影響抽油井管桿偏磨的原因分析及治理措施

牛金子

【摘 要】抽油井管桿偏磨是油田開發(fā)普遍存在的問題，對于進(jìn)入中后期開采階段的油田，由于采用了注水等增產(chǎn)措施，偏磨井?dāng)?shù)量逐年增加，本文借助抽油桿受力狀況分析，提出了綜合防治措施及方法；通過對桿管的有效扶正，防偏磨抽油泵新工藝應(yīng)用，并取得了治理偏磨良好的效果。

【關(guān)鍵詞】抽油井；彎曲；偏磨；桿柱組合；特殊泵

管桿偏磨是大部分油田普遍存在的問題，特別是采用了注水等增產(chǎn)措施后，偏磨情況更是日趨嚴(yán)重，根據(jù)抽油機(jī)井管桿偏磨的一手資料，借助抽油桿受力分析結(jié)果，全面地分析抽油機(jī)井出現(xiàn)管桿偏磨的機(jī)理，提出切實(shí)可行的防治措施；對于減緩井下設(shè)備損壞，降低了檢泵工作量和管桿更換成本，提高開發(fā)效益意義重大。

1.抽油機(jī)井管桿偏磨規(guī)律

通過對采油管理一區(qū)22口管桿偏磨井情況調(diào)查分析，可得出以下規(guī)律：

（1）從含水狀況的分布上看，主要集中在高含水區(qū)。統(tǒng)計(jì)22口偏磨井含水情況，發(fā)現(xiàn)隨著含水的增加，偏磨井?dāng)?shù)增加，偏磨井占同含水級別井的比例也隨之增加。其中含水大于95%的偏磨井最多，占偏磨井總數(shù)的72.7%。

（2）從沉沒度的分布情況來看，主要集中在低沉沒度井上。統(tǒng)計(jì)19口液面不在井口偏磨井沉沒度資料，沉沒度在200米以內(nèi)的井有11口，占統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)的57.9%。

（3）從偏磨位置的分布情況來看，主要集中在泵上500米以內(nèi)。根據(jù)22口抽油桿偏磨斷脫井現(xiàn)場檢查情況統(tǒng)計(jì)，偏磨嚴(yán)重的部位主要集中在泵300米以內(nèi)，統(tǒng)計(jì)這類井共17口，占統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)的77.2%。

2.抽油桿在下行行程中的受力分析

抽油桿在下行行程時(shí)的懸點(diǎn)載荷為正值，這意味抽油桿在懸點(diǎn)位置受拉，即產(chǎn)生一個(gè)向下的拉力。另外，抽油桿柱向下加速運(yùn)行時(shí)的慣性力、摩擦力均向上，加上下行程時(shí)抽油泵游動(dòng)閥的流體阻力及柱塞副的摩擦力聯(lián)合作用形成泵端阻力，這個(gè)泵端阻力的方向也是向上的。

阻力隨著活塞直徑、抽油桿在油管內(nèi)的各種摩擦阻力、抽油泵沖次以及液體運(yùn)動(dòng)粘度的增加而增大，也隨著活塞與襯套間隙減小而增大。在兩個(gè)方向的力的平衡點(diǎn)上形成中性點(diǎn)，因此，下行行程中這些力的聯(lián)合作用使在中性點(diǎn)以上的抽油桿呈拉伸狀態(tài)，中性點(diǎn)以下的抽油桿受壓而彎曲，而且在抽油桿下部受有最大軸向壓力，這個(gè)軸向力使抽油桿失穩(wěn)而彎曲并導(dǎo)致抽油桿緊貼在油管內(nèi)壁上，通過運(yùn)行產(chǎn)生偏磨。

3.影響管桿偏磨的原因分析

經(jīng)過分析，造成管桿偏磨的原因主要有以下幾個(gè)方面：

3.1井深結(jié)構(gòu)的影響造成生產(chǎn)管柱彎曲，導(dǎo)致管桿偏磨

因斷層部位三向地應(yīng)力集中，注入水易使斷層兩側(cè)憋壓，造成斷層兩側(cè)孔隙壓力失去平衡，加劇應(yīng)力集中，另一方面由于平面上地層壓力不均衡造成高壓區(qū)和低壓區(qū)，這些都會(huì)使原來較直的井眼軌跡發(fā)生變彎而彎曲。因此發(fā)生管桿偏磨的原因之一是由于井身結(jié)構(gòu)的變化影響造成生產(chǎn)管柱彎曲，引起管桿偏磨。

3.2綜合含水和腐蝕介質(zhì)的影響

當(dāng)油井產(chǎn)出液的含水大于75%左右時(shí)，產(chǎn)出液換相，由油包水型換成水包油型，管桿表面的潤滑劑由原油變?yōu)楫a(chǎn)出水，失去了原油的潤滑作用，使管桿偏磨加重加快。另外，腐蝕介質(zhì)的存在，使管桿表面變的疏松和粗糙不平，降低了管桿的表面殘余應(yīng)力和強(qiáng)度，二者相互影響，更加劇了管桿的偏磨。

3.3低沉沒度對管桿偏磨的影響

不同液壓下生產(chǎn)的井，原油進(jìn)入泵的形態(tài)會(huì)有所不同。一般認(rèn)為，低沉沒度井井底流壓低，液體進(jìn)泵的能力差，會(huì)出現(xiàn)供液不足現(xiàn)象。在供液能力差的低沉沒度油井內(nèi)，抽油機(jī)上沖程時(shí)井液體不能充滿泵筒，游動(dòng)凡爾下面留有氣穴，這樣在下行程過程中，泵筒內(nèi)的液面對抽油桿柱會(huì)產(chǎn)生“液擊”現(xiàn)象，使得抽油桿出現(xiàn)較大瞬時(shí)沖擊力，該沖擊力長期作用于桿柱使桿柱長期產(chǎn)生彎曲變形，從而發(fā)生偏磨現(xiàn)象，

3.4上沖程中油管的彎曲，造成管桿偏磨

（1）在沒有內(nèi)外壓作用時(shí)，軸向壓力是管柱產(chǎn)生彎曲的關(guān)鍵因素。（2）當(dāng)管柱內(nèi)外有液壓時(shí)，特別是當(dāng)內(nèi)外壓差較大時(shí)，管柱的彎曲行為就會(huì)發(fā)生更明顯的改變。

4.防止桿管偏磨的工藝措施

4.1桿柱的有效扶正

桿管偏磨，采用桿柱的有效扶正，目前仍然是最有效的措施之一，目前使用的扶正器主要有，各類尼龍式扶正器和金屬滾輪式扶正器，從使用的情況看，一般采用扶正器全井扶正，原則上每根抽油桿加裝1個(gè)扶正器，無論是卡裝式還是注塑式或其它形式的扶正器，扶正方向必須一致。

4.2抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置

在有桿泵抽油系統(tǒng)中，不論是直井還是斜井，抽油桿和油管都是在接觸中相對運(yùn)動(dòng)，因此，抽油桿與油管之間存在著不可避免的磨損，在現(xiàn)有技術(shù)情況下采用抽油桿旋轉(zhuǎn)裝置，使油井在生產(chǎn)過程抽油機(jī)下始點(diǎn)時(shí)抽油桿旋轉(zhuǎn)，讓抽油桿整個(gè)圓周都參加磨損，避免抽油桿磨損，從而成倍延長抽油桿的磨損時(shí)間。

4.3管柱方面

油管錨定。在上沖程中，下部油管柱在內(nèi)壓及軸壓的作用下，有可能發(fā)生正弦彎曲或螺旋失穩(wěn)彎曲。這種情況一般表現(xiàn)為全井偏磨，對其進(jìn)行油管錨定取得了很好的效果。

加裝油管旋轉(zhuǎn)裝置。對于難以解決的桿管偏磨問題，我們使用了旋轉(zhuǎn)井口，將桿管之間的線磨擦通過油管的旋轉(zhuǎn)變?yōu)槊婺ゲ?，讓油管全方位磨擦，以延長油管壽命。

采用新型防偏磨抽油泵。（1）大流道抽稠油整筒防偏磨泵。改進(jìn)整筒泵流道，增加過流面積。以球座孔面積為依據(jù)，對游動(dòng)凡爾罩結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)：一是將原柱塞下端的倒壇式閉式四孔閥罩改為四斜槽形三圓弧結(jié)構(gòu)，增大過流面積；二是對于稠油井，將柱塞與泵筒的間隙由二級間隙放大到三級間隙。（2）柱塞底部加重式防偏磨抽油泵。主要采用加抽油桿扶正器；使用桿管轉(zhuǎn)動(dòng)裝置；泵上部分桿柱調(diào)整為加重桿。使用結(jié)果表明，效果比較顯著。（3）CYB雙沖程平衡防偏磨增效抽油泵。單柱塞雙行程平衡防偏磨增效抽油泵是一種新型的增效抽油泵，該泵生產(chǎn)運(yùn)行過程中，上下沖程均能進(jìn)排油一次，有效的提高了抽油泵的泵效，同時(shí)上下沖程出油，使下行負(fù)荷減小，減少抽油桿彎曲，有效的減少油井偏磨。（4）旋流旋轉(zhuǎn)柱塞式防偏磨抽油泵。旋流旋轉(zhuǎn)柱塞式防偏磨抽油泵具有防砂卡、防柱塞偏磨、延長泵的壽命、提高泵效等特點(diǎn)。此泵從根本上解決了柱塞偏磨、砂卡等問題具有壽命長、泵效高等特點(diǎn)。

4.4應(yīng)用新技術(shù)、新工藝

運(yùn)用無管采油等技術(shù)，無管采油裝置最大的優(yōu)點(diǎn)是：空心抽油桿不易彎曲，而且與國套管間的環(huán)形空間遠(yuǎn)大于普通抽油桿與油管間的環(huán)形空間，因此該裝置能有效的避免管桿間的偏磨，在油管與抽油桿間偏磨較嚴(yán)重的井上使用更能顯示其優(yōu)越性?！捌ジ薄背橛蜅U扶正器，安裝在抽油桿上，當(dāng)抽油桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，“偏磨副”靜止不動(dòng)，既起到扶正作用，又避免了抽油桿與油管間的磨損。

5.結(jié)論

（1）通過上述分析，認(rèn)識到導(dǎo)致管桿偏磨的因素很多，因此說抽油機(jī)井管桿偏磨的產(chǎn)生是一個(gè)綜合因素作用的結(jié)果

（2）由于目前抽油機(jī)井管桿偏磨機(jī)理還沒有完全解釋清楚，故在理論上還沒有確切的方法來預(yù)防管桿偏磨，我們所采取的各項(xiàng)措施將會(huì)起到非常有效的防偏磨的作用，從而，通過不斷努力，最終能夠達(dá)到徹底消除偏磨的目的。

（3）桿管的使用周期成倍延長，大大減少了管理的成本費(fèi)用。

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