聚驅(qū)井偏磨機(jī)理及預(yù)防管理措施

杜強(qiáng)

摘要：從抽油桿所受縱、徑兩方向力入手，分析它在抽汲過程中的運(yùn)動形態(tài)，并指出了發(fā)生聚驅(qū)井偏磨的主要原因，即抽油桿在油管內(nèi)的螺旋彎曲和粘彈性聚合物在運(yùn)動過程中對抽油桿徑向推動作用產(chǎn)生偏磨。在簡單分析已采用配套治理工藝的基礎(chǔ)上，重點闡述了長期生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的管理措施。

關(guān)鍵詞：聚驅(qū)；偏磨；徑向力

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

聚驅(qū)抽油機(jī)井投入開發(fā)見效后，隨著見聚濃度的不斷上升，抽油桿、管偏磨日趨嚴(yán)重，檢泵率隨之上升，檢泵周期逐漸縮短，偏磨已成為聚驅(qū)井生產(chǎn)中所需解決的一個重點問題。

1偏磨機(jī)理

隨著聚驅(qū)抽油機(jī)井見聚濃度的不斷增高，由于聚合物屬于粘彈性流體（除了粘度高外，流體還具有彈性），聚驅(qū)抽油機(jī)井見聚后抽油桿系統(tǒng)會受到兩方面的影響：

（1）抽油泵下行阻力增大，該阻力將使得抽油桿在油管內(nèi)產(chǎn)生螺旋彎曲，造成偏磨和桿斷。統(tǒng)計可對比13口聚驅(qū)抽油機(jī)井：最小載荷-理論下載荷=15.75KN。也就是說這部分載荷在下沖程時完全作用在柱塞上部的幾根桿上，從而使其在油管內(nèi)產(chǎn)生螺旋彎曲，造成偏磨和桿斷，這也是抽油桿偏磨多發(fā)在井筒下部的主要原因。

（2）徑向力對抽油桿的影響。徑向力就是在抽油桿上下運(yùn)動過程中，聚合物溶液對抽油桿產(chǎn)生的垂直于運(yùn)動方向的力，該力會導(dǎo)致偏磨、桿斷。引入流體運(yùn)動方程和Maxwell本構(gòu)模型，繪制橫切面流場速度分布曲線，見圖1，可得出對于粘彈性流體來說，抽油桿所受徑向力與其位于油管內(nèi)的偏心距Δr呈指數(shù)關(guān)系，與粘彈性流體的速度梯度dv/dr呈指數(shù)關(guān)系，與粘彈性流體的粘度η0呈正比。抽油桿在油管內(nèi)一旦產(chǎn)生偏心距Δr（抽油桿在運(yùn)動過程中不可避免），它兩側(cè)流體的速度梯度dv/dr就會不同，速度梯度大的一側(cè)法向力將大于速度梯度小的一側(cè)，在ACB與ADB面上，見圖1。分別做定性積分，可得偏心距越大，抽油桿所受的徑向力就越大，該力將迫使抽油桿向油管壁靠攏，直至抽油桿靠上油管壁。當(dāng)抽油泵上下死點時，抽油桿偏心距為0，所受的徑向力為0，如此在一個沖程過程中，抽油桿在徑向力的作用下將在油管內(nèi)橫向運(yùn)動4次，則抽油桿一年內(nèi)將在油管內(nèi)橫向運(yùn)動次數(shù)為：

4×4×60×24×365 = 841×104次（沖次為4次/分），（1）；

6×4×60×24×365 =1261×104次（沖次為6次/分），（2）；

8×4×60×24×365 =1682×104次（沖次為8次/分），（3）

圖1 環(huán)空流場速度分布曲線

分析表明，抽汲速度越高，抽油桿所受聚合物流體的徑向力作用越強(qiáng)，抽油桿在井筒內(nèi)的不穩(wěn)定性將加劇，在加大偏磨的同時，桿斷的幾率也將大幅上升。

（3）抽油桿系統(tǒng)受力分析。由于抽油桿上載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下載荷，根據(jù)圖2可以看出，在F徑一定的情況下，上沖程F合較下沖程大得多，但下沖程F合方向比上沖程更偏向油管方向。

上沖程下沖程

圖2抽油桿系統(tǒng)受力分析

3工藝措施

目前，將大流道超間隙泵與全井扶正、上下等徑桿組配使用，治理偏磨效果顯著。大流道超間隙泵除增加了柱塞與泵筒的間隙外，還增加了凡爾的過流面積，且只保留1個游動凡爾，從而降低柱塞的下行阻力。全井扶正、上下等徑桿是在全井抽油桿上加扶正環(huán)，避免偏磨段上移或下移造成的重復(fù)偏磨。抽油桿上下等徑，是由于抽油桿下部的懸重小，徑向力的影響大，如采用上粗下細(xì)的組合抽油桿，將加劇法向力的作用。另外，對已發(fā)現(xiàn)的偏磨井，在維護(hù)性作業(yè)時加大桿、管更換力度也是十分必要的。

4管理措施

治理聚驅(qū)抽油機(jī)井偏磨應(yīng)主要集中在以下三個方面，即降低抽油桿的最大載荷，使其與徑向力的合力減小；提高抽油桿的最小載荷，使其始終處于被拉伸狀態(tài)，避免抽油桿在油管內(nèi)產(chǎn)生螺旋彎曲；降低粘彈性采出液在采出過程中對抽油桿的徑向作用，主要應(yīng)控制流體流速，增強(qiáng)桿、管穩(wěn)定性?，F(xiàn)場證明，采用上述工藝治理措施后，仍然有許多井存在偏磨現(xiàn)象。因此，我們從管理入手，總結(jié)出幾點治理辦法。

4.1采用大沖程、小沖次的生產(chǎn)參數(shù)

統(tǒng)計可對比9口沖程為5.5m聚驅(qū)井，沖次由6次/分調(diào)整為4次/分后載荷變化：參數(shù)調(diào)整后，最大載荷由93.67 KN下降到86.62 KN，最小載荷由13.42 KN上升到21.22 KN。由于平均抽汲速度由1.1m/s降為0.7m/s，徑向力也將大幅下降。根據(jù)監(jiān)測得出這9口井的平均沉沒度上升了69.73m，在極大地增強(qiáng)了桿、管穩(wěn)定性，同時，也提高了抽油泵的充滿系數(shù)。

4.2提高洗井質(zhì)量

（1）控制洗井排量。聚驅(qū)井設(shè)計排量大，開發(fā)地層發(fā)育好，滲透率高。高溫洗井液進(jìn)入井筒后，一部分與地層采出液混合排出，一部分漏失到地層內(nèi)部，因此控制好洗井排量就顯得尤為重要。以A井洗井實驗為例。首先，采用單一熱洗泵提火79℃洗井3小時，上返溫度達(dá)53℃后不再上升，洗井不合格。分析原因為該井所在計量間到中轉(zhuǎn)站無單獨熱洗管線（大多計量間如此），受其它井摻水影響，無法保證熱洗排量。其次，采用高壓熱洗車洗井，需停機(jī)后連續(xù)打兩罐高溫水，才能保證洗井質(zhì)量，不但影響了機(jī)采井的有效時率，而且增加了材料消耗。最后，經(jīng)多次摸索，將中轉(zhuǎn)站摻水泵與熱洗泵串聯(lián)洗井，保證了熱洗排量，洗井效果良好。

（2）洗井時間。2004年5月14日B井洗井，5月15日發(fā)現(xiàn)斷脫。針對這一情況，我們以A井為實驗對象，將洗井時間分別控制在2.5小時和3.5小時，來跟蹤分析其最大載荷變化曲線如圖3?？梢缘贸觯淳畷r間越長，高載荷對抽油桿的作用時間越長，長時間的作用會使抽油桿的疲勞損傷加劇，強(qiáng)度降低。因此，可采用適當(dāng)縮短熱洗時間，縮短熱洗周期的方法，來保證洗井質(zhì)量。

圖3A井洗井時間與載荷變化關(guān)系曲線

（3）井口回壓。聚驅(qū)開發(fā)中后期，單井地面回油管線由于聚合物作用堵塞嚴(yán)重，致使回壓上升，影響出油、增加載荷，因此必須用高溫水不定期沖洗。以Φ95整筒泵為例，由式4進(jìn)行計算可知，回壓每上升0.1Mpa ，最大載荷將增加：

ΔF=ΔP×π（D1-D2）2/4，（4）

式中：ΔF — 最大載荷增加值；ΔP — 井口回壓增加值；D1 — 抽油泵活塞直徑；D2—抽油桿直徑

即：ΔF=0.1×106×3.14×[(95-25)×10-3]2÷4=0.7×103N

以C井為例，2003年12月5日，為找到該井回壓上升的原因，將其回油管線井口段切割下40cm長，發(fā)現(xiàn)直徑為Φ62mm的管線被堵塞后，直徑已不足20mm，用100℃開水澆淋后，堵塞物全部化開。

（4）合理沉沒度?？刂坪侠淼某翛]度（350-450米），不但可以控制泵的充滿系數(shù)，避免氣鎖產(chǎn)生的上載荷增加，下載荷降低的后果。同時也可增強(qiáng)桿、管的穩(wěn)定性，降低振動載荷。

（5）跟蹤調(diào)整平衡率。由于聚驅(qū)井液量波動大、機(jī)型大，平衡調(diào)整難度大。但為了減小抽油桿的交變載荷，控制抽油桿的自由度。平衡率必須跟蹤調(diào)整，將其控制在90%以上。

5結(jié)論及認(rèn)識

（1）聚驅(qū)井抽油桿偏磨是其所受上、下拉力及徑向力共同作用的結(jié)果，預(yù)防偏磨不但要優(yōu)化管柱配置，還要從管理上下工夫。

（2）抽油桿所受流體的徑向力是由其偏心距引起的，該力的大小主要取決于流體的速度梯度。因此，降低抽油機(jī)井的抽汲速度，保證合理的沉沒度，增強(qiáng)其桿、管的穩(wěn)定性尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓式方.非牛頓流體本構(gòu)方程和計算解析理論[M].科學(xué)出版社.