油管抽油桿偏磨原因分析及治理對(duì)策研究

張衛(wèi)家

（黑油山有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

1 前言

當(dāng)今社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量顯著提高，對(duì)石油資源能源產(chǎn)生了強(qiáng)烈需求，對(duì)油田生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。當(dāng)前形勢(shì)下，必須宏觀審視油管抽油桿偏磨的現(xiàn)狀問題，精準(zhǔn)把握抽油桿偏磨防治技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與核心步驟，綜合施策，切實(shí)提升抽油桿整體運(yùn)行效能。本文就此展開了探討。

2 油管抽油桿偏磨研究現(xiàn)狀

在當(dāng)前石油開采事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，油管抽油桿始終扮演著不可替代的關(guān)鍵角色，是提升石油開采效率，確保石油穩(wěn)定輸出的重要載體與工具。偏摩問題是油管抽油桿實(shí)際應(yīng)用中的常見問題之一，極大程度上會(huì)加劇構(gòu)件疲勞，影響機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的整體性與穩(wěn)定性，必須采取行之有效的方法與策略，切實(shí)出現(xiàn)類似問題，延長(zhǎng)抽油桿使用壽命。近年來，國(guó)家相關(guān)部門高度重視油管抽油桿偏磨技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，在偏磨影響因素辨識(shí)、偏磨過程控制、偏磨治理效果評(píng)價(jià)等方面制定并實(shí)施了一系列重大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為高質(zhì)高效地開展抽油桿防偏磨技術(shù)研究提供了基本遵循與方向引導(dǎo)，在優(yōu)化抽油桿運(yùn)行穩(wěn)定性與系統(tǒng)性等方面取得了令人矚目的現(xiàn)實(shí)成就，積累了豐富而寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，與油田開采事業(yè)相關(guān)的諸多企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)同樣在創(chuàng)新抽油桿防偏磨模式，優(yōu)化防偏磨技術(shù)流程等方面進(jìn)行了大量卓有成效的研究與探索，效果突出，使得抽油桿偏磨產(chǎn)生機(jī)理更加明確，相應(yīng)的防偏磨技術(shù)措施更具針對(duì)性。盡管如此，受主客觀等多方面要素的影響，當(dāng)前油管抽油桿運(yùn)用實(shí)踐中依舊存在諸多偏磨誘因，阻礙著其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的進(jìn)一步提升，必須給予高度重視。上述背景下，深入探討油管抽油桿偏磨原因及治理對(duì)策，具有極為深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

3 油管抽油桿偏磨原因分析

3.1 井身軌跡及生產(chǎn)過程中的扭矩影響

在當(dāng)前技術(shù)條件下，影響油管抽油桿偏磨的原因趨于多樣化，其中，井深軌跡及其扭矩是最重要的原因之一。部分情況下，井深軌跡具有自身特殊性，在實(shí)際運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生不平衡的扭矩，改變了抽油桿穩(wěn)定均衡的受力狀態(tài)，導(dǎo)致抽油桿發(fā)生物理形變，久而久之，出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，尤其對(duì)于埋藏較深的油井而言，更容易出現(xiàn)上述偏磨問題。在井深軌跡及其扭矩的影響下，抽油桿與油管的內(nèi)壁接觸不良，隨之而來的摩擦力系數(shù)顯著提升，桿管初始彎曲相繼加重，不利于抽油桿的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 疲勞破壞、機(jī)械磨損及氣體腐蝕的影響

疲勞損壞、機(jī)械磨損及氣體腐蝕等同樣是誘發(fā)油管抽油桿偏磨問題的主要原因?，F(xiàn)代油田開采工作強(qiáng)度陸續(xù)增大，開采工藝對(duì)環(huán)境條件的要求更高，油管抽油桿所遭遇的不確定性因素趨于多樣化，在長(zhǎng)期連續(xù)性、高強(qiáng)度的運(yùn)行過程中，抽油桿會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞，物理構(gòu)件磨損突出及部分氣體腐蝕等問題，所遭受到的不對(duì)稱循環(huán)荷載更為顯著，且疲勞元具有較強(qiáng)隱蔽性，識(shí)別與控制難度較大，容易在反復(fù)拉伸作用下出現(xiàn)裂縫。

3.3 油井工作參數(shù)

在當(dāng)前油氣資源開采中，需要對(duì)油井設(shè)置不同的工作技術(shù)參數(shù)，所設(shè)置的技術(shù)參數(shù)對(duì)于油管抽油桿的運(yùn)行具有直接影響?？v觀當(dāng)前油井工作參數(shù)設(shè)置實(shí)際，普遍存在著設(shè)置不合理、參數(shù)不規(guī)范，參數(shù)運(yùn)行效果欠佳等共性問題，無形之中放大了抽油桿偏磨問題風(fēng)險(xiǎn)。由于油井工作參數(shù)缺失，在油井供液能力持續(xù)減少的情況下，液壓力相應(yīng)提高，對(duì)油井系統(tǒng)構(gòu)造產(chǎn)生高液擊力，進(jìn)而導(dǎo)致抽油桿彎曲，威脅其外部纖維的可靠性。

4 基于動(dòng)壓潤(rùn)滑原理的抽油桿防偏磨技術(shù)研究

4.1 抽油桿柱受力分析

為了有效提升抽油桿防偏磨效果，有必要首先對(duì)其進(jìn)行受力分析。在抽油桿柱受力分析中，應(yīng)綜合考量截面、接箍、速度、加速度等技術(shù)參數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的單位長(zhǎng)度抽油桿柱的重力、浮力、摩擦阻力及慣性力。在上述幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的約束下，應(yīng)根據(jù)上沖程和下沖程作用力大小的不同，對(duì)抽油桿液柱荷載進(jìn)行分析，得出相應(yīng)的沉沒壓力產(chǎn)生的荷載。對(duì)于抽油桿柱與油管之間的摩擦力，則應(yīng)充分考慮二者的接觸面積大小，避免對(duì)地面管線中的阻力做過多涉入，否則，會(huì)影響抽油桿柱附加荷載數(shù)值的大小。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為抽油桿防偏磨技術(shù)中的受力分析提供了更豐富的技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)模式下難以完成的受力分析任務(wù)具備了更大的科學(xué)性，因此，可通過軟件技術(shù)構(gòu)造抽油桿受力模型，以更加直觀形象的方式獲取受力分析結(jié)果。

4.2 液體動(dòng)壓潤(rùn)滑方程的建立

液體動(dòng)壓潤(rùn)滑方程源于動(dòng)壓潤(rùn)滑原理，需要將抽油桿柱和油管構(gòu)成一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)形空間，擬定液體動(dòng)壓路線、方向及流速，將油壓最大處的油膜厚度、相對(duì)滑動(dòng)速度、流體動(dòng)力黏度等作為自變量，將液膜壓力作為因變量，通過方程曲線觀察液壓支撐荷載狀況變化。由于液體動(dòng)壓潤(rùn)滑方程具有協(xié)同性，因此，該方程的建立與運(yùn)行，必須滿足如下幾個(gè)約束條件：抽油桿柱和油管之間存在必然摩擦（包括滾動(dòng)摩擦或滑動(dòng)摩擦）；上述二者之間存在楔形間隙，滿足潤(rùn)滑劑的注入條件；摩擦面之間存在一定黏度的潤(rùn)滑劑。通過建立液體動(dòng)壓潤(rùn)滑方程可見，抽油桿柱處于屈曲狀態(tài)時(shí)，其所遭遇的外來荷載與偏磨方向?yàn)橥颉?/p>

4.3 動(dòng)壓潤(rùn)滑防偏磨工具的設(shè)計(jì)

在滿足上述兩項(xiàng)基礎(chǔ)條件的前提下，可以對(duì)油管抽油桿防偏磨工具進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。在動(dòng)壓潤(rùn)滑防偏磨工具設(shè)計(jì)中，相關(guān)技術(shù)人員必須熟知相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與構(gòu)造體系予以嚴(yán)格控制，將計(jì)算獲得的相關(guān)技術(shù)參數(shù)作為防偏磨工具設(shè)計(jì)的主要參考與依據(jù)，減少人為主觀意識(shí)或經(jīng)驗(yàn)主義的涉入，使防偏磨工具的設(shè)計(jì)更具針對(duì)性和實(shí)效性。通常情況下，基于動(dòng)壓潤(rùn)滑原理的防偏磨工具主要運(yùn)用楔形結(jié)構(gòu)，并應(yīng)根據(jù)不同類型抽油桿的實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)其最優(yōu)尺寸，確定其規(guī)格大小。在油液動(dòng)力黏度、抽油桿運(yùn)行速度、偏心距等約束條件一定的情況下，可以對(duì)楔形結(jié)構(gòu)的外徑、內(nèi)徑等參數(shù)做出優(yōu)化，掌握與之相對(duì)應(yīng)的油膜壓力。

4.4 動(dòng)壓潤(rùn)滑防偏磨技術(shù)的應(yīng)用

在某特定約束條件下，抽油桿防偏磨工具所遭遇的最大油膜壓力將會(huì)超出其所遭受的縱向力，只有在此情況下，才能有效緩解抽油桿與油管之間的硬性摩擦，起到應(yīng)有的防偏磨作用。

在直井環(huán)境下，抽油桿防偏磨工具所荷載的縱向力相對(duì)較小，去屈曲狀態(tài)的出現(xiàn)主要來源于軸向壓力，因此，壓桿失穩(wěn)的臨界荷載可根據(jù)抽油桿截面慣性矩、壓桿長(zhǎng)度、彎曲系數(shù)等進(jìn)行計(jì)算得出。在斜直井環(huán)境下，抽油桿防偏磨工具中和點(diǎn)以下的桿柱彎曲并非由軸向壓力導(dǎo)致，而是需要綜合考慮側(cè)向力的影響，斜直井的斜角越小，則桿柱所荷載的側(cè)向力也越小，當(dāng)處于極限條件時(shí)，側(cè)向力趨于“零”。隨著井斜角角度的增大，側(cè)向力相應(yīng)增大，動(dòng)壓潤(rùn)滑狀態(tài)下所應(yīng)形成的油液動(dòng)力黏度也就越高，防偏磨效果則越為優(yōu)化。

5 結(jié)語

綜上所述，受技術(shù)方法、偏磨特征、效果評(píng)價(jià)等方面要素的影響，當(dāng)前，油管抽油桿偏磨防治工作實(shí)踐中依舊存在諸多不容忽視的薄弱環(huán)節(jié)與不足之處，阻礙著抽油桿實(shí)際工作效能的優(yōu)化提升。因此，技術(shù)人員應(yīng)該從現(xiàn)代油田生產(chǎn)的客觀實(shí)際需求出發(fā)，充分遵循抽油桿偏磨防治的基本原理與規(guī)律，創(chuàng)新防偏磨技術(shù)技術(shù)方法，強(qiáng)化防偏磨過程控制，為提高抽油桿實(shí)際運(yùn)行效果奠定基礎(chǔ)，為推動(dòng)油田事業(yè)持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展保駕護(hù)航。