抽油井桿管偏磨影響因素分析與治理對策

沈偉 陳妮娜

摘 要：勝利油田存在管桿偏磨嚴(yán)重的油井有3000口以上，占抽油機井?dāng)?shù)的24%左右，面臨著油井管桿偏磨、腐蝕嚴(yán)重局面。偏磨腐蝕而造成抽油井檢泵作業(yè)的工作量非常大，嚴(yán)重地影響采油時率，進而影響原油生產(chǎn)。通過對形成偏磨腐蝕的多種因素進行了較為系統(tǒng)的分析，并對防治措施進行總結(jié)和分析，為抽油井桿管偏磨的治理指出了方向。

關(guān)鍵詞：油管;抽油桿;磨損;防治

勝利油田油井的約80%使用抽油機采油技術(shù)。勝利油田存在管桿偏磨嚴(yán)重的油井有3000口以上，占抽油機井?dāng)?shù)的24%左右，面對油井管桿偏磨、腐蝕嚴(yán)重局面。偏磨腐蝕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腐蝕而縮短了40%～60%。因此探索應(yīng)用新技術(shù)、新工藝減少偏磨腐蝕，是降低采油成本的有效措施之一。

1.造成抽油機井管桿偏磨的影響因素分析

1.1井斜

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生產(chǎn)參數(shù)影響

生產(chǎn)參數(shù)和桿管組合在發(fā)生偏磨的油井中，沖程越小，偏磨部位也就越小;沖次越高，偏磨頻率就越高，磨損時的相對運動速度就越大。因此，短沖程、快沖次參數(shù)會加劇桿管的磨損。且當(dāng)懸點的運動頻率和抽油桿柱的自振動頻率相同或成整數(shù)倍時，就會產(chǎn)生共振，使振幅變大，偏磨會更嚴(yán)重

在多級組合中，細(xì)桿比例越大，抽油桿發(fā)生“失穩(wěn)”越嚴(yán)重，加之交變載荷的影響，抽油桿易疲勞，因此，底部抽油桿出現(xiàn)偏磨、斷脫事故較多。具體來看同一深度，三級組合比二級組合“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。

1.3產(chǎn)出液介質(zhì)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

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，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)接處在偏磨腐蝕、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。

2.抽油機井管桿偏磨治理對策及效果

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)束語

抽油桿與油管偏磨腐蝕的主要原因是井斜、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腐蝕更加明顯，而介質(zhì)的強腐蝕性加速了偏磨腐蝕。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）是防治偏磨腐蝕的有效措施。針對油井的不同情況，制定綜合的防治措施才能達到防治偏磨腐蝕的良好效果，以便取得最佳的經(jīng)濟效益。

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