抽油桿偏磨機(jī)理及防偏磨對(duì)策研究

摘要：

作為抽油機(jī)日常維護(hù)中的重要內(nèi)容，抽油桿的防偏磨質(zhì)量將直接影響抽油機(jī)工作的安全性與可靠性。本文首先介紹了抽油桿偏磨特點(diǎn)及偏磨機(jī)理，然后具體探討了抽油桿防偏磨的對(duì)策，以期為相關(guān)維護(hù)與技術(shù)人員提供參考。

作為桿抽油系統(tǒng)中的重要設(shè)備，抽油桿是抽油泵與抽油機(jī)進(jìn)行載荷承受和運(yùn)動(dòng)傳遞的基本構(gòu)件。然而在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中由于管柱發(fā)生失穩(wěn)彎曲、井身結(jié)構(gòu)約束、出液性質(zhì)、抽油桿柱缺陷等原因，使得抽油桿與油管經(jīng)常出現(xiàn)磨損問題，而在出液離子等作用下抽油桿會(huì)出現(xiàn)腐蝕，在腐蝕與偏磨故障的共同影響下，很容易造成桿柱的嚴(yán)重破壞，進(jìn)而引起抽油桿柱磨損滑脫、油管漏失等故障，大量的故障維修及頻繁檢測(cè)不僅會(huì)影響采油井的正常工作，還給油田企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，加強(qiáng)有關(guān)抽油桿偏磨機(jī)理及防偏磨對(duì)策的研究，對(duì)于改善抽油桿工作質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.抽油桿偏磨特點(diǎn)及偏磨機(jī)理

1.1抽油桿偏磨特點(diǎn)

（1）通常在抽油井的偏磨井段抽油桿接箍位置會(huì)發(fā)生偏磨問題，但只存在較少的本體偏磨問題，在該位置偏磨嚴(yán)重的一般油管也會(huì)出現(xiàn)磨損故障；（2）在泵掛深度距離加深的同時(shí)，偏磨井?dāng)?shù)所占比例也會(huì)相應(yīng)增加；（3）根據(jù)偏磨外觀表現(xiàn)，油管通常為內(nèi)壁形成一條與軸心平行的凹槽，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)出現(xiàn)磨穿；而抽油桿通常為本體或接箍的單側(cè)出現(xiàn)磨平，嚴(yán)重時(shí)抽油桿的螺紋消失；（4）在抽油桿偏磨問題較多的油井內(nèi)其抽汲參數(shù)也相對(duì)較高；（5）觀察偏磨的深度距離狀況，可以發(fā)現(xiàn)油管柱與抽油管柱的偏磨問題多發(fā)生在管柱及桿柱的中下位置，且通常在泵以上的800m范圍以內(nèi)；（6）對(duì)于井液含水超過75%的油井，其出現(xiàn)桿、柱偏磨問題的概率通常都比較高，且隨著井斜度及井深的加大，套管井段含有拐點(diǎn)的油井其偏磨問題會(huì)更為嚴(yán)重；（7）根據(jù)沉沒度分布規(guī)律，偏磨井大多為低沉沒度油井。

1.2抽油桿偏磨機(jī)理

（1）油井參數(shù)。沉沒度、沖程、泵徑、沖次等都是桿管發(fā)生偏磨的重要影響因素。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，抽油桿的下行動(dòng)作會(huì)同時(shí)受到柱塞與泵筒摩擦阻力、井液阻尼等障礙的影響，為保證產(chǎn)液性能，生產(chǎn)參數(shù)的不恰當(dāng)設(shè)置會(huì)造成部分油井出現(xiàn)沖次較快的問題，使得抽油桿的下行速率遠(yuǎn)低于抽油機(jī)驢頭的運(yùn)行速率，進(jìn)而導(dǎo)致中和點(diǎn)以下的抽油桿完全處于受壓狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)彎曲變形時(shí)抽油桿與油管間便會(huì)發(fā)生摩擦，由此引發(fā)偏磨；當(dāng)泵徑過大時(shí)，抽油桿下行便會(huì)受到過大的阻尼力，其出現(xiàn)彎曲變形的概率會(huì)大幅度增加，進(jìn)而增大了偏磨發(fā)生的可能。

（2）桿管彈性變形彎曲

抽油桿的失穩(wěn)變形與縱橫彎曲是引發(fā)桿管偏磨的重要原因。在下沖程過程中，液柱載荷會(huì)通過抽油桿轉(zhuǎn)換到油管位置，抽油桿載荷消除會(huì)出現(xiàn)彈性收縮而引發(fā)彈性彎曲；在井液浮力、柱塞阻力、泵筒與柱塞摩擦阻力等外力作用的影響下抽油桿柱的下部很可能會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)彎曲，由此引發(fā)偏磨；在上沖程過程中，中和點(diǎn)位置一下的油管由于載荷消除而出現(xiàn)彈性收縮而造成彈性彎曲，在油管與油桿相互摩擦的影響下又增大了抽油機(jī)的光桿載荷，而由于接箍過程的影響又會(huì)形成強(qiáng)烈的振動(dòng)載荷，進(jìn)而加大了上行摩擦阻力和油管橫向壓力，引發(fā)桿管的偏磨破壞。

（3）井身結(jié)構(gòu)。油井生產(chǎn)主要包括直井與斜井兩類，在直井生產(chǎn)中，由于鉆井技術(shù)的缺陷，當(dāng)鉆井深度不斷增加的同時(shí)井口與鉆頭的同心度會(huì)逐漸降低，井筒便形成一條彎曲扭轉(zhuǎn)曲線，由此發(fā)生自然井斜引發(fā)桿管偏磨；在斜井生產(chǎn)中，在一定的造斜點(diǎn)范圍內(nèi)油管形成是彎曲的，而抽油泵通常安裝在造斜點(diǎn)以下的位置，所以在造斜點(diǎn)位置油管與抽油桿一定會(huì)出現(xiàn)摩擦接觸，由此造成桿管磨損。

（4）油井結(jié)蠟。油井結(jié)蠟會(huì)增加液體流動(dòng)閥的阻力、泵筒與柱塞的摩擦力、抽油桿的液體摩擦力。油管結(jié)蠟時(shí)油管內(nèi)徑與抽油桿的外徑比值會(huì)降低，進(jìn)而造成結(jié)蠟位置上部的抽油桿出現(xiàn)彎曲，由此形成偏磨。

2.抽油桿防偏磨對(duì)策

（1）做好抽油井熱洗管理，降低因結(jié)蠟形成的現(xiàn)行阻力；對(duì)各井狀況進(jìn)行綜合分析，健全熱洗制度，通過流程改進(jìn)盡可能縮短熱洗周期，并提高熱洗水量；轉(zhuǎn)變熱洗技術(shù)方法，由傳統(tǒng)的摻水熱洗逐步改善為高壓水泥車熱洗，增強(qiáng)熱洗壓力、提高洗井水溫度。

（2）采用大流道低磨阻泵以減小交變載荷，降低管柱的受力；相比普通泵，大流道低磨阻泵的活塞液流通道更寬管，由此可以有效減小泵筒與柱塞之間的粘滯阻力；另外其運(yùn)用五級(jí)配合間隙柱塞使得摩擦力和交變載荷有效降低。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)在45口抽油井平均流、泵效與產(chǎn)液等條件不變的狀況下，采用大流道低磨阻泵使最小載荷增大2-3kN，最大載荷減小2～3kN，交變載荷降低5kN。

（3）使用扶正器改變摩擦條件，減小摩擦系數(shù)，且減緩井下管柱的失穩(wěn)彎曲過程。根據(jù)相關(guān)操作經(jīng)驗(yàn)及井下工具應(yīng)用的實(shí)際情況，采用尼龍接箍式扶正器應(yīng)用效果較好。尼龍材質(zhì)使摩擦系數(shù)減小至0.45-0.8之間，有效減輕由高含水引發(fā)的鋼摩擦，從而降低偏磨量。

（4）恰當(dāng)調(diào)整抽汲系數(shù)，降低抽油桿管的運(yùn)行次數(shù)，從而減輕摩擦。在確保正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，采取換小泵徑、欠當(dāng)加深泵掛、減低參數(shù)等技術(shù)措施，使選點(diǎn)最大載荷及慣性載荷有效降低，降低偏磨量，從而提高油管與抽油桿的使用壽命。

（5）調(diào)整抽油桿中和點(diǎn)及井偏角。將抽油桿的中和點(diǎn)不斷降低有效減小抽油桿的自然彎曲程度，且能避免螺旋彎曲問題。在實(shí)際生產(chǎn)中可以利用下入加重桿的方式使中和點(diǎn)下降；另外還可以采用防偏磨扶正環(huán)等。由于井偏角對(duì)于抽油桿的偏磨影響較大，因此，在保證產(chǎn)能的同時(shí)應(yīng)盡可能減小井偏角。

3.結(jié)束語

抽油桿防偏磨質(zhì)量的好壞將直接影響著抽油機(jī)運(yùn)行的整體質(zhì)量和使用壽命，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)有關(guān)抽油桿偏磨機(jī)理及防偏磨對(duì)策的研究，總結(jié)偏磨影響因素及防偏磨技術(shù)措施，以逐步改善抽油桿防偏磨質(zhì)量。