抽油井是油田生產(chǎn)核心，其光桿承受復(fù)雜應(yīng)力。光桿“斷彎”故障會(huì)直接導(dǎo)致停產(chǎn)、產(chǎn)量損失，甚至引發(fā)泄漏、污染與安全風(fēng)險(xiǎn)，是油田開(kāi)發(fā)的突出難題。傳統(tǒng)技術(shù)（如單流閥、防噴盒、懸繩器下卡子）存在防噴效果有限、能耗高、可靠性不足等缺陷，故障后仍難免停產(chǎn)且處理復(fù)雜，難以滿足高效安全生產(chǎn)需求。
為此，自2025年起，孤東采油廠采油管理三區(qū)基于“斷光不井噴不停抽”目標(biāo)，經(jīng)技術(shù)攻關(guān)與實(shí)驗(yàn)，成功整合革新了四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：懸繩器支撐架、精確定位型光桿卡子、光桿導(dǎo)向罩及加長(zhǎng)吊繩。這套綜合防控體系通過(guò)直接應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，其核心在于集成應(yīng)用這四項(xiàng)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)在光桿發(fā)生斷裂時(shí)油井仍能連續(xù)生產(chǎn)，并有效預(yù)防光桿彎曲，從而具備了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益與較廣闊的推廣前景。
技術(shù)研究
在整合技術(shù)成型之前，油田現(xiàn)場(chǎng)主要依賴幾類常規(guī)措施應(yīng)對(duì)光桿斷彎風(fēng)險(xiǎn)，但均存在不同程度的局限性：站后單流閥，主要功能是防止管線內(nèi)液體倒流。其缺陷在于運(yùn)行時(shí)噪音較大，且當(dāng)光桿斷裂后，對(duì)于具備自噴能力的油井無(wú)法有效防噴，最終仍導(dǎo)致油井停產(chǎn)。井口防噴盒，通過(guò)盤根密封光桿，其核心缺陷是顯著增加了光桿上行時(shí)的摩擦阻力，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗上升。在光桿斷裂工況下，同樣無(wú)法維持生產(chǎn)，且給后續(xù)處理帶來(lái)困難。懸繩器下加裝備用光桿卡子，作為一種應(yīng)急機(jī)械卡持方案，其可靠性高度依賴于人工安裝的精確度。實(shí)踐中，若安裝位置稍有偏差，在光桿緩慢下行（“緩下”）時(shí)，極易因受力不均而將光桿拉彎，最終仍難免停產(chǎn)結(jié)局。
上述措施的共同問(wèn)題是“防而不治”或“治而停產(chǎn)”，無(wú)法在故障發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)“不停產(chǎn)”這一核心訴求。為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)變思路，從單純的“故障后處理”轉(zhuǎn)向“故障中控制”與“故障前預(yù)防”相結(jié)合。自主研制了以“懸繩器支撐架”為核心的基礎(chǔ)構(gòu)件，通過(guò)與備用光桿卡子協(xié)同工作，首次實(shí)現(xiàn)了在光桿斷裂瞬間，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)承接下落桿柱重量，從而避免抽油設(shè)備停機(jī)與井噴。針對(duì)光桿彎曲問(wèn)題，則系統(tǒng)研究了“光桿導(dǎo)向罩”、“導(dǎo)向桿”以及“加長(zhǎng)吊繩”等多種方案，用于應(yīng)對(duì)光桿緩下時(shí)可能發(fā)生的碰撞、蹩卡等風(fēng)險(xiǎn)。
然而，初代技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)推廣中暴露出新的難點(diǎn)，即作為關(guān)鍵鎖緊元件的“光桿卡子”本身存在設(shè)計(jì)缺陷。如圖1所示，傳統(tǒng)的圓形光桿卡子尺寸較大，在狹窄的懸繩器空間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的定位安裝，極大地增加了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度與操作風(fēng)險(xiǎn)，成為技術(shù)全面推廣的瓶頸。這一問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，直接催生了本次整合推廣中最關(guān)鍵的創(chuàng)新——精確定位型光桿卡子的研發(fā)。
圖1中可清晰對(duì)比傳統(tǒng)光桿卡子與新型精確定位型光桿卡子的結(jié)構(gòu)差異
技術(shù)整合與創(chuàng)新
本項(xiàng)目的核心成果并非單一技術(shù)的突破，而是針對(duì)抽油井光桿斷彎故障的不同誘因與表現(xiàn)形式，將多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合與系統(tǒng)性優(yōu)化，形成了一套模塊化、可配置的解決方案。其整合原理與創(chuàng)新內(nèi)容如下：
為解決傳統(tǒng)卡子的安裝難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了四項(xiàng)革命性改進(jìn)：去掉外凸的把手，并將頂絲縮短1厘米，顯著縮小了外形輪廓，使其能輕松放入懸繩器支撐架內(nèi)部的有限空間；保持內(nèi)錐孔錐度不變，將孔徑增大2毫米。這一設(shè)計(jì)使得卡子在最終鎖緊前，能夠沿光桿軸向輕微移動(dòng)，便于職工進(jìn)行位置微調(diào)；在卡子底邊、平行于頂絲的方向加工出特殊的定位輔助臺(tái)階。操作時(shí)，只需借助撬杠抵住該臺(tái)階，即可輕松、準(zhǔn)確地將卡子推動(dòng)至預(yù)設(shè)的“應(yīng)力集中點(diǎn)”下方，實(shí)現(xiàn)了定位的“傻瓜化”；創(chuàng)新性地在卡瓦與卡子上端面之間加入一個(gè)“磁性輔助支撐架”。其作用是在卡子定位過(guò)程中，抵消卡瓦自重，防止其提前下滑導(dǎo)致卡子意外鎖死，確保了定位流程的順暢。待驢頭吃上負(fù)荷、位置固定后，該支撐架便可移除以進(jìn)行最終緊固。
整合技術(shù)根據(jù)油井的個(gè)體差異（如原油粘度、光桿行程、設(shè)備間距等），靈活搭配四大組件，形成定制化防控方案。其作用原理可通過(guò)圖2所示的裝置應(yīng)用示意圖進(jìn)行直觀理解：
圖2展示懸繩器支撐架、精確定位型光桿卡子、光桿導(dǎo)向罩、導(dǎo)向桿的協(xié)同工作狀態(tài)
“斷后不停噴”基礎(chǔ)組合（懸繩器支撐架+精確定位型光桿卡子），原理是將精確定位型光桿卡子預(yù)先精確安裝在光桿應(yīng)力集中點(diǎn)下方。當(dāng)光桿在此處斷裂時(shí)，下落的桿柱帶動(dòng)該卡子下墜，使其恰好坐落在牢固的懸繩器支撐架上。支撐架承載了全部桿柱重量，使抽油機(jī)驢頭繼續(xù)正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了“光桿斷，抽油不停”。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)消除了吊繩外擺的空間，從根本上避免了光桿緩下時(shí)被拉彎的風(fēng)險(xiǎn)。
“防碰防彎”增強(qiáng)組合（在上述基礎(chǔ)上+光桿導(dǎo)向罩）原理是針對(duì)油稠導(dǎo)致光桿下行緩慢的井，光桿可能在行程頂部與下行的驢頭發(fā)生碰撞。加裝的光桿導(dǎo)向罩具有特殊的錐形導(dǎo)引面。如圖2所示，當(dāng)驢頭下沿觸碰導(dǎo)向罩時(shí)，作用力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向前的水平分力，將光桿輕輕推離碰撞軌跡，從而避免光桿被驢頭“碰彎”。
“防蹩防彎”完全組合（在上述基礎(chǔ)上+導(dǎo)向桿）原理是對(duì)于某些井，光桿頂端在上死點(diǎn)時(shí)可能低于驢頭下沿，存在下行初期光桿頭部“蹩入”驢頭弧面內(nèi)側(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。加裝一根垂直的導(dǎo)向桿，其頂端始終高于驢頭下沿。如圖2所示，它像“探針”一樣提前與驢頭接觸并引導(dǎo)其軌跡，確保光桿始終在正確路徑下行，杜絕了“蹩彎”事故。
“空間保障”輔助措施（加長(zhǎng)吊繩）原理是許多老舊油井的原始設(shè)計(jì)空間不足，無(wú)法安裝上述防控裝置。通過(guò)將吊繩統(tǒng)一加長(zhǎng)30厘米，等效增加了驢頭與井口之間的垂直空間，為懸繩器支撐架、光桿導(dǎo)向罩等設(shè)備的安裝創(chuàng)造了必要條件。
推廣應(yīng)用與效果分析
自2025年起，該整合技術(shù)在采油管理三區(qū)率先進(jìn)行推廣應(yīng)用。截至報(bào)告期，已在32-5266、41-215、40-205等多口具有代表性的油井上完成安裝與試驗(yàn)，取得了顯著效果。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤數(shù)據(jù)，應(yīng)用該技術(shù)的油井在遇到光桿緩下或斷裂工況時(shí)，防控效果立竿見(jiàn)影。32-5266井安裝后于2025年7月17日進(jìn)行洗井換桿作業(yè)，期間光桿成功抵御了下行應(yīng)力，未發(fā)生彎曲。41-215井在2025年10月13日開(kāi)井時(shí)發(fā)生光桿緩下，由于導(dǎo)向罩的作用，光桿完好無(wú)損。40-205井該井集中體現(xiàn)了技術(shù)的綜合效益，先后于2025年2月12日成功處置光桿斷裂事故（未停產(chǎn)），并于同日光桿緩下時(shí)未發(fā)生彎曲。這些案例充分驗(yàn)證了整合技術(shù)在不同故障場(chǎng)景下的可靠性，真正實(shí)現(xiàn)了“斷光不井噴不停抽”和“緩下不彎曲”的雙重目標(biāo)。
技術(shù)的價(jià)值通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益分析得以量化。測(cè)算基于2025年投入的首批推廣規(guī)模（懸繩器支撐架、光桿導(dǎo)向罩、精確定位型光桿卡子各18套，加長(zhǎng)吊繩30條），并假設(shè)每套裝置平均預(yù)防一次斷或彎故障。
直接效益包括避免的原油產(chǎn)量損失、節(jié)約的光桿更換與特車勞務(wù)費(fèi)、避免的污染清理費(fèi)用及環(huán)境罰款。間接效益尤為重要的是，通過(guò)預(yù)防故障，平均可避免因此導(dǎo)致的躺井和昂貴的檢泵作業(yè)（每次作業(yè)費(fèi)約7.5萬(wàn)元）。綜合測(cè)算，僅首批推廣裝置，預(yù)計(jì)可預(yù)防36井次故障，產(chǎn)生直接與間接經(jīng)濟(jì)效益總計(jì)約91.7萬(wàn)元。投入產(chǎn)出比極高，經(jīng)濟(jì)性非常突出。
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