抽油桿常見事故原因分析及防治對策

2023年12月14日發(作者：設計專業有哪些)

斷塊油氣田第9卷第1期　　　　　　　　　　　　　　　FAULT2BLOCKOIL&GASFIELD　　　　　　　　　　　　　　　2002年1月抽油桿常見事故原因分析及防治對策冉箭聲　王海繪　潘為國　王榮軍(中原油田分公司采油一廠)　　摘　要　對抽油桿常見的斷、脫、偏磨、腐蝕、偏磨加腐蝕等事故原因進行了詳細分析,并切合實際提出了防斷、防脫、防偏磨、防腐蝕的防治對策。其防治措施通過在文留油田27口井上的成功應用,經濟效益顯著,其防治措施對實際生產有一定的借鑒作用。關鍵詞　抽油桿　事故原因　防治對策　　文留油田是一個投入開發已20多年的老油田,目前共有生產油井483口,其中抽油機井241口,占生產油井的4919%。20多年的生產開發,使文留油田目前處于“高溫、高礦化度、高含水”及伴生有CO2、H2S氣體和細菌等介質的惡劣環境。抽油機井井溫90～120℃;礦化度30～170g/L;綜合含水7711%;SRB細菌含量10～104個/mL;Cl-含量40～120g/L;油井產出水pH值低,為510～615,呈弱酸性。在如此介質環境下生產的抽油桿一般發生的常見事故有:斷、脫、偏磨、腐蝕、偏磨加腐蝕。據2000年作業統計分析,文留油田全年共發生桿斷43次,桿脫27次,桿偏磨35次,桿腐蝕59次,桿偏磨與腐蝕61次,桿出現問題總數占全年檢泵作業發現問題總數的7613%,其中因桿斷、脫檢泵作業影響產量1634113t,因桿腐蝕嚴重更換抽油桿27396m,其造成的直接經濟損失達2000萬元以上。Ξ1　常見事故原因分析111　斷抽油桿斷的原因絕大部分情況是由于桿的金屬材質存在缺陷,在井筒介質環境下形成了局部的小陽極與大陰極腐蝕電偶,從而造成在斷點處局部坑蝕;再由于桿在生產過程中受拉伸壓縮等復雜交變應力的作用,就容易在桿坑蝕處發生斷裂。當然,由于桿偏磨嚴重造成桿斷的現象也存在[1],但從廣義上講,偏磨也屬于腐蝕范疇內的磨蝕現象,也屬于腐蝕的一種類型。因此,桿斷的原因主要是桿材質問題和由于腐蝕傷害及受力情況綜合作用的結果。112　脫桿脫原因很多,歸納起來有:①抽油桿下井時上扣扭矩不夠;②桿柱組合或生產參數不合理;③桿柱固有的工作特性所致;④抽油桿節箍處存在嚴重的偏磨和腐蝕現象,導致桿在節箍處脫扣。113　偏磨桿發生偏磨的原因也很多,歸納起來有[2]:①井斜;②地層蠕變,如地層出砂、出鹽嚴重等井況因素造成套管變形,使井段出現彎曲,產生“狗腿子”;③多種因素(如井筒結蠟、結鹽較嚴重)使抽油泵柱塞下沖程時阻力增大,導致抽油桿發生彎曲;④原油含水升高,增加了管桿接觸面的摩擦阻力,導致偏磨加重。在彎曲度(狗腿度)較小的地方,油管內壁和抽油桿節箍產生磨擦,油管偏磨面積較大,磨損較輕。而彎曲度越大的地方,不僅油管內壁與抽油桿節箍產生磨擦,油管內壁與抽油桿本體也產生磨擦,油管偏磨面積較小,磨損較嚴重。在抽油桿柱的上部,表現為單面偏磨(見圖1a),偏磨的正壓力較大,上沖程和下沖程均產生摩擦,偏磨嚴重。這種偏磨往往把油管磨穿,是偏磨現象中最常見,也是破壞性最大的一種。在抽油桿柱的中性點以下,為雙面偏磨。上沖程時,由于井斜使抽Ξ收稿日期　2001-06-07第一作者簡介　冉箭聲,1966年生,工程師,1988年畢業于重慶石油學校油田化學專業,1996年畢業于管道職工學院防腐蝕專業,現從事油田化學及防腐蝕方面的工作,地址(457071):河南省濮陽縣,電話:。73

2002年1月　　　　　　　　　　　　　　　斷塊油氣田　　　　　　　　　　　　　　　　第9卷第1期油桿與油管內壁的一側面產生偏磨,下沖程時,由于管內各種阻力與重力的綜合作用,使抽油桿彎曲,并與油管內壁的另一側面產生偏磨,這樣就使被偏磨的節箍斷面呈圖1b和1c所示的形狀,同時使油管桿對應的兩側面磨成深槽,甚至被磨穿。柱組合和生產參數必須嚴格按相關API標準執行,認真優化桿柱組合和生產參數,決不能隨意人為操作,避免無功而為;③增強桿的抗拉強度、抗疲勞強度等性能強度,從而盡量降低桿柱固有工作特性造成的桿脫;④通過桿上裝尼龍扶正器,油井加緩蝕劑等方法解決桿偏磨腐蝕嚴重的問題造成的桿脫。212　防偏磨抽油桿偏磨這一常見問題,通過大量的實踐和研究,目前已經有了較為成熟的防治辦法。21211　桿上加裝尼龍扶正器　　a　單面偏磨　　　　b　雙面偏磨　　c　兩側面偏磨圖1　抽油桿接箍斷面偏磨示意圖114　腐蝕腐蝕是一種廣泛存在的電化學反應現象。在有桿泵的原油生產中,抽油桿在生產過程中起著舉足輕重的作用,抽油桿一旦出現問題,油井的正常生產將無法進行。而抽油桿所處的介質環境決定了它受腐蝕傷害的嚴重程度。文留油田的抽油井介質環境屬于“高溫、高礦化度、高含水”及伴生有CO2、H2S氣體和細菌等腐蝕介質的惡劣環境。因此,腐蝕產生甚至相當嚴重就是十分必然的事情。據2000年作業檢泵統計,桿發生較嚴重腐蝕的井,占檢泵作業中發現問題總數的4017%,全年因桿腐蝕嚴重換桿27396m,造成的直接經濟損失達50萬元以上。由于抽油機井所處的惡劣介質環境“,高溫、高礦化度、高含水”都對腐蝕反應速率起著催化促進作用,Cl含量高,提供了抽油桿形成坑蝕的條件和機會。因此,容易在桿表面形成大陰極—小陽極的面積比結構,形成閉塞電池,逐漸“深挖”,最后將桿蝕斷。115　偏磨加腐蝕-扶正器類型較為理想的有:KZX防磨扶正器,KBV固定式扶正器,扶正節箍等。KZX防磨扶正器以絲扣連接在抽油桿上,拆裝方便,扶正體是高強度耐磨塑料,能減少油管的磨損。另外,利用直鋸齒和螺旋槽使扶正體旋轉而均勻磨損,以達到使用壽命長久的目的。該扶正器適用于斜井和偏磨嚴重的井。具有結構簡單,使用方便,壽命長,成本低的特點。KBV固定式扶正器直接在抽油桿體上注塑。其主要特點是抽油桿體扶正的防偏磨。在彎曲度大的井段,對產生抽油桿偏磨的扶正有明顯效果。但是在抽油桿的上部或偏磨嚴重的井段,使用壽命較短,有效期短。扶正節箍是在抽油桿節箍上增加了扶正防偏磨尼龍體。其主要特點是拆裝方便,扶正效果好,適用于抽油桿柱下部因壓縮彎曲的防偏磨;而在中性點上部,使用壽命較短。21212　旋轉井口裝置該裝置設計是通過地面人力轉動來改變油管與抽油桿的偏磨面,使磨損面均勻分布,從而達到延長管桿使用壽命的目的。21213　合理調整生產參數采取長沖程,低沖次;增加泵下尾管的長度,減少油管彎曲,一般尾管長度不低于200m;在抽油桿底部加加重桿,使抽油桿柱的中性點下移,減少抽油桿的彎曲。改變抽油桿柱上節箍的位置,來改變偏磨位置的措施。213　防腐蝕21311　油井“少量多次”加緩蝕劑加緩蝕劑是解決油井管桿腐蝕的一種常用、有效的方法。其原理通過緩蝕劑加入產出介質中,與金屬本體形成一種致密保護膜,使金屬本體桿的偏磨和腐蝕并不是簡單的疊加,而是相互作用,相互促進。管桿偏磨,使管桿偏磨表面產生熱能,從而使管桿表面鐵分子活化,而產出液具有強腐蝕性,使偏磨處優先被腐蝕。由于腐蝕,使管桿偏磨表面更粗糙,從而磨損更嚴重。2　防治對策211　防脫從上述造成桿脫的4個方面的原因分析可知,要防治桿脫,主要應針對這4個方面對癥下藥進行防治:①必須保證作業時桿下井前上扣扭矩上緊上滿,不能因人為的原因造成桿脫隱患;②桿74

第9卷第1期　　　　　　　　　　　　冉箭聲等1抽油桿常見事故原因分析及防治對策　　　　　　　　　　　　2002年1月與腐蝕介質隔離開來,以達到保護金屬,防止腐蝕的目的。“少量多次”加藥劑工藝技術是在確定出腐蝕油井每月合理的加藥量前提下,通過縮短加藥周期,提高防腐效果的目的進行的探索。經過11口井的現場實踐證明,防腐效果明顯,并且對防偏磨還有一定效果。原因分析認為可能是緩蝕劑連續在油管內形成的保護膜,起到潤滑作用,減少了管桿的磨損。21312　井口連續加藥井口連續加藥是針對一些偏遠井管理難度大,而又沒有套管氣,腐蝕情況較為嚴重所采取的一項防治措施。根據該井的產液量,含水、加藥濃度,進一步結合理論研究和加藥經驗確定出加藥量,然后一次性將藥液裝入井口連續加藥裝置,定量連續加入井內,以起到防腐作用。21313　油管內預膜防腐措施離子向陽極遷移,起到傳遞電荷的作用。如在鹽溶液中,鋅(鋁)和鐵之間存在電位差,當用導線接通后,電子沿著導線流向鐵,鋅(鋁)是陽極被腐蝕,而鐵是陰極卻被保護。215　防斷從桿斷的原因分析可知,桿斷主要是桿材質、腐蝕和交變應力頻繁作用的結果。因此,防治桿斷須從3個方面著手:增強桿的抗拉強度、抗疲勞強度等性能,引進先進的檢測系統,杜絕不合格桿下井;解決好桿的防腐蝕問題;杜絕人為因素造成的桿下井前在地面的損傷。3　經濟效益分析針對文留油田存在嚴重偏磨、腐蝕等問題的27口井,應用了犧牲陽極扶正抽油桿短節和按時按量加緩蝕劑相結合等治理措施,見到了明顯的治理效果。使這27口過去因桿斷、脫、偏磨、腐蝕頻繁發生事故的井,在過去原檢泵周期的基礎上平均延長了65d,在檢泵周期的延長期內,平均單井增油14716t,扣除單井平均投入費用2152萬元,平均單井凈創效益15187萬元,27口井合計凈創效益428152萬元,經濟效益顯著。作業施工時,下泵后在油管內加入一定量的緩蝕劑,使之在油管內表面和抽油桿表面形成較厚的保護膜以達到預防腐蝕的目的。21314　防腐桿的應用對一些腐蝕較嚴重的抽油井,在加藥防腐的同時應用防腐桿。防腐桿就是在抽油桿表面涂敷有一種特殊防腐涂料的抽油桿。通過現場38口井的應用,防腐效果明顯。214　防偏磨、防腐蝕為了同時解決存在偏磨、腐蝕的抽油桿,經過研究在抽油桿節箍處有意識的加長,然后在節箍加長空間處裝填鋅鋁合金犧牲陽極塊。利用扶正器解決桿的偏磨問題,利用鋅鋁合金犧牲陽極塊解決桿的腐蝕問題。鋅鋁合金犧牲陽極塊的防腐機理是:當2種電位不同的金屬浸在電解液中時(油井中就是產出液),它們之間通常存在著電位差,如果它們相互接觸或用導線接通,那么電位差就驅動電子由電位較低的金屬流向電位較高的金屬。同時在金屬表面發生以氧化為主的反應,該電極為陽極,而電位較高的金屬表面發生的是以還原為主的反應,該電極為陰極。在電解液中,離子在電場作用下發生遷移,正離子向陰極遷移,負4　結束語有桿泵生產是目前采油生產的主要方式之一,因此,重視抽油桿常見事故的原因分析和對癥防治至關重要,應該引起相關技術人員的注意。a)加強質量管理,引進應用JFX-1抽油桿超聲波自動檢測系統,杜絕不合格桿下井。b)提高作業質量,杜絕人為因素造成事故。c)嚴格按API標準認真優化桿柱組合和確定生產參數。d)應用防偏磨、防腐蝕新技術、新工藝,以小投入帶來高效益。參考文獻1　魏寶明1金屬腐蝕理論及應用1北京:化學工業出版社,19842　劉一江1中原油田采油新技術文集1北京:石油工業出版社,2000(編輯　滕春鳴)75

Vol.9　No.1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ABSTRACT　　　　　　　　　　　　　　　　　　　),LeiFangying,andYueYuhongetal.,Fault2WellCementingofFoamCementSlurryUdinTuhaOilfieldTianHong(JianghanPetroleumInstitute,HubeiBlockOil&GasField,2002,9(1):66～69ThelowerE2oirinthenorthofPuchengOilfieldisasrervtofmulti2layerrervoir,whichdevelops8tsofsandstoneformation,37oil2bearinglayersinlongitudinal,whichreprentstrongheterogeneityofproperty,g2periodwaterinjectiondevelopmentresultnearwellborezoneblocking,foulingandcontamination,flowdamageandlowspeeddeep2atedacidificationtechnologyudinlectedwaterwells,inwhichinjectedwaterfallingorinjectedpressureboostintheproductionareaofwellpatternandinjection2productionsystem,chnologycanattainalongeravailableperiodofdepressurizationandincreasinginjection,whichisoneofthemajormeasuretoimprovethestatusoftheheterogeneousoil2ProductionEngineeringInjectedStandardDeterminingandFormationDamageDiagnosingSoftwareSystemLiuEnxin(RearchInsitituteofOilProductionTechnology,.,SINOPEC,ANewMethodforCalculatingPermissibleValueofFracturePressureinFormationDuringClosingWellsWangXianglei(TheNo.2WellDrillingCompany,ZhongyuanPetroleumExplorationBureau,SINOPEC,ds:Lowdamage,Acidification,Depressurization,Increasinginjection,PuchengOilfield.434102,),Fault2BlockOil&GasField,2002,9(1):58～61Anewkindoffoamcementslurryisformedbyreactionofreducingagentincementslurry,whichhaspropertiesoffineandhomogemeousfoam,stableconstruction,lowdensityandpermeability,beenudinTuhaOilfield,theresultshowsthefoamcementslurryishigheffectivetosolvethewellcementingproblems,lowpressure,easilyleakzone,ds:Foamcementslurry,Wellcementing,Additive,ng257000,China),RenZhanchun,andChenLixiaetal.,Fault2BlockOil&GasField,2002,9(1):62～65Rervoirprotectiontechnologyisasystematicengineeringinvolvingmanycours,ldanalysisandcomparearies“ProductionEngineeringInjectedStandardDeterminingAndFormationDamageDiagnosingSoftwareSystem”canhelpusanalysisanddiagnoconveniently,quicklyandscientifically,perdescribesthemainmodleofthesystemds:OilProductionengineeringinjectedfluid,Formationdamage,Expertsystem,Modle,Application,ThirddistrictofGudong.457001,Henan,),LiQingshengandLiQingyun,etal.,Fault2BlockOil&GasField,2002,9(1):70～72Axistingdisadvantagesinmanycalculatingmethodsudindrillingsystemtocalculateavailablevalueofformationbreakdownpressureduringshutting2inwells,ntheU2tubeprinciple,equationofpressureequilibriumandequationofgasstate,pplicationshowsthatthenewmethodishigheraccuracy,simpleandeasytobeud,awiderscopetobeapplied,andds:Formationbreakdownpressure,StandpipeApplicationofLowDamageandLowSpeedDeepSeatedAcidificationintheLowerEs2RervoirintheNorthofPuchengOilfieldWangJiayin(TheNo.2OilProductionDivision,ZhongyuanOilfieldCompany,SINOPEC,Henan457001,reduringclosingwell,Casingpressureduringclosingwell,Pressurecalculation,AccidentsAnalysisforSuckerRodandIt’sPreventiveTreatmentStrategiesⅤ