外包覆防腐抽油杆使用效果分析

秦乐胜，李营波，王立火，陈清峰，赵海滨

中国石化胜利油田分公司东辛采油厂（山东东营257000）



外包覆防腐抽油杆使用效果分析

秦乐胜，李营波，王立火，陈清峰，赵海滨

中国石化胜利油田分公司东辛采油厂（山东东营257000）

摘要作为一种新型的防腐蚀、抗偏磨产品，外包覆抽油杆在有杆抽中的使用越来越受到重视。外包覆抽油杆主要由杆体、杆头防腐层和杆体防腐层三部分组成。通过对88口井外包覆抽使用情况统计分析可知，64.5%外包覆抽油杆的使用时间达到了常规抽油杆的2倍以上，有的达到了常规抽油杆使用周期的7倍，取得了良好的使用效果；6.5%的外包覆抽油杆存在不同的质量问题，造成使用时间较短，经改进后取得了理想的使用效果。

关键词外包覆抽油杆；防腐蚀；使用效果

AbstractAs a new type of anti-corrosion and anti-eccentric-wearing product, the use of the oil pumping rod with external anticorro⁃sion layer in sucker rod pumping system is paid more and more attention. The oil pumping rod with external anticorrosion layer mainly consists of three parts, the sucker rod, the anti-corrosion layer of sucker rod and the anti-corrosion layer of rod head. Its use in 88 wells shows that, the use time of 64.5% of the anti-corrosion sucker rod is 2 times higher than that of the conventional sucker rod, and the use time of some of them has reached 7 times of the use period of the normal sucker rod. 6.5% of the anti-corrosion oil pumping rod has dif⁃ferent quality problems, which results in a short use time, and after improvement a more ideal use effect has been achieved.

Key wordsoil pumping rod with external anticorrosion layer；anticorrosion; use effect

随着油田的持续开发，采出液含水率上升，抽油泵不断加深，井身轨迹更加复杂等因素使抽油杆和油管腐蚀、偏磨愈加严重，有杆抽油系统的生产周期缩短、维护工作频繁。各科研院所、油田企业、装备制造企业都在积极地寻找解决办法。近年来，油管通过加装高分子聚乙烯内衬层或喷涂内涂层[1]，基本解决了腐蚀和偏磨的问题，且使用寿命明显延长。抽油杆的腐蚀、偏磨问题凸显出来，各类防腐蚀、抗偏磨的产品也在不断试验改进中，其中外包覆抽油杆的使用越来越受到重视。笔者对近4年外包覆抽油杆的使用情况进行了统计，分析了使用效果，并逐项分析了现在使用的外包覆抽油杆的不足，为进一步提高外包覆抽油杆质量提出了改进建议。

1　外包覆抽油杆结构介绍

外包覆抽油杆主要由三部分组成，即杆体、杆头防腐层和杆体防腐层，如图1所示。外包覆抽油杆杆体是常规使用的钢制抽油杆,其几何尺寸、机械性能以及检测方法必须满足SY/T 5029-2013《抽油杆》的要求[2]，使用的材料应满足GB/T 26075-2010《抽油杆用圆钢》的要求[3]；杆头防腐层为人工涂覆在杆头并延伸至杆体的一层树脂材料；杆体防腐层为注塑或包裹在杆体上的一层高分子聚乙烯材料。所谓注塑，即将高分子聚乙烯材料直接挤注在杆体上，而包裹是将已经成型的高分子聚乙烯管紧密套在杆体上。杆体防腐层应包覆住部分杆头防腐层并紧密结合，以防井液渗入造成腐蚀。

图1 外包覆防腐抽油杆结构图

2　外包覆抽油杆使用情况分析

2011年至2015年1月31日，东辛采油厂选取因使用常规抽油杆而腐蚀、偏磨造成生产周期不超过180天的88口井，改用外包覆抽油杆，总计使用11.313 1×104m，其中目前仍在服役的还有57口井68 494m，其余31口井44 637m已经回收。分年限投入及使用情况如表1所示。

由表1可以看出，2011年开始对外包覆抽油杆进行少量试验，发现问题不断改进，逐年加大了用量，使用效果也逐渐显现出来。

表1 外包覆防腐抽油杆使用情况

3　外包覆抽油杆使用效果分析

统计已回收的31口井外包覆抽油杆使用时间，并进行分类，各使用时间档的井数及所占比例如表2所示。

从已回收的31口井外包覆抽油杆的使用时间来看，使用时间超过1年的达到58.1%，使用时间不足半年的占12.9%，与未使用外包覆抽油杆时相比，生产周期都有不同程度的延长。

根据31口井外包覆抽油杆的使用时间是使用前生产周期的倍数进行分类，其倍数、井数及所占比例如表3所示。

表3 外包覆抽油杆是常规抽油杆倍数的统计情况

结合仍然在使用的外包覆抽油杆使用时间进行分析，外包覆抽油杆的正常使用时间低于常规抽油杆的只有2口井，占6.4%，应属于产品本身质量问题；外包覆抽油杆的正常使用时间是常规抽油杆1倍以上不足2倍的有9口井，占29.1%，这两项合计占35.5%；有64.5%的外包覆抽油杆的使用时间达到了使用前生产周期的2倍以上，有的甚至达到了使用前生产周期的7倍。这说明使用外包覆抽油杆取得了较为理想的效果，但使用过程中暴露出的问题，也应引起注意，并且不断改进。

4　外包覆抽油杆存在的主要问题

4.1外包覆层脱落、开裂

由于基体抽油杆和外包覆层材料弹性变形和热变形的差异较大，导致使用过程中基体和外包覆层分离、脱落或开裂，如图2所示。更为严重脱落的外包覆层碎屑落入抽油泵内，使游动阀或固定阀无法关闭，造成倒井。图2(a)中，外包覆抽油杆杆体防腐层开裂并伸长到镦头部位；图2(b)是一截开裂的杆体防腐层，脱落在油管内。杆体防腐层包裹在抽油杆基体上的外包覆抽油杆发生包覆层脱落或开裂的情况较多，杆体防腐层注塑在抽油杆基体上的外包覆抽油杆发生此类情况较少。4.2外包覆抽油杆基体抽油杆机械性能差

图2 外包覆层伸长脱落或开裂

在使用的外包覆抽油杆中，有的供应商提供的外包覆抽油杆还不如常规抽油杆的生产周期长，其杆头防腐层和杆体防腐层并没有破损，基体抽油杆未发生腐蚀，却出现了如图3所示的疲劳断裂现象。为此，截取未使用的该批外包覆抽油杆，施加406MPa载荷比0.1的拉—拉载荷，进行疲劳强度试验，只拉了0.17×106次即疲劳断裂，远小于标准规定的1×106次不断裂的要求[3]。分析认为，该批外包覆抽油杆的基体抽油杆机械性能差，未达到标准要求，是出现这一情况的根本原因。由于只强调了外包覆抽油杆的抗腐蚀和抗偏磨能力，忽视了对钢制基体抽油杆机械性能的检验，致使不满足标准要求的钢制基体抽油杆被用来制作成外包覆抽油杆下井使用，并造成短时间内倒井。4.3外包覆抽油杆扳手方处腐蚀

图3 外包覆抽油杆疲劳断裂

外包覆抽油杆的杆头处是由人工涂覆的树脂材料。在使用液压钳或管钳连接抽油杆时，钳牙会咬破涂覆层，该处的钢制抽油杆基体严重腐蚀，如图4所示。目前这种情况比较普遍。4.4外包覆抽油杆包覆层端部断裂

图4 扳手方处腐蚀

外包覆层包覆不严密，在包覆层与涂层材料的交接处容易进入井液；或在注塑、包覆杆体防腐层时，因机械损伤破坏了结合处的杆头防腐层，使此处的钢制基体裸露，在井液中形成小阳极，加速了该处的腐蚀，造成该处基体抽油杆直径迅速减小，应力增大，而最终发生腐蚀疲劳断裂[4]，如图5所示。目前使用的外包覆抽油杆早期失效，大多数是由此种原因造成的。4.5外包覆抽油杆无法修复

图5 外包覆抽油杆包覆层端部腐蚀断裂

由于外包覆抽油杆存在上述问题，一般使用300天以上因抽油杆断裂倒井后，为防止短时间内发生二次抽油杆断裂倒井，这些外包覆抽油杆一般不再继续使用[5]。目前没有修复外包覆抽油杆的手段，尽管杆体还比较好，也作为报废抽油杆被回收处理，造成了较大的浪费。

5　外包覆抽油杆的改进措施及效果

外包覆抽油杆作为一种新产品，在使用过程中暴露出了上述质量问题，使6.4%外包覆抽油杆的使用周期低于常规抽油杆，使29.1%外包覆抽油杆的使用周期达不到常规抽油杆的2倍以上。因此，经深入分析研究，采取了以下改进措施。

1）基体抽油杆是整个抽油杆柱的骨架，其性能直接影响着外包覆抽油杆的使用寿命。因此，制作外包覆抽油杆必须按照标准严格选择基体抽油杆，其几何尺寸、机械性能必须满足标准的要求。用户在接收外包覆抽油杆入厂检验时，对基体抽油杆按标准逐项检验。

2）从实际使用效果来看，注塑的杆体防腐层要优于包裹的杆体防腐层，不会出现杆体防腐层脱落、开裂的情况。因此，所有外包覆抽油杆全部采用杆体防腐层注塑的方式。

3）树脂材料虽然能隔绝井液和基体抽油杆，但是易破损，同时失去防腐效果。因此，杆头防腐层由人工涂覆树脂材料改为喷焊一层镍粉，使杆头部分既坚硬，又能有效地防止腐蚀。

自2015年2月起，3.5×104m改进后的外包覆抽油杆投入30口井使用。使用10个月以来，尚未暴露出质量问题，使用效果较之改进前更为理想。最终的使用效果还需要时间的检验。

6　结论与建议

1）从实际使用情况来看，虽然外包覆抽油杆大部分未达到设想的30个月质量保证时间。但是65%外包覆抽油杆的使用时间达到了使用常规抽油杆的2倍以上，有的甚至达到了7倍，有效解决了抽油杆的腐蚀、偏磨问题，使用效果良好。

2）外包覆抽油杆存在外包覆层开裂、脱落，不能有效隔离腐蚀液体；扳手方处不能有效防腐蚀的缺陷，全部改为注塑杆体防腐层、喷焊杆头防腐层后，取得了更为理想的使用效果。

3）基体抽油杆对外包覆抽油杆非常关键，必须达到标准要求的机械性能，否则易造成基体抽油杆疲劳断裂，应加强基体抽油杆性能的检验。

4）应尽快研究外包覆抽油杆的检测和修复方法，使外包覆抽油杆在保证质量的前提下，可以继续使用，避免成为一次性产品。

参考文献：

[1]魏斌.碳锆复合树脂内涂层油管技术研究[J].石油机械，2009, 37(3):8-9.

[2]国家能源局.抽油杆：SY/T 5029-2013 [S].北京：石油工业出版社，2013.

[3]全国钢标准化技术委员会.抽油杆用圆钢：GB/T 26075-2010 [S].北京：中国标准出版社，2010.

[4]李营波.抽油杆腐蚀断裂机理及其修复工艺的完善[J].胜利油田职工大学学报，2006, 20(5):54-55.

[5]吴则中，钟永海，孟忠良，等.我国抽油杆研制工作的现状及发展方向[J].石油机械, 2008, 36(2):63-66.

收稿日期：本文编辑：左学敏2015-10-31

作者简介：秦乐胜（1976-），男，工程师，主要从事质量管理工作。