抽油桿柱與油管偏磨機(jī)理及偏磨點(diǎn)位置預(yù)測

張凱(大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠第三油礦，黑龍江 大慶 163000)

抽油桿柱是油田采油作業(yè)中需要人工吊舉的重要部分，在抽油機(jī)和抽油泵中間曾在這載重負(fù)荷作用，具有很強(qiáng)的聯(lián)動性，傳遞連接抽油桿系統(tǒng)的重要裝備。一個(gè)油田作業(yè)中需要使用很多抽油桿，利用卡箍彼此連接，形成上下活動的整體，在往復(fù)運(yùn)動中實(shí)現(xiàn)抽取地下石油的目的。

在油田的勘測和開采初期，由于井液中的含水量較低，石油存儲地層較淺，所以桿柱和油管的磨損并不明顯。綜合我國大部分油田的開采情況，經(jīng)過長時(shí)間的采抽作業(yè)，油田已經(jīng)進(jìn)入了生命周期的后半部分，油井中含水量逐漸增加（一般在75%以上），這就會造成桿柱和油管的潤滑效果劣化。

隨著石油開采作業(yè)的進(jìn)一步深入，石油在地層中的位置越來越深，開采也越來越困難。相應(yīng)地，抽油井中的摩擦和損耗也越來越大，雖然抽油桿柱和抽油管之間的對沖運(yùn)動并不劇烈，但不間斷地接觸和摩擦，依然會產(chǎn)生磨損現(xiàn)象。由于磨損現(xiàn)象多出現(xiàn)在單側(cè)，因此也稱之為偏磨。

1 抽油桿柱與油管偏磨原因分析

造成抽油桿柱和油管偏磨的原因很多，以下從主要的原因展開分析。

1.1 油井自身的構(gòu)造

事實(shí)上，在我國很多油田開發(fā)早期，油井的開采設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都很簡單，大多以直井為主要形式。但隨著開采工作的進(jìn)行，為了獲取石油資源，開始出現(xiàn)斜度較大的井段，井下構(gòu)造拐點(diǎn)增多，原有的直線構(gòu)造被打破，甚至出現(xiàn)螺旋形的井下構(gòu)造。在這一前提下，油管的形狀必須與井下構(gòu)造一致，而抽油桿柱之間的連接是直線要求，這樣一來兩者之間的接觸必然發(fā)生。

具體來說，當(dāng)井下有斜坡的情況下，油管就是彎曲的，抽油泵的安置位于斜面一下，這樣抽油桿與油管的接觸是不可避免的；即便是采取直井方式，也無法保證隨著井深的增加，鉆頭與井口之間是同心圓，直井本身必然會形成向下扭曲的螺旋。

1.2 抽油桿柱變形

抽油桿柱的材料在長期滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，容易產(chǎn)生金屬疲勞，進(jìn)而發(fā)生彎曲變形。抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中抽油桿柱因?yàn)槭湛s性能變差，搖晃幅度加劇，就會與油管發(fā)生彈性收縮摩擦。

較為直觀的現(xiàn)象是，在直井之中，抽油管的運(yùn)動幅度要一般要大于抽油桿柱，當(dāng)后者發(fā)生變形彎曲之后，兩者在高速的震動下產(chǎn)生橫向壓力，造成偏磨。

1.3 油井結(jié)蠟

油井結(jié)蠟是指石油中蘊(yùn)含的固體和半固體成分，例如石蠟、瀝青等物質(zhì)，在從石油中析出之后粘連在油管外部，形成固體的混合物。一旦出現(xiàn)油井結(jié)蠟的現(xiàn)象，抽油桿柱就會被液體摩擦力的影響下，與抽油泵之間形成較大的阻力；同時(shí)，此時(shí)油管內(nèi)徑與抽油桿柱的外徑比例減小，導(dǎo)致結(jié)蠟點(diǎn)的摩擦力大于其他部分，抽油桿柱由此發(fā)生彎曲，產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。

1.4 其他原因

除了以上三種分析的原因之外，造成抽油桿柱與油管偏磨的因素還包括油井參數(shù)設(shè)置、采出液影響等。其中，采出液影響是指所采石油物質(zhì)中的含水率，這是在油田開采后期無法回避的一種偏磨問題。

客觀上說，油田開采后期的含水量增加是必然的，產(chǎn)出液中的水分含量越多，就會造成井液密度增大，從而增加了抽油桿柱的浮力；浮力的增加必然導(dǎo)致臨界壓力的降低，抽油桿柱發(fā)生扭曲變形就是無法避免的。

2 抽油桿柱與油管偏磨機(jī)理分析

在分析過發(fā)生偏磨的原因之后，針對偏磨的機(jī)理進(jìn)行分析。

2.1 機(jī)械磨損。油井的構(gòu)造并不能完全滿足直井條件，出現(xiàn)斜度、螺旋、扭曲是很正常的情況，但這些情況就容易造成抽油桿在軸向載荷作用下的變形，由此一來，抽油桿柱連接的部分（卡箍、油管）自然發(fā)生扭曲，并在不斷上下運(yùn)動的抽取行為中產(chǎn)生磨損。

2.2 介質(zhì)磨損。抽油泵將井液送入抽油管，液體中含有大量的復(fù)雜成分，也包括一些固體顆粒碎屑，這些碎屑導(dǎo)致抽油桿柱和油管中間連接突出的部分，發(fā)生碰撞和摩擦，進(jìn)而磨損。需要注意的是，這種磨損是從內(nèi)部開始的。

2.3 化學(xué)磨損。化學(xué)腐蝕是無法避免的，因?yàn)樵捅旧砭秃写罅扛g性成分，如硫化物、細(xì)菌成分等，當(dāng)腐蝕性發(fā)展到一定程度，就會產(chǎn)生磨損。

3 偏磨點(diǎn)位置預(yù)測實(shí)現(xiàn)方法

偏摸點(diǎn)位置的預(yù)測可以借鑒一定的計(jì)算手段，通常在油田的開采后期，井下的剖面相對穩(wěn)定，由此形成的剖面圖可以作為分析偏磨點(diǎn)的主要一句。例如，根據(jù)抽油桿柱的受力情況進(jìn)行分析，所包含的設(shè)計(jì)因素主要有井眼曲度、撓率、螺旋曲度、彎曲應(yīng)力等。多方面的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，可以判斷出抽油桿柱與抽油管之間的數(shù)據(jù)異常情況，例如曲度增大必然導(dǎo)致抽油管的彎曲應(yīng)力提升。

在現(xiàn)實(shí)的采油作業(yè)中，油管自身的材質(zhì)保障了一些剛度，由此配合套筒的作用，可以做出一定的拉直反映。因此，在進(jìn)行計(jì)算測量的過程中，需要考慮到誤差作用。

綜上所述，單純地從抽油桿柱材質(zhì)屬性方面去考慮偏磨現(xiàn)象，是不科學(xué)也不全面的，要綜合多方面的原因，實(shí)現(xiàn)油田作業(yè)尤其的高效率、低損耗生產(chǎn)要求。此外，國內(nèi)針對偏磨問題還提出了創(chuàng)新性的解決方案，例如動壓潤滑方式，需要進(jìn)一步的實(shí)踐和驗(yàn)證。

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