采油井偏磨現(xiàn)狀分析與研究

盧軍

摘 要：抽油機(jī)采用抽油桿向井下泵傳遞動(dòng)力，桿管接觸時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成抽油桿與油管的磨損，稱為偏磨。偏磨使抽油桿磨損，降低了抽油桿的強(qiáng)度，造成抽油桿斷裂，磨穿油管壁，影響油井正常工作，給油田帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。本文調(diào)研分析了勝利油田石油開(kāi)發(fā)中心853-7井桿管偏磨和治理方面的現(xiàn)狀，研究了造成桿管偏磨的機(jī)理，危害以及治理方案。

關(guān)鍵字： 油井偏磨 HDPE內(nèi)襯油管 油桿斷脫

一、前言

油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水開(kāi)采階段，油井的井況發(fā)生了很大的變化，加之強(qiáng)注強(qiáng)采，致使管桿工作環(huán)境日益惡劣，抽油井的偏磨腐蝕問(wèn)題變得越來(lái)越突出。偏磨與腐蝕相互作用，加快了管桿磨損速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年度，勝利油田石油開(kāi)發(fā)中心因?yàn)楣軛U偏磨造成油井維護(hù)工作量占到維護(hù)量的1/3左右，偏磨造成的管桿報(bào)廢率達(dá)到60%以上，僅作業(yè)費(fèi)用和管桿投入達(dá)數(shù)億元，有效治理偏磨亟待解決的問(wèn)題。

二、桿管偏磨的機(jī)理分析及危害

1、偏磨的機(jī)理分析

抽油機(jī)井的管桿泵在井下時(shí)刻受到拉壓彎扭擠等組合變形的影響，在這個(gè)復(fù)雜的受力運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，造成管桿偏磨的因素太多，主要有：

（1）井液介質(zhì)的因素。據(jù)資料顯示，油井產(chǎn)出液含水大于75%時(shí)，由油包水型轉(zhuǎn)換為水包油型，管、桿表面則失去了油性潤(rùn)滑介質(zhì)，磨損程度加重。礦化度明顯增大Cl-、HC03-和H2S的含量的普遍較高。管桿的偏磨，表面生熱，鐵原子活化。具有強(qiáng)腐蝕性的產(chǎn)出液，使偏磨處優(yōu)先被電化學(xué)腐蝕，使得管桿偏磨表面更粗糙，磨損更為嚴(yán)重。

（2）井身結(jié)構(gòu)的影響：隨著油田的開(kāi)發(fā)斜井、定向井越來(lái)越多，井身結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。造斜點(diǎn)附近，管桿受井眼軌跡的影響產(chǎn)生彎曲，管桿發(fā)生強(qiáng)烈摩擦磨損。

（3）油管受壓彎曲的影響：有封隔器等工具的管柱，尾管較短時(shí)，泵上油管受壓彎曲，造成抽油桿與油管偏磨。

2、偏磨引起的危害

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，綜合含水逐年上升，加之多年的強(qiáng)注強(qiáng)采，致使桿、管在井下的工作條件日益惡劣，偏磨腐蝕加劇，各種原因引起的斷脫、漏失問(wèn)題也就日趨嚴(yán)重。

（1）偏磨引起斷脫、漏失

井斜引起的偏磨及原因造成井斜的因素很多，有自然井斜，人工井斜和地層蠕動(dòng)等。由于井斜或套管變形形成“拐點(diǎn)”，使油管產(chǎn)生彎曲。在油井生產(chǎn)時(shí)，抽油桿的綜合拉力F或綜合重力W產(chǎn)生了一個(gè)水平分力N（正壓力）的作用，油管和抽油桿在“拐點(diǎn)”處接觸，產(chǎn)生摩擦。

在“拐點(diǎn)”彎曲度較小的地方，油管內(nèi)壁和抽油桿接箍產(chǎn)生摩擦，油管偏磨面積較大，而彎曲度較大的地方，不僅油管內(nèi)壁與抽油桿接箍產(chǎn)生摩擦，油管內(nèi)壁與抽油桿本體也產(chǎn)生摩擦，油管偏磨面積較小，磨損較嚴(yán)重。

（2）“失穩(wěn)”對(duì)偏磨的影響

首先，分析桿、管在上下沖程過(guò)程中每一點(diǎn)的受力狀況。在上沖程過(guò)程中，有桿柱向上的拉力，該點(diǎn)以下桿柱在液體中的重力，該點(diǎn)以下桿柱在上行中與液體的摩擦力，活塞與泵筒的摩擦力。由于向上的拉力遠(yuǎn)大于向下的阻力，因此，桿柱在向上的拉力作用下向上運(yùn)動(dòng)，完成上沖程。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，桿柱每一點(diǎn)在合力作用下都被拉直，不與油管接觸，從而不會(huì)發(fā)上偏磨現(xiàn)象。中性點(diǎn)（即合力為零的點(diǎn)）以下油管受力時(shí)，有上部油管在井液中的重力形成向下的壓力、下部油管在液體中的重力以及管內(nèi)介質(zhì)對(duì)油管和活塞對(duì)泵筒向上的摩擦力[1]。在上述力的作用下，下部油管發(fā)生擺動(dòng)與抽油桿接箍產(chǎn)生摩擦。這種偏磨較輕，通常為雙面偏磨。中性點(diǎn)位置與泵以下尾管的長(zhǎng)度有關(guān)。若尾管長(zhǎng)，則泵以下的重量加大，就可以把彎曲應(yīng)力抵消。

在下沖程過(guò)程中，油管每一點(diǎn)的合力都是向下，油管被拉直，不會(huì)發(fā)生偏磨現(xiàn)象。桿柱每一點(diǎn)的受力以該點(diǎn)以下桿柱在液體中的重力，桿柱下行時(shí)與液體摩擦產(chǎn)生的向上的阻力，活塞與泵筒摩擦產(chǎn)生的向上的阻力，該點(diǎn)以上桿柱在液體中重力作用于該點(diǎn)形成的向下的壓力。下沖程時(shí)各點(diǎn)受力比較復(fù)雜，而且處于變化中，下沖程運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)，還受到桿柱向上的慣性力的作用。各點(diǎn)合力向下，桿柱向下運(yùn)動(dòng)。中性點(diǎn)以上的抽油桿始終處于拉伸狀態(tài)，不會(huì)彎曲變形，發(fā)生偏磨現(xiàn)象。而中性點(diǎn)以下的抽油桿，由于該點(diǎn)以下桿柱的重力較小，不足于克服其他各種向上的阻力，而該點(diǎn)以上桿柱的重力較大，作用于該點(diǎn)形成向下的壓力較大，下部桿柱在強(qiáng)大的壓力作用下完成下沖程，容易彎曲變形，發(fā)生偏磨現(xiàn)象。由于桿柱的塑性較強(qiáng)，上部的重力不會(huì)很快對(duì)下部形成壓力，而下部桿柱在上沖程的慣性力作用下還在向上運(yùn)動(dòng)，大大增加了中下部桿柱的彎曲程度。桿柱發(fā)生彎曲的這種現(xiàn)象稱“失穩(wěn)”，桿柱“失穩(wěn)”是偏磨的主要原因，而中性點(diǎn)越低，桿柱的“失穩(wěn)”越輕，桿柱偏磨現(xiàn)象也越輕。“失穩(wěn)”引起的偏磨均為雙偏磨，使抽油桿強(qiáng)度變低，加之交變載荷的影響，抽油桿容易疲勞。因此，底部抽油桿出現(xiàn)斷脫的情況較多。

從理論上講，“失穩(wěn)”與如下因素有關(guān)：沖程、沖次越大，“失穩(wěn)”越嚴(yán)重；多級(jí)組合中，細(xì)桿比例越大，“失穩(wěn)”越嚴(yán)重；同一深度，三級(jí)組合比二級(jí)組合“失穩(wěn)”嚴(yán)重；泵的間隙越小，活塞與泵筒的摩擦力越大，“失穩(wěn)”越嚴(yán)重。

三、綜合治理對(duì)策

對(duì)偏磨井采取綜合治理措施，形成了以“扶正、加重、錨定”為主導(dǎo)的偏磨井綜合治理技術(shù)。

1、自動(dòng)防偏磨抽油桿加倒拉錨治理技術(shù)

綜合利用HW自動(dòng)防偏磨抽油桿和管柱錨定技術(shù)這兩種工藝技術(shù)，對(duì)偏磨較嚴(yán)重的井進(jìn)行治理，采用管柱錨定技術(shù)可以減輕和預(yù)防管柱彈性伸縮彎曲造成的管桿偏磨損傷，自動(dòng)防偏磨裝置可實(shí)現(xiàn)油管、抽油桿隔離不接觸，降低抽油桿柱下行阻力，最終達(dá)到滿意的防偏磨效果。

2、特殊接箍防偏磨技術(shù)

對(duì)抽油桿接箍進(jìn)行特殊處理，提高其光潔度、硬度及抗腐蝕能力，減小摩擦系數(shù)，達(dá)到減輕抽油桿磨損的目的。目前常用的特殊接箍主要有鍍鉻接箍和雙向保護(hù)接箍。

3、小電泵采油工藝技術(shù)

采用小電泵采油工藝技術(shù)可以徹底解決偏磨問(wèn)題。該技術(shù)適應(yīng)井況較好、供液能力強(qiáng)、不出砂的井。之前在四礦偏磨嚴(yán)重的幾口井采取了小電泵采油工藝措施，由于小電泵質(zhì)量問(wèn)題，成功率僅為50%，但成功的井目前仍正常生產(chǎn)，免修期均達(dá)到了600天以上。

4、采用防偏磨采油工藝管柱

該工藝是依據(jù)“同心圓”理論開(kāi)發(fā)的防偏磨采油工藝技術(shù)。其特點(diǎn)一是采用泵下加重裝置，將抽油桿柱的中和點(diǎn)下移至泵筒以下，使管桿始終處于拉伸狀態(tài)；二是對(duì)油管采取雙向錨定措施，防止油管蠕動(dòng)彎曲；三是采取自動(dòng)旋轉(zhuǎn)扶正裝置，減輕油管抽油桿之間的摩擦。

參考文獻(xiàn)

[1] 李健康，郭益軍，謝文獻(xiàn)；有桿泵井管桿偏磨原因分析及技術(shù)對(duì)策[J]；石油機(jī)械；2000年06期