油井防偏磨采油管柱的研制

張雨萌

摘要：目前，隨著下泵深度增加、產(chǎn)出液含水上升，機(jī)采井管桿偏磨現(xiàn)象愈加嚴(yán)重，縮短了管桿使用壽命，因管桿偏磨造成的管破、桿斷而上作業(yè)的尤為突出，每年因此造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，本文簡(jiǎn)要分析了管桿偏磨影響因素，介紹了一種防偏磨采油管柱。

關(guān)鍵詞：管桿；采油管柱；偏磨

引言

隨著水平井、斜井、高含水井、低產(chǎn)井等類(lèi)型油井的日漸增多，抽油機(jī)井桿管磨損問(wèn)題已經(jīng)成為困擾油井生產(chǎn)的主要問(wèn)題之一。以高升采油廠雷家地區(qū)為例，油井存在較嚴(yán)重的偏磨問(wèn)題。油井磨損主要表現(xiàn)在管桿偏磨嚴(yán)重、檢泵周期明顯縮短、生產(chǎn)成本顯著上升等方面，現(xiàn)階段管、桿磨損問(wèn)題已成為我廠生產(chǎn)中急需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題之一。目前采取的各項(xiàng)防偏磨措施有效率偏低，措施有效期短。因此有必要開(kāi)展油井桿管偏磨機(jī)理及防偏磨技術(shù)的研究與應(yīng)用，以達(dá)到延長(zhǎng)油井檢泵周期、降低生產(chǎn)管理難度及生產(chǎn)成本并改善區(qū)塊開(kāi)發(fā)效果的目的。

1 管桿偏磨因素分析

（1）油井井身結(jié)構(gòu)的影響。

在抽油井正常生產(chǎn)時(shí)，抽油桿拉力和重力產(chǎn)生一個(gè)水平分力，在水平分力下油管和油桿接觸產(chǎn)生磨擦。抽油井彎曲度越小，油管內(nèi)壁與抽油桿接箍產(chǎn)生偏磨面積越大，磨損越輕；彎曲度越大，不僅油管內(nèi)壁與油桿接箍偏磨，油管內(nèi)壁與抽油桿本體也產(chǎn)生偏磨，油管偏磨面積較小，磨損較嚴(yán)重。在整個(gè)上下沖程期間，抽油桿柱只是在接觸點(diǎn)附近的小塊區(qū)域內(nèi)發(fā)生磨損，而油管柱則在整個(gè)沖程范圍內(nèi)相對(duì)較寬的區(qū)域內(nèi)發(fā)生磨損，這也是抽油桿較油管磨損嚴(yán)重的原因之一。

（2）油管彎曲的影響。

柱塞上沖程時(shí)，游動(dòng)凡爾關(guān)閉，固定凡爾打開(kāi)，此時(shí)泵筒及上部油管內(nèi)測(cè)壁受油管內(nèi)液體靜水壓力作用，外壁受一定沉沒(méi)度液體壓力作用，整根油管如同一根承受內(nèi)壓力的細(xì)長(zhǎng)管，當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到一定值時(shí)，油管會(huì)出現(xiàn)彎曲，在彎曲點(diǎn)處，油管與抽油桿發(fā)生接觸磨損，導(dǎo)致油管發(fā)生彎曲的力為虛擬軸向力，該力大小與泵徑、泵掛深度及沉沒(méi)度等因素有關(guān)；另外分層采油封隔器座封同樣也會(huì)造成原油管彎曲。（3）生產(chǎn)參數(shù)的影響。（4）抽油桿在交變載荷作用下產(chǎn)生底部彎曲（5）綜合含水和腐蝕介質(zhì)的影響

2防偏磨采油管柱

根據(jù)油田開(kāi)發(fā)后期桿管偏磨日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)綜合研究桿管泵的偏磨機(jī)理，提出了桿管“同心圓”理論，并根據(jù)此開(kāi)發(fā)出了防偏磨采油管柱。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

低磨阻抽油桿接箍、油管拉伸錨定器、下行動(dòng)力泵、脫接器、泄油器等部分組成。

2.2工作原理

（1）將管柱下至預(yù)定的位置，正打壓15-7MPa，錨定油管拉伸裝置；（2）下入帶低磨阻接箍的抽油桿柱與抽油泵柱塞對(duì)接，降低桿管的摩擦系數(shù)；（3）抽油：上行程時(shí)，下游動(dòng)凡爾關(guān)閉，長(zhǎng)柱塞與泵筒形成的環(huán)行腔體積縮小，壓力升高，液體經(jīng)上游動(dòng)凡爾排入油管，同時(shí)液體充滿泵筒；下行程時(shí)，上游動(dòng)凡爾關(guān)閉，環(huán)形腔體積增大，形成負(fù)壓，泵筒液體經(jīng)下游動(dòng)凡爾進(jìn)入環(huán)形腔，在整個(gè)下行的過(guò)程中，油管液體壓力始終作用在長(zhǎng)柱塞上，幫助抽油桿下行。在上下行程中，桿管始終處于受拉伸狀態(tài)，形成同心圓；可有效阻止桿管偏磨；

（4）泄油：當(dāng)需要起出管柱時(shí)，上提抽油桿，釋放脫接裝置，管柱即具有自泄油功能。

2.3防偏磨采油管柱的特點(diǎn)

防偏磨采油管柱與常規(guī)采油管柱相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）桿、管在上下行程始終處于拉伸狀態(tài)，在相對(duì)直井中基本不產(chǎn)生摩擦，可基本消除桿管偏磨現(xiàn)象；（2）油管在整個(gè)采油過(guò)程中始終被拉伸錨定在套管上，減少了油管蠕動(dòng)，可提高泵效，同時(shí)由于采用雙向卡瓦錨定機(jī)構(gòu)可防止油管斷脫墜落井底所造成的彎曲損壞；（3）由于油井不同程度地存在彎曲現(xiàn)象，在底部易彎曲部位，由于下入了低磨阻接箍，使桿管的摩擦力顯著降低，耐磨能力至少提高2倍以上；（4）由于采用了下行動(dòng)力機(jī)構(gòu)，使抽油桿下行過(guò)程中始終受到一個(gè)向下的拉伸力，可以防止抽油桿因受壓而造成的彎曲磨損；（5）由于采用了大通道流線型機(jī)構(gòu)，可顯著降低液流進(jìn)入泵筒的摩擦阻力，減輕抽油桿的下行阻力，防止彎曲現(xiàn)象的發(fā)生；（6）設(shè)計(jì)了獨(dú)特的自脫接機(jī)構(gòu)，可多次對(duì)接調(diào)整桿柱，對(duì)于大泵，無(wú)需再配脫接器；（7）該管柱具有正洗井的功能，在抽油前后可以實(shí)現(xiàn)正洗油管；（8）該管柱具有自泄油功能，在檢泵上提管柱時(shí)，可自動(dòng)將油液泄入井內(nèi)，防止污染環(huán)境。

2.4適用范圍

（1）已發(fā)生偏磨，頻繁檢泵的油井；（2）套管外徑為139.7mm和177.8mm的油井；（3）為防止偏磨發(fā)生及提高泵效的油井；（4）抽油桿下行困難的稠油井。

3經(jīng)濟(jì)效益分析

應(yīng)用防偏磨采油管柱，若以延長(zhǎng)一個(gè)檢泵周期來(lái)計(jì)算，從以下計(jì)算可以見(jiàn)到明顯的經(jīng)濟(jì)效益：（1）少用一臺(tái)常規(guī)泵節(jié)約0.7萬(wàn)元；（2）減少一次檢泵作業(yè)費(fèi)節(jié)約1.1萬(wàn)元；（3）減少作業(yè)占井時(shí)間產(chǎn)生的效益，按檢泵一次用時(shí)4天，每天產(chǎn)油4噸，每噸油1200元計(jì)算：4天×4噸/天×0.12萬(wàn)元=1.92萬(wàn)元（4）每井次少報(bào)廢抽油桿350米，油管350米，則節(jié)約材料費(fèi)為：抽油桿：350米×40元/米=1.4萬(wàn)元；油管：350米×60元/米=2.1萬(wàn)元。

以上合計(jì)為7.26萬(wàn)元。另外，該管柱具有自動(dòng)泄油功能，防止環(huán)境污染，對(duì)于大泵提液井，無(wú)需再配脫節(jié)器。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）抽油桿管偏磨的根本原因是井斜，油管受力變形和抽油桿彎曲變形所致。由于目前鉆井及采油技術(shù)所限，抽油桿管的偏磨是難以避免的。（2）研制的防偏磨采油管柱，基本消除桿管偏磨現(xiàn)象，具有減少油管蠕動(dòng)，提高泵效，顯著降低桿管摩擦力、自動(dòng)泄油等效果，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

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