淺談抽油井管桿偏磨機理分析及工藝對策

【摘 要】抽油井管桿偏磨是油田開發(fā)普遍存在的問題，對于進入中后期開采階段的油田，由于采用了注水、等增產(chǎn)措施，偏磨井數(shù)量逐年增加，本文借助抽油桿受力狀況分析，提出了綜合防治措施及方法；通過對桿管的有效扶正，防偏磨抽油泵新工藝應用，并取得了治理偏磨良好的效果。

【關鍵詞】抽油井 彎曲 偏磨 桿柱組合 特殊泵

一、引言

管桿偏磨是大部分油田普遍存在的問題，特別是采用了注水、增產(chǎn)措施后，偏磨情況更是日趨嚴重，根據(jù)抽油機井管桿偏磨的一手資料，借助抽油桿受力分析結果，全面地分析抽油機井出現(xiàn)管桿偏磨的機理，提出切實可行的防治措施；對于減緩井下設備損壞，降低了檢泵工作量和管桿更換成本，提高開發(fā)效益意義重大。

二、抽油機井管桿偏磨現(xiàn)狀調(diào)查分析

通過對我隊22口管桿偏磨井情況調(diào)查分析，可得出以下規(guī)律：

1、從含水狀況的分布上看，主要集中在高含水區(qū)。統(tǒng)計22口偏磨井含水情況，發(fā)現(xiàn)隨著含水的增加，偏磨井數(shù)增加，偏磨井占同含水級別井的比例也隨之增加。其中含水大于95%的偏磨井最多，占偏磨井總數(shù)的72.7%。

2、從沉沒度的分布情況來看，主要集中在低沉沒度井上

統(tǒng)計19口液面不在井口偏磨井沉沒度資料，沉沒度在200米以內(nèi)的井有11口中，占統(tǒng)計井數(shù)的57.9%。

3、從偏磨位置的分布情況來看，主要集中在泵上500米以內(nèi)。根據(jù)22口抽油桿偏磨斷脫井現(xiàn)場檢查情況統(tǒng)計，偏磨嚴重的部位主要集中在泵300米以內(nèi)，統(tǒng)計這類井共17口，占統(tǒng)計井數(shù)的77.2%。

三、抽油桿在下行程中的受力分析

在垂直井中抽油桿受壓，當壓力達到一定值時，使抽油桿失穩(wěn)，造成抽油桿產(chǎn)生螺旋彎曲，導致抽油桿與油管偏磨。抽油桿在下行程時可能產(chǎn)生彎曲變形，抽油桿下部的軸向壓力將導致抽油桿失穩(wěn)彎曲。在下行程時的懸點載荷為正值，這意味抽油桿在懸點位置受拉，即產(chǎn)生一個向下的拉力。另外，抽油桿柱向下加速運行時的慣性力、摩擦力均向上，加上下行程時抽油泵游動閥的流體阻力及柱塞副的摩擦力聯(lián)合作用形成泵端阻力，這個泵端阻力的方向也是向上的。阻力隨著活塞直徑、抽油桿在油管內(nèi)的各種摩擦阻力、抽油泵沖次以及液體運動粘度的增加而增大，也隨著活塞與襯套間隙減小而增大。在兩個方向的力的平衡點上形成中性點，因此，下行程中這些力的聯(lián)合作用使在中性點以下的抽油桿受壓而彎曲，而且在抽油桿下部受有最大軸向壓力，這個軸向力使抽油桿失穩(wěn)而彎曲并導致抽油桿緊貼在油管內(nèi)壁上，通過運行產(chǎn)生偏磨。

四、影響管桿偏磨的原因分析

經(jīng)過分析，造成管桿偏磨的原因主要有以下幾個方面：

（1）井深結構的影響造成生產(chǎn)管柱彎曲，導致管桿偏磨。注入水易使斷層兩側憋壓，加劇應力集中，另一方面由于平面上地層壓力不均衡造成高壓區(qū)和低壓區(qū)，使井眼軌跡發(fā)生變化，導致生產(chǎn)管柱彎曲，引起管桿偏磨。

（2）含水率升高，潤滑性降低，導致管桿偏磨。當油井產(chǎn)出液的含水大于75%左右時，管桿表面也由親油型變成親水型，管桿表面失去了原油的潤滑作用，管桿偏磨加劇。同時，產(chǎn)出水中的腐蝕還原菌可在烴類物質(zhì)條件下把水中硫酸根還原，產(chǎn)生H2S等腐蝕介質(zhì)，腐蝕使管桿表面粗糙度增加，造成更嚴重的磨損。

（3）低沉沒度對管桿偏磨的影響。低沉沒度井井底流壓低，液體進泵的能力差，會出現(xiàn)供液不足現(xiàn)象，由于泵的充滿程度差，泵的柱塞與液面之間存在液擊現(xiàn)象，從而進一步增大抽油桿柱下行阻力增大，易發(fā)生抽油桿偏磨。

五、防止桿管偏磨的工藝措施

1）桿柱的有效扶正。桿管偏磨，采用桿柱的有效扶正，目前仍然是最有效的措施之一，從使用的情況看，一般采用扶正器全井扶正，原則上每根抽油桿加裝1個扶正器，無論是卡裝式還是注塑式，扶正器的方向必須一致。

2）抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置。在有桿泵抽油系統(tǒng)中，不論是直井還是斜井，抽油桿和油管都是在接觸中相對運動，因此，抽油桿與油管之間存在著不可避免的磨損，在現(xiàn)有技術情況下采用抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置，使油井在生產(chǎn)過程抽油機下始點時抽油桿旋轉(zhuǎn)，讓抽油桿整個圓周都參加磨損，避免抽油桿磨損，從而成倍延長抽油桿的磨損時間。

3）管柱方面

（1）油管錨定。在上沖程中，下部油管柱在內(nèi)壓及軸壓的作用下，有可能發(fā)生正弦彎曲或螺旋失穩(wěn)彎曲。這種情況一般表現(xiàn)為全井偏磨，對其進行油管錨定取得了很好的效果。

（2）油管旋轉(zhuǎn)裝置：對于難以解決的桿管偏磨問題，我們使用了旋轉(zhuǎn)井口，將桿管之間的線磨擦通過油管的旋轉(zhuǎn)變?yōu)槊婺ゲ?，讓油管全方位磨擦，以延長油管壽命。

4）新型防偏磨抽油泵

（1）大流道抽稠油整筒防偏磨泵。改進整筒泵流道，增加過流面積。以球座孔面積為依據(jù)，對游動凡爾罩結構進行改進：一是將原柱塞下端的倒壇式閉式四孔閥罩改為四斜槽形三圓弧結構，增大過流面積；二是對于稠油井，將柱塞與泵筒的間隙由二級間隙放大到三級間隙或五級間隙。

（2）柱塞底部加重式防偏磨抽油泵。主要采用加抽油桿扶正器；使用桿管轉(zhuǎn)動裝置；泵上部分桿柱調(diào)整為加重桿。使用結果表明，效果比較顯著。

（3）CYB雙沖程平衡防偏磨增效抽油泵。單柱塞雙行程平衡防偏磨增效抽油泵是一種新型的增效抽油泵，該泵生產(chǎn)運行過程中，上下沖程均能進排油一次，有效的提高了抽油泵的泵效，同時上下沖程出油，使下行負荷減小，減少抽油桿彎曲，有效的減少油井偏磨

（4）旋流旋轉(zhuǎn)柱塞式防偏磨抽油泵。旋流旋轉(zhuǎn)柱塞式防偏磨抽油泵具有防砂卡、防柱塞偏磨、延長泵的壽命、提高泵效等特點。此泵從根本上解決了柱塞偏磨、砂卡等問題具有壽命長、泵效高等特點。

六、綜合應用防偏磨措施

彈性扶正器+多工能扶正器+加重桿+防偏磨泵+油管防偏措施，通過優(yōu)化設計，達到防偏磨增效的目的。

七、結論

1、導致管桿偏磨的因素很多，因此說抽油機井管桿偏磨的產(chǎn)生是一個綜合因素作用的結果。2、目前抽油機井管桿偏磨機理還沒有完全解釋清楚，故在理論上還沒有確切的方法來預防管桿偏磨，所采取的各項措施將會起到非常有效的防偏磨的作用。3、桿管的使用周期成倍延長，大大減少了管理的成本費用。

參考文獻：

1、李子豐 油氣井桿管柱力學 1996

2、趙子剛.陳會軍 抽油桿管偏磨機理與防治 [期刊論文] -大慶石油地質(zhì)與開發(fā)2000（03）

3、李建國；機采井管桿磨損機理研究與對策[D]；中國石油大學；2007年