穆菲（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

抽油桿在生產(chǎn)過程中傳遞動力時，位置會發(fā)生變化，抽油桿的負(fù)荷也會隨之發(fā)生變化。上下沖程中抽油桿受力差別大，導(dǎo)致抽油桿在交變載荷的作用下進(jìn)行周期性的往復(fù)運動。在運動過程中，受到液柱載荷、慣性力、抽油桿所承受的重力、抽油桿彈性而引起的振動力，當(dāng)受力不均時易導(dǎo)致抽油機(jī)井桿斷。

1 聚驅(qū)抽油機(jī)井抽油桿桿體斷原因分析

1.1 載荷對抽油桿的影響

1.1.1 抽油機(jī)井載荷運行情況分析

首先對2014年6月全礦開井抽油機(jī)井的載荷運行情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，對比理論載荷與實際載荷的運行差值（表1）。

表1 第五油礦2014年6月載荷運行情況統(tǒng)計

通過對比分析，全礦開井抽油機(jī)井的實際平均交變載荷與理論平均交變載荷相比超出12.73 kN，其中水驅(qū)平均超出9.94 kN；聚驅(qū)平均超出16.79 kN。

其次對2014年上半年抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井作業(yè)前的正常載荷運行情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，對比理論載荷與實際載荷的運行差值（表2）。

表2 第五油礦2014年上半年桿斷作業(yè)井載荷運行情況統(tǒng)計

通過對比分析，抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井的實際平均交變載荷與理論平均交變載荷相比超出25.74 kN，其中水驅(qū)平均超出16.25 kN；聚驅(qū)平均超出30.99 kN。

同時對比抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井與正常運行井的載荷變化情況，實際平均交變載荷超出18.32 kN，其中水驅(qū)平均超出10.76 kN；聚驅(qū)平均超出15.99 kN。可見，載荷大是導(dǎo)致抽油機(jī)井桿斷作業(yè)的一個重要因素。

1.1.2 抽油機(jī)井交變載荷分級統(tǒng)計分析

首先對2014年6月全礦開井抽油機(jī)井的交變載荷運行情況進(jìn)行分級統(tǒng)計（表3）。

表3 第五油礦2014年6月交變載荷運行情況分級統(tǒng)計

通過對比分析，全礦開井抽油機(jī)井的實際平均交變載荷在50 kN 以上井139 口，占總井?dāng)?shù)的15.4%；其中水驅(qū)15 口，聚驅(qū)124 口。

其次對2014年上半年抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井作業(yè)前的正常載荷運行情況進(jìn)行分級統(tǒng)計（表4）。

表4 第五油礦2014年上半年抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井交變載荷運行情況分級統(tǒng)計

通過對比分析，抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井中平均交變載荷在50 kN 以上作業(yè)井114 井次，占抽油機(jī)井桿斷作業(yè)總井?dāng)?shù)的57.29%。說明交變載荷在50 kN以上時，抽油機(jī)井桿斷的概率較大。可以推測，現(xiàn)運行交變載荷在50 kN 以上的139 口抽油機(jī)井有桿斷作業(yè)的可能性。

1.1.3 抽油桿實際應(yīng)用強度分析

為了驗證目前在用抽油桿的強度是否達(dá)到實際需求，在杏一～三區(qū)西部Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ塊有過桿斷歷史的油井應(yīng)用瑪爾卡維茨公式，計算出抽油機(jī)井桿斷前正常時的抽油桿相當(dāng)應(yīng)力，與許用相當(dāng)應(yīng)力對比。

得瑪爾卡維茨公式：

式中：

Pmin——最小載荷，kN；

Pmax——最大載荷，kN；

σmin——最小循環(huán)應(yīng)力，MPa；

σmax——最大循環(huán)應(yīng)力，MPa；

σα——應(yīng)力幅，MPa；

σm——平均應(yīng)力，MPa；

f ——抽油桿截面積，m2；

σ′——相當(dāng)應(yīng)力，MPa。

對2014年上半年全礦抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井抽油桿的相當(dāng)應(yīng)力進(jìn)行計算，分級統(tǒng)計相當(dāng)應(yīng)力的變化范圍，分析抽油機(jī)井桿斷井的井下抽油桿使用情況（表5）。

由表5 可以看出，2014年上半年抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井中，抽油桿相當(dāng)應(yīng)力超過許用相當(dāng)應(yīng)力（90 MPa）作業(yè)井101 井次，占桿斷作業(yè)總井?dāng)?shù)的50.75%。其中水驅(qū)10 井次，占水驅(qū)桿斷作業(yè)總井?dāng)?shù)的14.08%；聚驅(qū)91 井次，占聚驅(qū)桿斷作業(yè)總井?dāng)?shù)的71.09%。說明聚驅(qū)抽油機(jī)井井下抽油桿超出自身許用相當(dāng)應(yīng)力是導(dǎo)致抽油機(jī)井桿斷作業(yè)的一個因素。

表5 第五油礦2014年上半年抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井抽油桿相當(dāng)應(yīng)力運行情況統(tǒng)計

1.2 沖速對抽油桿的影響

1.2.1 沖速與抽油桿運行時間的關(guān)系

對2014年上半年聚驅(qū)128 井次抽油機(jī)井桿斷作業(yè)井的沖速與抽油桿運行時間進(jìn)行對比，分析抽油機(jī)井桿斷井兩者之間的關(guān)系（圖1）。

圖1 聚驅(qū)抽油機(jī)井桿斷井沖速與桿服役時間的關(guān)系

通過曲線可以看出，沖速越大，抽油桿運行時間越短。分析原因為沖速越大，慣性載荷越大，同時桿柱隨交變載荷的增加震動頻率加大，從而增加了抽油桿疲勞斷裂的機(jī)會。通過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，沖速每增加1 min-1，抽油桿的壽命降低4 個月。

1.2.2 沖速對慣性載荷的影響

抽油機(jī)運轉(zhuǎn)時，懸點所承受的載荷包括動載荷、靜載荷及其他載荷。動載荷包括慣性載荷、振動載荷及摩擦載荷。靜載荷是由液柱重和桿柱重所產(chǎn)生的。其他載荷是由沉沒壓力及井口回壓造成的。當(dāng)驢頭帶抽油桿和液柱做變速運動，因而產(chǎn)生抽油桿和液柱的慣性力。如果忽略抽油桿和液柱的的彈性影響，則可以認(rèn)為抽油桿和液柱的各點與抽油機(jī)懸點運動完全一致，產(chǎn)生的慣性力除與抽油桿和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與懸點加速度的大小成正比。

假設(shè)油井目前沖程為2.5 m，沖速5 min-1，由理論排量計算公式可知，在調(diào)整抽油機(jī)井抽汲參數(shù)時，沖程由2.5 m 調(diào)至3 m 與將沖速由5 min-1調(diào)至6 min-1的理排變化是相同的，但調(diào)整沖程使慣性載荷增加20%，調(diào)整沖速使慣性載荷增加44%。在泵深為1000 m，桿徑19 mm，管徑62 mm 的條件下，計算不同沖程沖速下懸點最大慣性載荷如表6。

表6 不同沖程、沖速最大慣性載荷統(tǒng)計

從表中可以看出，最大慣性載荷隨沖速的增加而增大；說明沖速越大，運行載荷越大，對抽油桿的疲勞損傷越大。同時可以說明聚驅(qū)油井參數(shù)大是導(dǎo)致抽油桿斷作業(yè)的一個因素。故針對供液嚴(yán)重不足并且頻繁作業(yè)井應(yīng)及時調(diào)小參數(shù)。

1.3 回油壓力對抽油桿的影響

第五油礦聚驅(qū)抽油機(jī)井的平均回油壓力均高于水驅(qū)油井的平均回油壓力，利用壓強公式P=F/S計算聚驅(qū)與水驅(qū)抽油機(jī)井井下抽油桿拉力的差距，從而判斷回油壓力對聚驅(qū)與水驅(qū)抽油機(jī)井井下的工具的作用情況（表7）。

表7 水驅(qū)與聚驅(qū)抽油機(jī)井抽油桿拉力對比統(tǒng)計

通過對比水驅(qū)、聚驅(qū)不同泵徑下的抽油機(jī)井的平均回油壓力差值，計算出井下抽油桿拉力的差值?？梢钥闯觯垓?qū)抽油機(jī)井比水驅(qū)抽油機(jī)井的井下抽油桿拉力平均高出0.74 kN，說明平均回油壓力高是導(dǎo)致聚驅(qū)抽油機(jī)井桿斷次數(shù)較水驅(qū)抽油機(jī)井桿斷次數(shù)多的一個因素。

1.4 見聚濃度對抽油桿的影響

通過對比杏一～三區(qū)西部Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ塊與杏四區(qū)西部相同注聚時期的見聚濃度，分析見聚濃度與上升速度變化情況。具體情況如圖2。

圖2 杏一～三區(qū)西部Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ塊與杏四區(qū)西部見聚濃度對比曲線

西部Ⅱ塊投產(chǎn)至今平均見聚濃度為260.2 mg/L，最高時達(dá)到469.2 mg/L；西部Ⅰ塊投產(chǎn)至今平均見聚濃度為342.5 mg/L，最高時達(dá)到825.5 mg/L；西部Ⅲ塊投產(chǎn)至今平均見聚濃度為365.8 mg/L，最高時達(dá)到696.1 mg/L；杏四西投產(chǎn)至今平均見聚濃度為255.5 mg/L，最高時達(dá)到432.9 mg/L。

隨著杏一～三區(qū)西部Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ塊見效，見聚濃度及上升速度遠(yuǎn)高于杏四西同期。同時杏四西井距200 m，而杏一～三區(qū)井距只有125 m。

若采出液黏度越高，則液柱與抽油桿之間的摩擦力會增加。由于杏一～三區(qū)西部Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ塊注入高深度聚合物，液體黏度增加，使液柱與抽油桿之間的摩擦力增大。結(jié)果造成增加抽油桿的疲勞程度，從而降低了抽油桿的使用壽命，增加了抽油機(jī)井桿斷的概率。

2 聚驅(qū)抽油機(jī)井桿斷治理對策

2.1 調(diào)整參數(shù)降低油井載荷[1]

2014年上半年，為治理大參數(shù)、高載荷頻繁作業(yè)及高載荷嚴(yán)重供液不足的抽油機(jī)井，共計對此類抽油機(jī)井實施調(diào)小參數(shù)152 井次（表8）。

表8 第五油礦2014年上半年抽油機(jī)井調(diào)小參效果統(tǒng)計

抽油機(jī)井調(diào)小參數(shù)后平均交變載荷下降12.65 kN，其中水驅(qū)單井平均下降6.25 kN；聚驅(qū)單井平均下降16.26 kN。

2.2 治理高載荷機(jī)采井

為解決因道路問題無法熱洗的高載荷及高回壓機(jī)采井，積極通過鋪設(shè)加長油管的方式完成對高回壓及高載荷機(jī)采井的治理工作（表9）。

表9 第五油礦2014年上半年鋪設(shè)加長油管熱洗效果統(tǒng)計

2014年上半年共計實施12 口井，其中高壓熱洗7 口井，平均交變載荷下降7.64 kN；沖干線5 口井，治理后平均回壓下降1.5 MPa。

2.3 集中治理蠟影響井

為解決熱洗不及時或熱洗效果差的井，第五油礦通過單井節(jié)點分析，找出高載荷運行原因，實施蠟影響井集中治理（表10）。

表10 第五油礦2014年上半年蠟影響井治理前后載荷變化統(tǒng)計

2014年上半年共計集中治理蠟影響井99 口，其中高壓熱洗50 口井；常規(guī)熱洗49 口井。治理后交變載荷平均下降5.6 kN。

3 節(jié)能效果

通過分析沖速與載荷的關(guān)系，同時結(jié)合交變載荷與慣性載荷的影響因素，總結(jié)出治理抽油機(jī)井蠟影響程度，可減少高負(fù)荷運行井。治理后，年均可減少高負(fù)荷運行井80 口，平均單井每天可節(jié)省耗電量10 kWh。經(jīng)此推算，年均可節(jié)省用電量29.2×104kWh。按照0.5 kWh/元計算，年均可節(jié)省用電費用14.6 萬元。年均可減少檢泵作業(yè)120 口井，年均可節(jié)省勞務(wù)費240 萬元。

4 結(jié)論

1）對于交變載荷在50 kN 以上及相當(dāng)應(yīng)力在90 MPa 以上的抽油機(jī)井應(yīng)及時通過洗井或調(diào)小參數(shù)處理，以防因抽油桿疲勞生產(chǎn)造成的抽油機(jī)井桿斷。

2）在調(diào)整抽汲參數(shù)時，可調(diào)的井應(yīng)優(yōu)先調(diào)整沖程，沖程調(diào)至最大后再調(diào)整沖速，對于參數(shù)大、嚴(yán)重供液不足抽油機(jī)井及時調(diào)整參數(shù)，防止因參數(shù)過高降低抽油桿使用壽命而造成的抽油機(jī)井桿斷。

3）嚴(yán)格控制聚驅(qū)冷輸井回油壓力，防止因回油壓力高而增加井下抽油桿的拉力，增大抽油桿的疲勞程度。

4）對于見聚濃度高的采出井實施調(diào)小參數(shù)。

[1]丁建國,李學(xué)豐.抽汲參數(shù)調(diào)整對油井檢泵率的影響[J].油氣田地面工程,2003(8):9-11.