一種新型抽油桿扶正器的研究及應(yīng)用

摘 要：有桿泵采油為各大油田常規(guī)及普遍的采油生產(chǎn)方式，但隨之而來的桿管偏磨問題愈來愈嚴重，防偏磨的治理顯得迫不及待。該文分析了常規(guī)抽油桿扶正器的材料及其缺點，同時介紹了用于制造新型抽油桿扶正器的PEEK材料及其特性，以及制造而成的新型抽油桿扶正器的構(gòu)成原理、技術(shù)特性。該新型扶正器在冷家油田冷四區(qū)塊進行應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用效果。該新型扶正器能有效地減少抽油井桿管偏磨、延長檢泵周期、降低作業(yè)成本，具有推廣應(yīng)用的價值。

關(guān)鍵詞：PEEK材料 抽油桿扶正器 特性 防偏磨

中圖分類號：TE933 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0068-02

目前，有桿泵采油仍為各油田主要的采油生產(chǎn)方式，但是有桿泵采油不可避免的發(fā)生桿管偏磨的問題，因此，對油井偏磨的治理成為一項重要的環(huán)節(jié)。而在治理偏磨的所有措施中，抽油桿扶正器因成本低、工藝簡單、操作方便等優(yōu)點，成為了防偏磨中主要的工藝技術(shù)。因此抽油桿扶正器中材料的選擇是決定此工藝技術(shù)效果的重要因素。

1 常規(guī)抽油桿扶正器及其缺點[1]

目前常用抽油桿扶正器的材料分為金屬和塑料兩種。

（1）金屬抽油桿扶正器。金屬材料價格較低，耐用，耐高溫，易加工，但是其本身材質(zhì)較硬，與油管壁的摩擦很大，而且摩擦后產(chǎn)生的金屬屑容易卡泵，造成二次作業(yè)。

（2）塑料抽油桿扶正器。塑料扶正器具有良好的機械強度、抗沖擊強度和耐腐蝕性，而且塑料材料的強度與硬度比油管要小，磨損后呈現(xiàn)粉末狀，不會造成卡泵，但此材料并不耐高溫，在高溫抽油井中應(yīng)用受到限制。

2 新型抽油桿扶正器的研究

2.1 PEEK材料的研究

2.1.1 PEEK材料[2-3]

PEEK又稱為聚醚醚酮，是一種新型的半晶態(tài)芳香族塑性工程塑料，具有極其出色的物理、力學(xué)性能，在許多特殊領(lǐng)域可以替代金屬、陶瓷等傳統(tǒng)材料，在減輕質(zhì)量，提高性能方面貢獻突出。

PEEK材料具有出色的耐高溫?zé)嵝阅埽移鋭傂源?，尺寸穩(wěn)定性好，線脹系數(shù)較小，接近于金屬鋁材料，另外PEEK材料化學(xué)穩(wěn)定性好，對酸、堿及幾乎所有的有機溶劑都有很強的抗腐蝕能力，同時PEEK材料的耐滑動磨損和微動磨損耗的性能優(yōu)異，尤其是能在250℃下保持高耐磨性和低摩擦因數(shù)，此外，PEEK材料還易于擠出和注射成型。憑借些優(yōu)異的綜合性能，，PEEK材料成為當今最熱門的高性能工程塑料之一。同樣，PEEK材料的這些特性，使其在油田抽油井防偏磨中具有很大的應(yīng)用空間（如表1）。

2.1.2 PEEK材料在抽油桿扶正器中應(yīng)用的特性

（1）耐高溫性。

PEEK材料具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（143℃）和熔點（334℃），這是它可在有耐熱性要求的用途中可靠應(yīng)用的理由之一。雖然未增強的PEEK熱變性溫度只有160℃，但用玻璃纖維、碳纖維增強后，熱變形溫度可達300℃以上，連續(xù)使用溫度可以達到250℃。

（2）耐磨損性。

PEEK在各種壓力、溫度、速度和相對粗糙接觸面的條件下，都能提供優(yōu)異的耐磨性能，可以達到聚酰亞胺（尼龍6）材料的檔次。

（3）自潤滑性。

PEEK材料在所有塑料中具有出眾的滑動特性，尤其填充后的摩擦系數(shù)可以低到0.15，適用于嚴格要求低摩擦系數(shù)和耐摩耗的用途使用。

（4）耐化學(xué)腐蝕性。

PEEK材料不溶于常用溶劑，在高溫下PEEK材料不溶于除濃硫酸外的其他酸和堿，可以媲美鎳鋼材料；

（5）耐水解性。

PEEK材料及其復(fù)合材料不受水和高壓水蒸氣的化學(xué)影響，用這種材料制作而成的制品在高溫高壓水中連續(xù)使用仍可保持優(yōu)異特性。同時，PEEK材料的吸水率很小，可以在300℃的高壓熱水或蒸汽中使用。

（6）優(yōu)異的加工性能。

PEEK材料的加工性能很好，它雖然是超耐熱性樹脂，但由于具有高溫流動性好和熱分解溫度很高等特點，因此可采用多種加工方式進行加工，比如注射成型、擠出成型、模壓成型、吹塑成型等。

2.2 結(jié)構(gòu)組成及原理

新型抽油桿扶正器構(gòu)成如圖1所示，由上、下接頭及扶正套組成。扶正套采用PEEK材料，是非金屬材料，與油管的硬度不同，可以形成合理的摩擦副組合； 扶正器隨抽油桿柱下入油管內(nèi)后，扶正套隔離了桿柱和油管；上下行程中扶正套在油管內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)滑動，將抽油桿與油管的直接偏磨變?yōu)榱朔稣着c油管之間的轉(zhuǎn)動偏磨，依靠PEEK材料的各方面特性，有效解決了抽油井偏磨的問題（如圖1）。

2.3 技術(shù)特性

新型扶正器具有以下技術(shù)特性：①扶正件材料具有自潤滑性、耐磨、耐溫、強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕；②繞軸旋轉(zhuǎn)的扶正套，磨損均勻，提高扶正器的使用壽命，延長油井工作周期；③可刮除粘接在油管壁上的余臘；④楔入式結(jié)構(gòu)設(shè)計，過流面積更大，使用效果更好。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

冷家油田冷四區(qū)塊主要以稠油為主，定向井和水平井居多，井下溫度高，泵掛深度在1600米左右。該區(qū)塊桿管偏磨原因主要有以下幾個方面：

（1）油井結(jié)蠟嚴重：沉沒度較低時，油井沉沒壓力與流壓低，導(dǎo)致原油提前脫氣，蠟在油管內(nèi)析出，加之熱洗周期不合理等原因，使抽油桿下行阻力增大并產(chǎn)生彎曲，造成桿管偏磨。

（2）油井中井斜角變化較大的位置是最易發(fā)生偏磨的位置，尤其水平井為主，加之又是稠油熱采井，沖程大、井下溫度高，限制了一些防偏磨工具的使用和功效。

（3）在稠油井中，桿柱下行遇阻、卡停以及其他的導(dǎo)致桿柱下行阻力增加的因素都會引起桿管偏磨。

在該區(qū)塊使用新型抽油桿扶正器，取得了良好的應(yīng)用效果，主要表現(xiàn)在：①下泵深度加大，從而增加了泵的沉沒度，減小了再次偏磨的風(fēng)險；②日產(chǎn)液量增大，保證了油井的生產(chǎn)能力；③檢泵周期延長，由原來的1～2個月延長至6個月以上；④緩解了桿管偏磨問題，延長了抽油桿及油管的使用壽命，為油田節(jié)約成本做出了貢獻。

4 結(jié)論

（1）在大斜度井、水平井等偏磨嚴重的油井中，PEEK材料抽油桿扶正器有效地減少了抽油井桿管偏磨，延長了檢泵周期，降低了作業(yè)成本。

（2）在高溫?zé)岵删?，PEEK材料抽油桿扶正器的耐高溫性能符合成產(chǎn)需求，解決了高溫油井抽油桿偏磨嚴重的問題。

（3）PEEK材料扶油桿扶正器的耐腐蝕性可適應(yīng)具有腐蝕性井液及其它復(fù)雜情況的油井，可以達到防偏磨的要求。

（4）通過應(yīng)用PEEK材料制作而成的抽油桿扶正器，在原有基礎(chǔ)上更適合抽油井防偏磨技術(shù)的應(yīng)用，達到更優(yōu)異的耐磨、耐高溫、耐腐蝕等性能，有效提高了油井生產(chǎn)周期，降低作業(yè)成本。

參考文獻

[1]郭慶時，劉丹丹.抽油桿扶正器專用材料的研究進展[J].工程塑料應(yīng)用，2010（12）：82-83.

[2]趙巍，楊德安，梁崇，等.PEEK及其復(fù)合材料的研究與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報，2003，9（17）：68-70.

[3]崔小明.特種工程塑料-聚醚醚酮[J].上海塑料，2005（9）：36-39.