定邊油田油井管桿偏磨原因分析及治理技術

張賀敏

（中石化華北分公司第二采油廠，寧夏鹽池751500）

定邊油田油井管桿偏磨原因分析及治理技術

張賀敏*

（中石化華北分公司第二采油廠，寧夏鹽池751500）

偏磨是造成定邊油田油井維護作業(yè)頻次居高不下的主要原因，它嚴重制約油井生產時率和檢泵周期指標，造成采油成本居高不下。目前定邊油田油井管桿偏磨現(xiàn)象嚴重，因偏磨原因造成的躺井占全年總躺井數(shù)的48%。為解決定邊油田油井管桿的偏磨問題，通過對各生產井管桿偏磨情況進行分類、統(tǒng)計、分析，找出造成偏磨的主要原因，學習目前各大油田防偏磨技術的成功經驗做法，制定了一套適合本油田的防偏磨工藝技術。

管桿偏磨；治理技術；治理效果

1 管桿偏磨情況及原因分析

1.1 偏磨情況

定邊油田井下油桿接箍偏磨比抽油桿本體偏磨嚴重，嚴重時可將抽油桿母扣磨平，油管則表現(xiàn)為被磨出一條平行于軸心的凹槽，甚至磨出一條裂縫。管桿偏磨位置主要表現(xiàn)在泵上500m內，而且，一般來說下泵越深，偏磨越嚴重。

管桿偏磨造成了桿斷、桿脫、管漏等，導致抽油機井作業(yè)維護工作量居高不下，管桿報廢率高，因而減少管桿使用壽命、降低有桿泵檢泵周期、降低泵效、減少有效生產時間等，不僅造成油井生產效率降低，還增加了油田生產成本。管桿偏磨的普遍存在，已經成為制約定邊油田開發(fā)中后期高效穩(wěn)產的主要矛盾。

1.2 偏磨原因分析

在抽油機井采油系統(tǒng)中，桿管偏磨分為機械磨損和腐蝕磨損2種。通過對定邊油田油井作業(yè)的管桿描述情況和偏磨特點的分析中可以看出，造成定邊油田油井管桿偏磨的主要原因是機械磨損。主要包括以下幾類。

1.2.1 井身結構

由于鉆井水平的限制，很難保證井身完全垂直，這樣套管在某一段就會出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，其后下入的油管也會隨著套管彎曲，且當彎曲段出現(xiàn)在泵以上，由于抽油桿在油管中的上下往復運動，會造成桿管之間的接觸摩擦（如圖1所示）。彎曲段的彎曲角度越大，抽油桿與油管之間的磨損就越嚴重。這種磨損發(fā)生在抽油桿的上下2個沖程中，磨損是較嚴重的。井口以下的某一個區(qū)間內，油井成垂直狀態(tài)或井斜較小，在造斜段，油管隨井身軌跡彎曲，一般來說，在井口以下某段區(qū)間內油管不產生變形，在這個深度之內的管桿不產生磨損，從造斜段以下，偏磨嚴重。

圖1 井斜角對抽油桿管偏磨的影響示意圖

1.2.2 桿管受力運動失穩(wěn)彎曲

抽油桿的運動失穩(wěn)彎曲產生于下行過程，下沖程時，在中和點以上的抽油桿是拉伸狀態(tài)，中和點以下的抽油桿受壓而彎曲。由于抽油桿彎曲，使得抽油桿與油管發(fā)生偏磨。再加上油井結蠟、結垢等問題都會造成抽油桿下行阻力增大，促使抽油桿失穩(wěn)彎曲，最終導致桿管偏磨現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2.3 油井生產參數(shù)的影響

抽油機正常工作時，抽油桿在上、下沖程過程中的受力情況是不同的。上沖程時，泵上液柱載荷作用在抽油桿上，抽油桿受拉，整個桿柱基本呈直線狀態(tài)。下沖程時，抽油桿主要受2個方向的力，一個是自身向下的重力，另一個是向上的力，這個向上的力取決于井下工況的多種因素，其中油井生產參數(shù)中的沖次越高、產生的阻力就越大，偏磨的部位就越多，同時偏磨的次數(shù)增多，加快磨損。

1.2.4 抽油桿的桿柱組合影響

從剛度角度、抽油桿柱力學和抽油桿柱軸向力分布可以看出，抽油桿直徑越小，越容易彎曲；抽油桿直徑越大，越不容易彎曲。但受油管尺寸的制約，抽油桿直徑不能過大，這就要有合適的組合，以防止變形。由于不同的抽油桿組合使抽油桿的變形長度不同。很明顯，當抽油桿直徑大、下行阻力小，則變形跨度的長度增加，抽油桿變形的次數(shù)就減少，則管桿磨損的幾率就少。

2 管桿防偏磨治理技術

為了解決定邊油田管桿偏磨問題，學習了目前各大油田常用的抽油機井管桿防偏磨技術，通過理論分析并結合定邊油田管桿偏磨特點，制定了以下治理方案。

2.1 使用防磨桿、扶正塊

在出現(xiàn)偏磨情況的油井采用尼龍扶正塊及防磨桿（扶正塊固定在抽油桿上），避免抽油桿與油管之間的直接摩擦，在中性點以下抽油桿上加裝扶正塊，由于尼龍材質的扶正塊摩擦系數(shù)較小，可以大大降低管桿的磨損。

在井斜大于3°，造斜點處應用扶正塊，在造斜點上部20～30m左右開始加裝扶正塊，在造斜點附近，根據(jù)狗腿度的大小，優(yōu)選扶正塊的大致位置及間距。在穩(wěn)斜段加裝扶正塊的間距一般在30～50m左右，在降斜段加裝扶正塊的間距一般在10～30m左右。

2.2 引進加重桿

定邊油田引進?42mmD級加重桿，重量約為?22mm抽油桿的3.6倍，一般安裝在拉桿以上，增加桿柱底部重力，能有效降低中性點，一般將中性點移到加重桿上。同時，由于加重桿桿體直徑較大，能起到一定的扶正作用，因此能起到較好的效果。

2.3 調整生產參數(shù)

為減少管桿摩擦次數(shù)，根據(jù)油井的產能，在不影響產量的前提下采用“小沖程、慢沖次”的工作制度，從而減少單位時間內管桿摩擦次數(shù)，提高管桿的使用壽命，還有效降低了能耗。同時小沖次能有效的減輕管桿振動，減輕慣性載荷帶來的影響，以及因液擊效應導致的抽油桿彎曲，從其他油田應用效果來看，小沖次能有效地降低中性點位置，從而減輕下部管桿的偏磨。結合定邊油田生產現(xiàn)狀，抽油機井存在不同程度的供液不足，而供液不足井在柱塞下行過程中存在“液擊現(xiàn)象”，會導致抽油桿的彎曲，加劇偏磨。同時小沖程、低沖次能有效地減輕液擊現(xiàn)象。

2.4 引進管桿旋轉裝置

引進了抽油桿旋轉裝置，并在部分井安裝試用。抽油桿旋轉裝置主要是將原來的定向偏磨變?yōu)楣軛U間的均勻磨損，達到延長使用壽命的目的。

引進了旋轉井口裝置，在定邊油田兩口油井進行實驗，HK5井引進旋轉井口裝置前，免修期僅為120d，維護作業(yè)均為管漏，而且具有明顯的周期性，周期為4個月。安裝旋轉井口裝置后，每周進行人工旋轉，檢泵周期已延長至180d。HK17B井檢泵周期也由原來的80d左右延長至150d，目前仍效果非常好。

2.5 內襯HDPE/EXPE耐磨防腐油管技術

該技術在標準外加厚油管內壁加襯上HDPE/ EXPE內襯管，并通過特殊工藝保證襯管與油管管體緊密結合，制成具有耐磨和防腐性能的特種用途的油管。一般內襯管下在泵上600m以內。它是一種以高密度聚乙烯為基體的高分子材料，這種材料具有很優(yōu)良的彈性、柔韌性、耐磨等物理特性和耐H2S、CO2、酸、鹽等化學穩(wěn)定性。HDPE/EXPE內襯油管襯層表面光滑、柔韌，摩擦系數(shù)較低，能有效改善桿管磨損狀況，延長偏磨油井的生產周期。

2.6 優(yōu)化抽油桿桿柱組合

抽油桿柱設計按各級抽油桿頂部最大應力相等原則設計。根據(jù)SY/T5873.1-93和SY/T5873.2-93標準，結合定邊油田采油實踐經驗進行優(yōu)化。

根據(jù)油桿磨損的長度在泵的拉桿上方增加適量的加重桿，這樣應該可以適當?shù)乇苊庥蜅U在油管中的彎曲，從而降低因桿受力彎曲而與管產生磨損的幾率。但部分井底部使用加重桿可能會導致載荷過大，針對此問題運用抽油機井有桿泵節(jié)點分析系統(tǒng)，對入井抽油桿組合進行優(yōu)化，根據(jù)泵深、液量、沖程、沖次，合理選擇抽油桿類別，合理調整桿柱比例，優(yōu)化扶正塊使用的位置、數(shù)量及間隔，以期達到最佳的使用效果。最終針對定邊油田這類油井，提出了“767”的（?22mm桿+ ?19mm桿+?19mm桿）桿柱組合，以減輕管柱失穩(wěn)。并且在現(xiàn)場應用后取得了很好的效果。

3 治理效果

定邊油田對偏磨井進行了綜合治理，采取下防磨桿、扶正塊90井次；使用加重桿30井次；調整工作制度27井次；使用抽油桿旋轉裝置1井次；使用旋轉井口2井次；使用內襯油管15井次；均取得良好效果。作業(yè)頻次下降25%，平均檢泵周期延長兩個多月。有效解決了定邊油田油井管桿偏磨問題。其中治理效果較為典型的幾口井如表1所示。

表1 定邊油田典型井防偏磨治理效果實例

4 結論及建議

（1）通過對定邊油田油井管桿偏磨情況進行總結，分析偏磨原因，制定了防偏磨措施，通過現(xiàn)場應用取得了良好的效果。摸索出了一套適合定邊油田的防偏磨工藝技術。

（2）泵上500m是出現(xiàn)偏磨的主要井段，各種治理技術也是主要針對此偏磨井段采取的。

（3）調整合理的抽油桿組合是重點，上部油桿承受重量較大，一般采用?22mm抽油桿，中下部采用?19mm抽油桿，以降低載荷，下部使用加重桿，使中性點下移，減輕“失穩(wěn)”造成的偏磨。從定邊油田的現(xiàn)場治理效果來看，這種抽油桿組合基本能達到防偏磨的目的。

（4）根據(jù)抽油機井的產液能力制定合理的工作制度也是簡單易行，而且效果明顯的措施，低產液井根據(jù)實際情況采取間抽、小泵徑、小沖程、低沖次等工作制度，提高泵效的同時，降低了管桿偏磨次數(shù)，同時減少能耗，使采油成本進一步降低，取得了較好的效果。這也是定邊油田減輕管桿偏磨重要的小成本措施。

（5）偏磨成因及防偏磨措施有多種多樣，沒有一種防偏磨措施能從根本上解決任何成因的偏磨，而且每種防偏磨措施適用場合也不相同。有效的防偏磨措施應是在弄清楚偏磨成因的前提下，采用與偏磨成因相對應的有效防偏磨措施。以上防偏磨技術在定邊油田的應用取得了良好效果就是偏磨原因分析準確、采取措施得當?shù)慕Y果。

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TE358

A

1004-5716(2015)04-0027-03

2014-04-09

張賀敏（1984-），男（漢族），河北灤南人，工程師，現(xiàn)從事采油工程工藝技術工作。