抽油桿柱與油管偏磨機理及偏磨點位置預測

張凱(大慶油田有限責任公司第一采油廠第三油礦，黑龍江 大慶 163000)

抽油桿柱是油田采油作業中需要人工吊舉的重要部分，在抽油機和抽油泵中間曾在這載重負荷作用，具有很強的聯動性，傳遞連接抽油桿系統的重要裝備。一個油田作業中需要使用很多抽油桿，利用卡箍彼此連接，形成上下活動的整體，在往復運動中實現抽取地下石油的目的。

在油田的勘測和開采初期，由于井液中的含水量較低，石油存儲地層較淺，所以桿柱和油管的磨損并不明顯。綜合我國大部分油田的開采情況，經過長時間的采抽作業，油田已經進入了生命周期的后半部分，油井中含水量逐漸增加（一般在75%以上），這就會造成桿柱和油管的潤滑效果劣化。

隨著石油開采作業的進一步深入，石油在地層中的位置越來越深，開采也越來越困難。相應地，抽油井中的摩擦和損耗也越來越大，雖然抽油桿柱和抽油管之間的對沖運動并不劇烈，但不間斷地接觸和摩擦，依然會產生磨損現象。由于磨損現象多出現在單側，因此也稱之為偏磨。

1 抽油桿柱與油管偏磨原因分析

造成抽油桿柱和油管偏磨的原因很多，以下從主要的原因展開分析。

1.1 油井自身的構造

事實上，在我國很多油田開發早期，油井的開采設計結構都很簡單，大多以直井為主要形式。但隨著開采工作的進行，為了獲取石油資源，開始出現斜度較大的井段，井下構造拐點增多，原有的直線構造被打破，甚至出現螺旋形的井下構造。在這一前提下，油管的形狀必須與井下構造一致，而抽油桿柱之間的連接是直線要求，這樣一來兩者之間的接觸必然發生。

具體來說，當井下有斜坡的情況下，油管就是彎曲的，抽油泵的安置位于斜面一下，這樣抽油桿與油管的接觸是不可避免的；即便是采取直井方式，也無法保證隨著井深的增加，鉆頭與井口之間是同心圓，直井本身必然會形成向下扭曲的螺旋。

1.2 抽油桿柱變形

抽油桿柱的材料在長期滿負荷運行的狀態下，容易產生金屬疲勞，進而發生彎曲變形。抽油機運轉的過程中抽油桿柱因為收縮性能變差，搖晃幅度加劇，就會與油管發生彈性收縮摩擦。

較為直觀的現象是，在直井之中，抽油管的運動幅度要一般要大于抽油桿柱，當后者發生變形彎曲之后，兩者在高速的震動下產生橫向壓力，造成偏磨。

1.3 油井結蠟

油井結蠟是指石油中蘊含的固體和半固體成分，例如石蠟、瀝青等物質，在從石油中析出之后粘連在油管外部，形成固體的混合物。一旦出現油井結蠟的現象，抽油桿柱就會被液體摩擦力的影響下，與抽油泵之間形成較大的阻力；同時，此時油管內徑與抽油桿柱的外徑比例減小，導致結蠟點的摩擦力大于其他部分，抽油桿柱由此發生彎曲，產生偏磨現象。

1.4 其他原因

除了以上三種分析的原因之外，造成抽油桿柱與油管偏磨的因素還包括油井參數設置、采出液影響等。其中，采出液影響是指所采石油物質中的含水率，這是在油田開采后期無法回避的一種偏磨問題。

客觀上說，油田開采后期的含水量增加是必然的，產出液中的水分含量越多，就會造成井液密度增大，從而增加了抽油桿柱的浮力；浮力的增加必然導致臨界壓力的降低，抽油桿柱發生扭曲變形就是無法避免的。

2 抽油桿柱與油管偏磨機理分析

在分析過發生偏磨的原因之后，針對偏磨的機理進行分析。

2.1 機械磨損。油井的構造并不能完全滿足直井條件，出現斜度、螺旋、扭曲是很正常的情況，但這些情況就容易造成抽油桿在軸向載荷作用下的變形，由此一來，抽油桿柱連接的部分（卡箍、油管）自然發生扭曲，并在不斷上下運動的抽取行為中產生磨損。

2.2 介質磨損。抽油泵將井液送入抽油管，液體中含有大量的復雜成分，也包括一些固體顆粒碎屑，這些碎屑導致抽油桿柱和油管中間連接突出的部分，發生碰撞和摩擦，進而磨損。需要注意的是，這種磨損是從內部開始的。

2.3 化學磨損。化學腐蝕是無法避免的，因為原油本身就含有大量腐蝕性成分，如硫化物、細菌成分等，當腐蝕性發展到一定程度，就會產生磨損。

3 偏磨點位置預測實現方法

偏摸點位置的預測可以借鑒一定的計算手段，通常在油田的開采后期，井下的剖面相對穩定，由此形成的剖面圖可以作為分析偏磨點的主要一句。例如，根據抽油桿柱的受力情況進行分析，所包含的設計因素主要有井眼曲度、撓率、螺旋曲度、彎曲應力等。多方面的數據結合在一起，可以判斷出抽油桿柱與抽油管之間的數據異常情況，例如曲度增大必然導致抽油管的彎曲應力提升。

在現實的采油作業中，油管自身的材質保障了一些剛度，由此配合套筒的作用，可以做出一定的拉直反映。因此，在進行計算測量的過程中，需要考慮到誤差作用。

綜上所述，單純地從抽油桿柱材質屬性方面去考慮偏磨現象，是不科學也不全面的，要綜合多方面的原因，實現油田作業尤其的高效率、低損耗生產要求。此外，國內針對偏磨問題還提出了創新性的解決方案，例如動壓潤滑方式，需要進一步的實踐和驗證。

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