抽油機井桿管偏磨原因分析及治理措施探討

鄭娟 王普彬

【摘 要】桿管偏磨而造成抽油機井檢泵作業(yè)的工作量非常大，嚴(yán)重地影響采油時率，進(jìn)而影響原油生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本文通過對形成偏磨的多種因素進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，并對防治措施進(jìn)行總結(jié)和分析，為抽油井桿管偏磨的治理提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】油管;抽油桿;磨損;治理措施

勝利油田油井的約80%使用抽油機采油技術(shù)。偏磨而造成油井檢泵作業(yè)的工作量約占全年抽油機井檢泵作業(yè)工作量總和的50%，管、桿的使用壽命也因偏磨而縮短了40%～60%。因此探索應(yīng)用新技術(shù)、新工藝減少偏磨，是降低采油成本的有效措施之一。

1、抽油機井管桿偏磨原因分析

1.1井斜的影響。自然井斜，從垂直來看，井筒是一條彎曲旋扭的線條，油井井深超過600m～800m一般會出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展和油田開發(fā)需要，定向斜井不斷增多。地層蠕變造成套管變形，使井段出現(xiàn)彎曲變形，地層蠕變嚴(yán)重時會導(dǎo)致油井報廢。

由于套管變形和井斜使油管產(chǎn)生彎曲。在抽油機井生產(chǎn)時，抽油桿的綜合拉力F或綜合重力（抽油桿的重力和各種阻力的合力）產(chǎn)生了一個水平分力，在水平分力（抽油桿對油管內(nèi)壁的正壓力）的作用下，油管和抽油桿接觸產(chǎn)生摩擦。在彎曲度較小的地方，油管內(nèi)壁和抽油桿接箍產(chǎn)生摩擦，油管偏磨面積較大，磨損較輕。而彎曲度越大的地方，不僅油管內(nèi)壁與抽油桿接箍產(chǎn)生摩擦，油管內(nèi)壁與抽油桿桿體也產(chǎn)生摩擦，油管偏磨面積較小，磨損較嚴(yán)重。

1.2油井生產(chǎn)參數(shù)的影響。在偏磨的油井中，沖程短、沖次高時，偏磨的部位相對較小，偏磨次數(shù)頻繁，磨損較嚴(yán)重，破壞力大。許多抽油機井的沖程為≤3m，沖數(shù)為6次/min，磨損較嚴(yán)重。

1.3產(chǎn)出液介質(zhì)的影響。當(dāng)油井產(chǎn)出液含水大于74.02%時產(chǎn)出液換相，由油包水型轉(zhuǎn)換為水包油型。也就是說，管、桿表面失去了原油的保護作用，產(chǎn)出水直接接觸金屬，腐蝕速度增加。摩擦的潤滑劑由原油變?yōu)楫a(chǎn)出水，由于失去原油的潤滑作用，油管內(nèi)壁和抽油桿磨損速度加快，磨損嚴(yán)重。產(chǎn)出液中CO2含量越高，產(chǎn)生的H+越多，pH值越低，產(chǎn)出液酸性越明顯，腐蝕性越強。產(chǎn)出液中H2S與Fe反應(yīng)生成FeS，而H+對油管和抽油桿產(chǎn)生氫脆腐蝕。由于PH值低，H+多，而產(chǎn)出液含CI-高，化學(xué)平衡為H+Cl→HCI，從而形成了具有鹽酸強腐蝕性的體系。

1.4偏磨和腐蝕相互作用相互促進(jìn)。管、桿偏磨使管、桿偏磨表面產(chǎn)生熱能，從而使管、桿表面鐵分子活化，而產(chǎn)出液具有強腐蝕性，使偏磨處優(yōu)先被腐蝕。由于腐蝕，使管、桿偏磨表面更粗糙，從而磨損更嚴(yán)重。偏磨和腐蝕并非簡單的疊加，而是相互作用，相互促進(jìn)，二者結(jié)合具有更大的破壞性。

1.5縫隙和沖蝕。產(chǎn)出液含水較高及產(chǎn)出液的強腐蝕性，使油管、抽油桿螺紋聯(lián)接處產(chǎn)生縫隙腐蝕;另外，產(chǎn)出液對油管公螺紋外緣的沖刷作用，再加上產(chǎn)出液的強腐蝕性，發(fā)生沖蝕，易使油管公螺紋老化。油管螺紋聯(lián)接處在偏磨、縫隙腐蝕和沖蝕的綜合作用下，易使該處產(chǎn)生油管斷脫、刺漏。

1.6管桿的材質(zhì)。管桿材質(zhì)及表層涂料的強度和耐蝕性不同，管桿耐腐蝕性和壽命不一樣。

1.7抽油機井抽油循環(huán)過程中油管彈性收縮彎曲，底部抽油桿受壓失穩(wěn)。下沖程時，液柱載荷由抽油桿轉(zhuǎn)移到油管上，抽油桿卸載發(fā)生彈性收縮產(chǎn)生螺旋彎曲。繼續(xù)下行時將受到柱塞與泵筒間半干磨擦阻力及液流通過柱塞產(chǎn)生的阻力和井液產(chǎn)生的對抽油桿的浮力。這些阻力均比桿柱底部第一根抽油桿的臨界載荷值大得多，因此抽油桿柱下部很容易發(fā)生失穩(wěn)彎曲，而此時油管承載拉伸基本為直線，所以下沖程時管桿相互偏磨損傷。上沖程時，液柱載荷由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿上，中和點以下油管因卸載而發(fā)生彈性收縮產(chǎn)生螺旋彎曲，抽油桿承載拉伸為直線，油管、抽油桿相互偏磨成為必然。

2、抽油機井桿管偏磨治理措施

針對抽油機井十管偏磨的特點，根據(jù)“防、治相結(jié)合”的原則，對偏磨的抽油機井應(yīng)采取一系列的新工藝、新技術(shù)。

2.1加緩蝕劑。加緩蝕劑是解決油井井筒和地面集輸系統(tǒng)腐蝕的一種常用、有效方法。其原理是通過緩蝕劑加入到產(chǎn)出介質(zhì)中，在金屬表面形成一種致密薄膜，使金屬本體與腐蝕介質(zhì)隔離開來，以達(dá)到保護金屬、防止腐蝕的目的。另外，通過油井緩蝕劑在油管內(nèi)壁形成的保護油膜，起到潤滑作用，達(dá)到減少磨損的目的。如：k622-8，K622x9。

2.2加長尾管和管柱錨定。加長尾管僅能減輕管柱彈性彎曲。管柱錨定又有機械預(yù)張力錨定，液壓張力錨定，支撐式錨定三種工藝。機械預(yù)張力錨定雖是預(yù)防油管彎曲的最有效措施，但施工操作復(fù)雜，且起出管柱時安全性差，有可能卡鉆，因此該項工藝至今未得到很好的推廣使用;液壓張力錨定雖能利用油套壓差將管柱錨定在管柱伸長最大的部位，操作簡單，但在整個錨定伸縮過程中，錨牙始終磨損套管，對套管有一定的損傷;支撐式錨定僅能防止管柱底部運動而有助于提高泵效，但是，由于泵上油管受壓產(chǎn)生螺旋彎曲嚴(yán)重，將加重油管抽油桿偏磨，是最不應(yīng)該采用的錨定方式。

2.3抽油桿扶正器。在治理油井偏磨方面，滾輪式和滾珠式扶正器由于易卡輪和不耐腐蝕的原因，目前已很少使用，兩瓣對卡式KBV3OH型尼龍扶正器在抽油桿上滑動，扶正效果差，脫落的碎片易卡泵，使用受到限制。KZX型防偏磨扶正器、KBV型固定式扶正器、扶正接箍、KZX型防偏磨扶正器等，它們各具特點。在淘汰金屬類抽油桿扶正器后，抽油桿扶正目前較為普遍采用的是安裝在抽油桿接箍端的五棱螺旋雙接頭活動式非金屬尼龍扶正器和碳纖維扶正器。在控制抽油機井油管本體與抽油桿接箍的偏磨方面起到了較好預(yù)防作用。

2.4加重桿。加重桿是防止桿柱底部抽油桿彎曲的有效方法。它能使桿柱中和點下移，且可以降低桿柱的交變應(yīng)力幅度，延長抽油桿疲勞斷裂周期。加重桿在清洗修復(fù)時發(fā)現(xiàn)加重桿也同樣存在偏磨和彎曲問題，現(xiàn)場測量φ42mm加重桿直徑最小僅為φ35mm，且部分加重桿有彎曲現(xiàn)象，這說明了加重桿也同樣需要扶正防偏磨。

2.5抽油桿分選、增強修復(fù)。抽油桿采取分選修復(fù)和增強修復(fù)，從管理和修復(fù)工藝上來提高和保證抽油桿機械性能。

2.6油管旋轉(zhuǎn)器。油管旋轉(zhuǎn)器，通過自動旋轉(zhuǎn)油管改變油管與抽油桿的偏磨面，使磨損面均勻分布，從而達(dá)到延長油管使用壽命的目的;另外，已安裝偏心井口的油井，轉(zhuǎn)動井口也可達(dá)到以上目的。

2.7合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)。在保持產(chǎn)液量不變的情況下，由短沖程、高沖次，改成長沖程、低沖次，增加偏磨面積，減少偏磨次數(shù)，以達(dá)到延長油管和抽油桿使用壽命的目的。

2.8應(yīng)用新技術(shù)、新工藝。運用無管采油等技術(shù)，無管采油裝置最大的優(yōu)點是：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)抽油桿上下運動時，“偏磨副”靜止不動，既起到扶正作用，又避免了抽油桿與油管間的磨損。

3、結(jié)論與建議

抽油機井桿與管偏磨的主要原因是井斜、抽油桿柱彎曲、高含水和產(chǎn)出液的強腐蝕性。綜合含水上升使偏磨更加明顯，而介質(zhì)的強腐蝕性加速了偏磨。加藥防腐、抽油桿扶正、管桿旋轉(zhuǎn)、調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)、應(yīng)用無管采油等新技術(shù)（新工藝）是防治偏磨的有效措施。針對油井的不同情況，制定綜合的防治措施才能達(dá)到防治偏磨的良好效果，以便取得最佳的經(jīng)濟效益。

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