此时可
下放杆柱，使指重表显示负荷大于井内抽油杆负荷10-30KN。

停止下放，利用液
压钳倒扣器对井内杆柱施加井口扭矩。

正转数圈，待指重表负荷下降至正常杆柱
负荷时，收回液压钳，试提。

井下杆柱负荷不在上升或者有上升，单到某一值后
不在上升，可以限速起钻时，证明防脱扣安全接头被倒开，卡钻解除。

截止目前，研发试验阶段已经完成。

相关数据已提交专利局申请专利。