淺析空心抽油桿斷裂原因
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摘要：空心抽油桿稠油摻稀工藝先進，但是這種工藝存在由于空心抽油桿斷裂引起成本增加的缺陷。針對吐哈油田吐玉克油區(qū)空心抽油桿的使用情況，找出了空心抽油桿的斷裂規(guī)律，總結(jié)了空心抽油桿的斷裂趨勢。并通過分析，研究了空心抽油桿的斷裂機理，提出了關(guān)于在空心抽油桿使用方面的一些建議。
論文關(guān)鍵詞：空心抽油桿,稠油摻稀,斷裂,分析
吐哈深層稠油主要集中在吐玉克油區(qū)，埋深達3000米。該油區(qū)原油具有高密度、高粘度、高凝固點、高非烴含量、中含蠟量“四高一中”的特點。 屬于不易開采的深層稠油油田，被公認為世界級開發(fā)難題。通過空心抽油桿摻稀降粘工藝在該油區(qū)的應用，既破解了世界稠油開發(fā)難題，也填補了中國石油開發(fā)空白。
這項工藝技術(shù)在吐哈油田全面推廣運用后，稠油開采效益非常顯著。但由于空心桿內(nèi)壁接蠟、空心桿斷脫、稠油上返和卡泵等原因造成的修井作業(yè)達到了238井次，其中由于空心桿發(fā)生斷桿事故引起的修井作業(yè)為59井次，斷桿比例達到了50％，嚴重的影響原油上產(chǎn)。
2 斷桿情況統(tǒng)計
吐玉克油區(qū)已使用空心抽油桿118套，累計使用空心抽油桿177井次。由于各種原因已修井作業(yè)238井次，其中空心抽油桿斷裂的原因引起修井作業(yè)的有59井次。針對發(fā)生斷桿事故，我們從不同的角度來統(tǒng)計，以便找出規(guī)律。
2.1 空心桿斷裂部位統(tǒng)計：
2.2、空心桿斷裂規(guī)格統(tǒng)計
2.3 空心桿斷裂井深統(tǒng)計
2.4 小結(jié)
從以上統(tǒng)計結(jié)果可得出：①抽油桿：斷桿部位集中在離端部350mm以內(nèi)（主要是焊縫及熱影響區(qū)處）；②抽油桿柱：斷桿位置集中在500m-1500m之間（主要是φ36空心桿處）。
3 斷裂綜合原因分析
對以上空心抽油桿的斷裂，首先進行廠內(nèi)控制檢驗，隨意抽取空心抽油桿六根，其中兩根焊接后未回火、兩根焊接后回火和兩根已拋丸處理，來進行硬度、拉伸和金相分析。通過試驗數(shù)據(jù)證明廠內(nèi)控制質(zhì)量基本符合標準要求。
結(jié)合廠內(nèi)控制檢驗分析和相關(guān)技術(shù)研究，可以得出影響空心抽油桿斷裂的因素主要有以下幾個方面：
3.1 國內(nèi)厚壁小直徑無縫鋼管冷拔加工技術(shù)水平限制，原材料存在缺陷。
國內(nèi)小直徑無縫鋼管冷拔加工技術(shù)水平?jīng)Q定原材料難免存在微觀缺陷，特別對于厚壁管，探傷存在盲區(qū)，原始微觀缺陷在使用中發(fā)生快速擴展，導致早期疲勞斷裂。如YD204-32井就屬于這種情況。
YD204-32井斷桿情況如下圖：
從這個斷口來看：斷口特征表現(xiàn)出無頸縮、脆性撕裂、斷面呈橢圓形狀等現(xiàn)象。這說明桿體的彎曲疲勞裂紋（鋸齒區(qū)）先從疲勞源開始，逐步向兩邊擴展，當擴展到一定程度的時候，瞬間發(fā)生最后斷桿，所以在瞬時斷裂區(qū)呈撕裂形狀。
3.2 抽油桿桿柱組合設(shè)計不合理
由于桿柱設(shè)計不當,使桿柱實際應力超過其使用極限應力,導致局部桿超載斷裂,或在設(shè)計中加重桿過少,使下部小規(guī)格抽油桿在下行程中承受壓應力,變形后產(chǎn)生彎曲應力而斷裂。如YD204－22、YD4－1井就屬于這種情況，見表1。
表1 YD204－22、YD4－1井的應力范圍比的計算結(jié)果如下表：
井號
日產(chǎn)液（m3/d）
含水（%）
桿柱組合/應力范圍比（%）
42*6.5
36*6.5
36*6
34*5.5
19
YD204-22
9.64
5
287/98
885/86
1028/113
600/85
YD4-1
6.25
50
373/99
405/103
360/95
1162/89
800/76
3.3 油管管柱組合設(shè)計不合理
采用φ89mm+φ73mm組合油管，油管內(nèi)徑為φ76mm+φ62mm組合，抽油桿工作空間小，在下沖程中由于稠油阻力大，致使抽油桿發(fā)生彎曲，應力增大，造成空心抽油桿斷脫或斷裂。如YD204-15、YD204-24及YD204-22井空心抽油桿斷脫屬于這種情況。
原油氣合作開發(fā)公司采用φ89mm+φ73mm組合油管的5口井已全部更換為φ89mm的單一油管，目前沒有發(fā)生斷桿。
3.4 焊接和回火質(zhì)量不能保證，焊縫及熱影響區(qū)成為薄弱環(huán)節(jié)
焊接過程發(fā)生影響質(zhì)量的因素有：
1）焊接平面清洗不干凈，有雜物，導致焊接不完全；
2）焊接平面端面垂直度不符合標準要求，導致焊接傳熱速率不一致；
3）焊接處同軸度偏差，導致焊接處應力集中；
4）對焊縫的熱處理溫度波動大，硬度起伏大，強度存在薄弱環(huán)節(jié)。導致焊縫及熱影響區(qū)成為最易破壞的環(huán)節(jié)。
3.5 運輸和現(xiàn)場操作不當導致抽油桿損傷
1）運輸過程中的碰傷及現(xiàn)場操作的機械損傷導致局部應力集中；
2）抽油桿下井速度過快造成局部彎曲，產(chǎn)生彎曲應力；
3）受地面摻稀管線損壞、摻稀泵氣鎖、摻稀泵排量不均勻等多方面原因影響，導致?lián)较〔徽�，空心桿因稠油上返被強行拉斷。
3.6 其它方面的原因
1）桿頭接箍熱處理不合格，硬度差別大，在焊接過程中翻邊大小差別大，熱量不均勻，造成焊接缺陷。
2）井下井況復雜，腐蝕和超載荷現(xiàn)象也是造成斷桿的原因之一。
4 結(jié)語
空心抽油桿的斷裂不要盲目的追究制造商的責任，由于國內(nèi)焊接技術(shù)水平、焊縫熱影響區(qū)的處理方法和井況復雜等因素，都有可能導致空心抽油桿的斷裂。在預防方面，應多加強工藝管柱中性點位置分析、現(xiàn)場探傷技術(shù)攻關(guān)、現(xiàn)場操作規(guī)范和現(xiàn)場管理。
參考文獻
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