浅谈抽油杆断裂

一、2013年维护作业概况二、断杆原因分析及预防主要汇报内容华北分公司第二采油厂一、2013年维护作业概况2013年维护作业统计表生产运行科采油队年计划已发生完成情况（%）年剩余量一队7290.25100-18.25二队1820.5100-2.5三队7382.75100-9.75合计163193.5100-30.5

2013年全厂累计维护作业井次数为193.5井次，与2012年相比我厂维护作业井次数有所下降；做好躺井原因分析，做到“预防为主，治理为辅”，降低作业井次、降低原油成本；做好躺井原因分析，做到“一井一策”，提高作业质量，避免返修，减少作业占产，保证稳产、增产。华北分公司第二采油厂一、

2013年维护作业概况2013年维护作业原因分类统计表

采油一队采油二队采油三队全厂维护作业90.2520.582.75193.5杆断脱341431.579.5管漏4652677卡泵7.251.518.527.25泵漏失2024清蜡检泵1034由以上图表可以看出，我厂井下维护作业原因主要是杆断脱和管漏失；分析造成杆断脱和管漏失的原因，采取相应的预防措施，对2014年降低作业频次，降低原油成本，拥有重要意义。华北分公司第二采油厂一、2013年维护作业概况二、断杆原因分析及预防主要汇报内容华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防抽油杆断裂机械磨损井斜角狗腿度优化组合避开偏磨摩擦力运动性质不可避免具体分析疲劳破坏材质质量钢级优选质量把关载荷参数合理调整直接控制腐蚀破坏流体性质科学加药减小腐蚀在实际生产过程中，造成抽油杆断脱的这3个主要原因是同时存在又相互影响。为简化分析，下面将从每个方面的单一面分别讨论分析，它们对断杆的影响。华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防1、疲劳破坏根据SY-T5029-2006《抽油杆》标准要求，钢制D级、H级抽油杆的疲劳性能如下表

当冲次分别为2~7n/min时，以最小循环周次计算，抽油杆使用年限见下表（每口抽油井运行天数以360天计算）冲次（n/min）234

567使用周期（年）0.960.640.480.390.320.28根据抽油杆的材质、冲次能够估算出抽油杆理论使用时间范围，根据上表得到最小理论使用周期在半年以上。抽油杆材质、抽油杆质量、载荷变化、抽油杆工作条件等会引起或加剧疲劳破坏，降低了抽油杆的使用寿命，最终导致断裂。

建议：不影响产量前提下，采取间开制度，减少抽油杆疲劳破坏，可延长抽油杆使用周期。D级抽油杆HL，HY型抽油杆σ（Mpa）循环周次σ（Mpa）循环周次406≥106540≥106华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防以HK8A井为例，讨论冲程、冲次、载荷对杆柱所受应力的影响泵径(mm)冲程s

(m)冲次n

(n/min)泵挂L

(m)385.62.51809油管内径

(mm)原油密度

(kg/m3)含水率

(%)钢密度(kg/m3)62850927850抽油杆直径d(mm)截面积fr（cm2）空气中每米抽油杆质量qr（kg/m）6分杆192.852.307分杆223.83.071寸杆253.913.17

华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防

华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防通过上诉方法计算出HK8A井最大、最小应力及最大许用应力，讨论冲程、冲次的变化与悬点极限载荷的关系；产液（t/d）含水（%）泵挂（m）冲程（m）冲次（n/min）油杆组合

（22mm+19mm）15.19921809.0051.007分杆32%+6分杆68%14.75921809.0052.007分杆32%+6分杆68%13.78921809.0053.00

7分杆32%+6分杆68%14.0921809.0054.007分杆32%+6分杆68%16.91921809.0055.007分杆32%+6分杆68%17.50921809.0056.007分杆32%+6分杆68%18.97921809.0057.007分杆32%+6分杆68%18.92921809.0058.007分杆32%+6分杆68%17.93921809.0059.007分杆32%+6分杆68%17.24921809.00510.007分杆32%+6分杆68%随着冲次的增加，油杆的最大应力逐渐增加，最大许用应力缓慢下降，两者有一个交点，该点为临界点，超过此点最大应力大于最大许用应力，抽油杆将发生破坏；华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防产液（t/d）含水（%）泵挂（m）冲程（m）冲次（n/min）油杆组合

（22mm+19mm）15.19921809.0023.507分杆32%+6分杆68%14.75921809.002.53.507分杆32%+6分杆68%13.79921809.0033.507分杆32%+6分杆68%14.00921809.003.53.507分杆32%+6分杆68%16.91921809.0043.507分杆32%+6分杆68%17.53921809.004.53.507分杆32%+6分杆68%18.97921809.0053.507分杆32%+6分杆68%18.92921809.005.53.507分杆32%+6分杆68%17.93921809.0063.507分杆32%+6分杆68%17.24921809.006.53.507分杆32%+6分杆68%16.20921809.0073.507分杆32%+6分杆68%随着冲程的增加，油杆的最大应力逐渐增加，最大许用应力下降，两者有一个交点，该点为临界点，超过此点最大应力大于最大许用应力，抽油杆将发生疲劳破坏；华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防

华北分公司第二采油厂个人认为：单独强调“长冲程、慢冲次”是不合理的。只有我们所选用的“长冲程、慢冲次”使我们的杆柱组合的各级杆的应力范围比相接近时，才能在保证杆柱组合的合性理。下步计划：分析在杆柱组合固定基础上改变工作参数，是否还能满足杆柱设计的等强度原则。三、原因分析及预防

针对管杆偏磨，我厂从造成偏磨的不同原因入手，结合地层现状，做出不同防偏磨措施并取得良好效果。

简化抽油杆受力，从材料力学角度分析杆柱受力状态，找出相应的防受力弯曲措施具有重要意义。序号井号躺井日期泵挂位置偏磨位置调整情况检泵周期延长天数/天1ND322013.5.272460m2460-2437m上提泵挂至2430m1472ND17-32013.4.181846m1000-1200m1000-1200m使用防磨杆1583HK17B2013.3.151922m1300-1425m

1786-1922m1300-1425m使用扶正器

1786-1922m使用内衬管2174D994A2013.4.261774m1650-1750m4次下调至2.8次236偏磨原因井斜超标地层能量不足偏磨段较长偏磨位置靠上内衬管扶正器地层能量充足偏磨段较短偏磨位置靠下上提泵挂加长尾管狗腿度超标地层能量足偏磨段较短偏磨位置靠下上提泵挂加长尾管地层能量不足偏磨位置靠上内衬油管防磨杆工作参数不合理冲次、冲程泵深、泵径调参华北分公司第二采油厂2、机械偏磨二、原因分析及预防FFxFy

如上图，当此处抽油杆与油管接触时则产生偏磨，轴向分力的存在是造成偏磨的力学原因。根据材料力学中压杆稳定中约束的概念，简化抽油杆与柱塞连接如上图，视抽油杆上部为自由端,在运行过程中，抽油杆底段存在压杆失稳弯曲。

下冲程，抽油杆受两个方向的力，一是自身在液体中向下的重力，二是活塞下冲程受到向上的阻力；这两个力的平衡点即中性点。该点上部杆柱呈拉伸状态，该点下部受压而弯曲偏磨。上冲程抽油杆受力下冲程抽油杆受力柱塞G1GF阻柱塞中性点以下杆柱受力华北分公司第二采油厂F阻二、原因分析及预防华北分公司第二采油厂下冲程，直井—中和点以下杆柱失稳受力分析及预防下冲程，斜井—中和点以下杆柱失稳受力分析及预防二、原因分析及预防抽油杆柱底部单根抽油杆压杆失稳弯曲的临界载荷：根据材料力学确定压杆临界载荷的欧拉公式：P=π2EJ/(2L)2其中：E=20.5947×104MPa

J=πd4/64m4

d—抽油杆直径m

L—抽油杆单根长度取8m抽油杆直径（mm）25221916临界载荷(N)160905030加重杆直径（mm）42383228临界载荷(N)21541459708463由上表计算结果可知：抽油杆底部第1根极易发生失稳弯曲。中和点以下抽油杆长度>8m，理论上P值更小，所以泵上第二根到中和点的杆柱比底部第一根抽油杆更易发生受压失稳弯曲。因此在单井管杆描述中除在井斜角、狗腿度突变大的位置偏磨外，中和点以下井段也在偏磨。华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防

泵径D(mm)冲程（m）冲次（n/min）泵挂h（m）配合间隙（mm）泵阀直径（mm）385.62.518090.05619

井口到中性点距离：L1=h泵挂–L=1809-464.8=1344.2m华北分公司第二采油厂以HK8A井为例，讨论中性点与偏磨井段的关系二、原因分析及预防HK8A井连续井斜数据表第150-175根1208-1408.5m本体偏磨严重第174根（1400.48m)节箍偏磨

第140根（1338.26m）油管偏磨严重

(1)2013.11.8拉杆与柱塞连接丝扣断油杆：第150-175根（1208-1408.5m）本体偏磨严重；油管：第138-148根（1317.9-1413.4m）偏磨严重；(2)2014.1.12井口第74根（601.39m）油杆：第171-222（1387.87m-1788.68m）抽油杆本体偏磨较严重，偏磨厚度约3mm-4mm；油管：第141（1350.48m）偏磨厚度约2-3mm；由HK8A井管杆描述看出，断杆位置在井斜数据或狗腿度变化较大点，在中性点以下井段出现偏磨严重。因此，尤其对没有井斜数据的井，计算出中性点位置范围，做好防磨措施是必要的。华北分公司第二采油厂二、原因分析及预防华北分公司第二采油厂在治理偏磨过程中除分析管柱受力状态之外，根据现场起出的管柱偏磨特征，同样可以进一步确认造成偏磨的主导原因，然后采取对应防磨措施。特征分析杆接箍和油管的偏磨井身不直减少管杆间正压力本体与油管的偏磨压杆失稳减少管杆间摩擦系数抽油杆或油管的角度磨损井眼曲率变化大上冲程一边偏磨下冲程另一边偏磨1.保证合理的杆柱组合前提下，减小抽油杆载荷即减小它们在轴向上的分力；2.定期洗井：减小下冲程过程中活塞阻力，可减小压杆弯曲失稳的程度，同时减小管柱载荷，减小因油井含沙量、结蜡