斜井中的桿管偏磨預防工具研制與應用

鄧學峰，羅 懿，王 薇，符偉兵，王 萍

（中石化華北分公司工程技術研究院，河南鄭州450006） ①

斜井中的桿管偏磨預防工具研制與應用

鄧學峰，羅 懿，王 薇，符偉兵，王 萍

（中石化華北分公司工程技術研究院，河南鄭州450006）①

鎮涇油田屬于低孔、低滲油藏，儲層供液能力差，并且受到地貌的影響，以定向井開發為主。在生產過程中，由于桿管偏磨造成的抽油桿斷和油管破漏頻繁發生，嚴重影響了油井的正常生產，也極大地增加了作業費用和材料成本。通過研制并應用抽油桿緩沖補償器和磁力支撐扶正器，使井下的摩擦損耗大幅度降低，延長油井免修期。

定向井；抽油桿；扶正器；結構

鎮涇油田位于鄂爾多斯盆地南部，儲層平均孔隙度9.6%，平均滲透率0.41×10－3μm，為典型的低孔特低滲儲層。油井的日產液量低，功圖顯示抽油泵普遍存在充不滿現象，井下易產生液擊效應。此外，受黃土塬地貌影響，油田以定向井開發為主，斜井中桿管將產生接觸應力，導致桿管偏磨。據2010年統計，鎮涇油田抽油桿斷裂和油管破漏的作業井次占總作業井次的79%，桿管偏磨是主要原因。通過對桿柱受力分析計算，明確桿柱的受壓縮段和摩擦阻力分布特點，有針對性地應用新型防偏磨工具組合，從而達到最優的防偏磨效果。

1 抽油桿柱受力分析

通過抽油桿柱的三維力學模型軟件計算出桿柱的受壓縮段和桿管間接觸應力分布。計算結果顯示抽油桿受壓縮段位于泵上500m以內；桿管間的接觸應力隨井斜角的變化率增加而增加。

應用理論計算數據繪制了扶正器安裝間距［1－3］與井斜角變化率的關系曲線，如圖1。井斜角變化率越大則扶正器安裝間距越小，這與抽油桿柱受力分析結果一致，也與作業現場出現的偏磨井段位置一致。因此該圖對指導現場施工有積極意義。

圖1 扶正器安裝間距與井斜角變化關系曲線

2 抽油桿緩沖補償器原理與應用

針對低產油井中的液擊效應和抽油桿柱因彈性伸縮、振動等造成下部抽油桿柱失穩彎曲的問題［4－5］，研制了抽油桿緩沖補償器，結構如圖2。上接頭下部與中心桿上部連接，外筒套安裝在中心桿外。外筒上部內孔與中心桿上部相配合，外筒下部內孔與中心桿下部配合，外筒與中心桿之間可以相對滑動，外筒下部連接下接頭。抽油桿緩沖補償器連接在抽油桿柱的失穩部位，在抽油桿失穩彎曲前外筒與中心桿之間相對滑動，使抽油桿失穩彎曲力得到釋放，提高抽油桿柱的穩定性，防止抽油桿與油管之間產生接觸應力，從而達到防治下部抽油桿柱失穩彎曲、偏磨、斷脫的目的。

圖2 抽油桿緩沖補償器結構

計算表明，鎮涇油田抽油機井抽油桿柱的中和點分布在泵上300～500m。通過優化設計，抽油桿緩沖補償器安裝位置為泵上500m，數量為3臺，工具間間距為160m，第1臺抽油桿緩沖補償器安裝位置為泵上160m。

3 磁力支撐扶正器原理

針對尼龍扶正器［6］在井下的摩擦阻力大、易串動失效的問題，研制了磁力支撐扶正器［7］。磁力支撐抽油桿扶正器主要由扶正體、梯形磁條、耐磨蝕軸瓦組成，套裝在抽油桿上，與抽油桿形成1對摩擦副。扶正套上開有磁條安裝槽，用于安裝磁條，扶正套套裝在耐磨蝕軸瓦外。耐磨蝕軸瓦外壁對磁條限位，耐磨蝕軸瓦下部的外螺紋與固定套內螺紋連接，磁條的磁力與油管之間產生軸向力和徑向力，使扶正器暫時固定在油管內壁上。在井下，扶正器不會在粗糙的油管內表面上摩擦而磨損，而是使抽油桿與油管之間的摩擦與磨損轉換為抽油桿與耐磨蝕軸瓦之間的摩擦與磨損，抽油桿與耐磨蝕軸瓦之間摩擦因數小，摩擦與磨損輕，使用壽命長，因此，這種磁力支撐抽油桿扶正器能保證油管、抽油桿不磨損，延長油井生產周期。

圖3 磁力支撐扶正器結構

4 應用效果

研制的2種防偏磨工具于2010－08開始使用，目前抽油桿緩沖補償器已在鎮涇油田使用44口油井，磁力支撐扶正器使用13口油井，全部正常生產，最長檢泵周期已達1a，比鎮涇油田平均檢泵周期延長140d。不同防偏磨工具的效果對比如表1～2。

表1 1054－3井和1054－5井摩阻對比

由表1看出，這2口油井都使用32mm抽油泵，下泵深度、生產參數、產液量和最大載荷接近，使用抽油桿緩沖補償器和磁力支撐扶正器的油井下行摩擦阻力比使用尼龍扶正器的油井下行摩擦阻力減小50%，井下系統效率提高19%。由表2知，使用抽油桿緩沖補償器和磁力支撐扶正器的防偏磨工具組合油井比其他油井的下行摩擦阻力平均減小5.39kN，使用效果明顯。

表2 磁力支撐扶正器與尼龍扶正器下行摩阻對比

5 結論

1） 井斜角變化率越大處桿管間摩擦阻力越大。

2） 研制了抽油桿緩沖補償器和磁力支撐扶正器，2種新型防偏磨工具組合能有效地減小井下摩擦損耗，提高井下效率，延長油井免修期，性能可靠。

［1］ 張瑞霞，李增亮，姜 東，等.往復式有桿泵抽油桿扶正器的布置研究［J］.石油礦場機械，2008，37（12）：28－35.

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［3］ 夏麒彪，劉永輝，周新富.定向井中抽油桿柱的摩擦力計算和扶正器分布設計［J］.鉆采工藝，2004，27（1）：60－63.

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［6］ 何志平.抽油桿扶正器的改進與應用［J］.石油礦場機械，2007，36（7）：78－81.

［7］ 鄒 群.內摩擦副式抽油桿扶正器的研制與應用［J］.石油礦場機械，2005，34（5）：77－79.

Development and Application of Anti－Eccentric Wear Tool in Inclined Well

DENG Xue－feng，LUO Yi，WANG Wei，FU Wei－bing，WANG Ping
（Engineering Technology Research Institute，Huabei Company，SINOPEC，Zhengzhou450006，China）

Zhenjing oilfield，a low porosity and low permeability reservoir，reservoir fluid supply ability is poor and affected by the landform development，mainly in directional well.In the process of oilfield production，quite a proportion of maintenance operations on mechanical production wells are due to rod breakdown or tubing leaking resulted from borehole deviation and eccentrically worn string，it has seriously affected the normal production and greatly increased the operating and material costs.In order to effectively reduce such losses，rod centralizer buffer compensator and a magnetic support of the eccentric wear prevention tools combination has been developed and applied，the downhole friction loss is reduced greatly，the workover－free period is extended，tool designed for the performance indicators to meet the use requirements.

directional well；sucker rod；centralizer；structure

1001－3482（2012）02－0048－03

TE931.203

B

2011－08－30

鄧學峰（1980－），男，湖南邵陽人，2009年畢業于中國石油大學（華東）油氣田開發專業，現從事機械采油工作，E－mail：redapple6602＠126.com。