采油井偏磨現狀分析與研究

盧軍

摘 要：抽油機采用抽油桿向井下泵傳遞動力，桿管接觸時，相對運動造成抽油桿與油管的磨損，稱為偏磨。偏磨使抽油桿磨損，降低了抽油桿的強度，造成抽油桿斷裂，磨穿油管壁，影響油井正常工作，給油田帶來較大的經濟損失。本文調研分析了勝利油田石油開發中心853-7井桿管偏磨和治理方面的現狀，研究了造成桿管偏磨的機理，危害以及治理方案。

關鍵字： 油井偏磨 HDPE內襯油管 油桿斷脫

一、前言

油田開發進入高含水開采階段，油井的井況發生了很大的變化，加之強注強采，致使管桿工作環境日益惡劣，抽油井的偏磨腐蝕問題變得越來越突出。偏磨與腐蝕相互作用，加快了管桿磨損速度。據統計2009年度，勝利油田石油開發中心因為管桿偏磨造成油井維護工作量占到維護量的1/3左右，偏磨造成的管桿報廢率達到60%以上，僅作業費用和管桿投入達數億元，有效治理偏磨亟待解決的問題。

二、桿管偏磨的機理分析及危害

1、偏磨的機理分析

抽油機井的管桿泵在井下時刻受到拉壓彎扭擠等組合變形的影響，在這個復雜的受力運動系統中，造成管桿偏磨的因素太多，主要有：

（1）井液介質的因素。據資料顯示，油井產出液含水大于75%時，由油包水型轉換為水包油型，管、桿表面則失去了油性潤滑介質，磨損程度加重。礦化度明顯增大Cl-、HC03-和H2S的含量的普遍較高。管桿的偏磨，表面生熱，鐵原子活化。具有強腐蝕性的產出液，使偏磨處優先被電化學腐蝕，使得管桿偏磨表面更粗糙，磨損更為嚴重。

（2）井身結構的影響：隨著油田的開發斜井、定向井越來越多，井身結構更加復雜。造斜點附近，管桿受井眼軌跡的影響產生彎曲，管桿發生強烈摩擦磨損。

（3）油管受壓彎曲的影響：有封隔器等工具的管柱，尾管較短時，泵上油管受壓彎曲，造成抽油桿與油管偏磨。

2、偏磨引起的危害

隨著油田開發的不斷深入，綜合含水逐年上升，加之多年的強注強采，致使桿、管在井下的工作條件日益惡劣，偏磨腐蝕加劇，各種原因引起的斷脫、漏失問題也就日趨嚴重。

（1）偏磨引起斷脫、漏失

井斜引起的偏磨及原因造成井斜的因素很多，有自然井斜，人工井斜和地層蠕動等。由于井斜或套管變形形成“拐點”，使油管產生彎曲。在油井生產時，抽油桿的綜合拉力F或綜合重力W產生了一個水平分力N（正壓力）的作用，油管和抽油桿在“拐點”處接觸，產生摩擦。

在“拐點”彎曲度較小的地方，油管內壁和抽油桿接箍產生摩擦，油管偏磨面積較大，而彎曲度較大的地方，不僅油管內壁與抽油桿接箍產生摩擦，油管內壁與抽油桿本體也產生摩擦，油管偏磨面積較小，磨損較嚴重。

（2）“失穩”對偏磨的影響

首先，分析桿、管在上下沖程過程中每一點的受力狀況。在上沖程過程中，有桿柱向上的拉力，該點以下桿柱在液體中的重力，該點以下桿柱在上行中與液體的摩擦力，活塞與泵筒的摩擦力。由于向上的拉力遠大于向下的阻力，因此，桿柱在向上的拉力作用下向上運動，完成上沖程。在這個運動過程中，桿柱每一點在合力作用下都被拉直，不與油管接觸，從而不會發上偏磨現象。中性點（即合力為零的點）以下油管受力時，有上部油管在井液中的重力形成向下的壓力、下部油管在液體中的重力以及管內介質對油管和活塞對泵筒向上的摩擦力[1]。在上述力的作用下，下部油管發生擺動與抽油桿接箍產生摩擦。這種偏磨較輕，通常為雙面偏磨。中性點位置與泵以下尾管的長度有關。若尾管長，則泵以下的重量加大，就可以把彎曲應力抵消。

在下沖程過程中，油管每一點的合力都是向下，油管被拉直，不會發生偏磨現象。桿柱每一點的受力以該點以下桿柱在液體中的重力，桿柱下行時與液體摩擦產生的向上的阻力，活塞與泵筒摩擦產生的向上的阻力，該點以上桿柱在液體中重力作用于該點形成的向下的壓力。下沖程時各點受力比較復雜，而且處于變化中，下沖程運動開始時，還受到桿柱向上的慣性力的作用。各點合力向下，桿柱向下運動。中性點以上的抽油桿始終處于拉伸狀態，不會彎曲變形，發生偏磨現象。而中性點以下的抽油桿，由于該點以下桿柱的重力較小，不足于克服其他各種向上的阻力，而該點以上桿柱的重力較大，作用于該點形成向下的壓力較大，下部桿柱在強大的壓力作用下完成下沖程，容易彎曲變形，發生偏磨現象。由于桿柱的塑性較強，上部的重力不會很快對下部形成壓力，而下部桿柱在上沖程的慣性力作用下還在向上運動，大大增加了中下部桿柱的彎曲程度。桿柱發生彎曲的這種現象稱“失穩”，桿柱“失穩”是偏磨的主要原因，而中性點越低，桿柱的“失穩”越輕，桿柱偏磨現象也越輕。“失穩”引起的偏磨均為雙偏磨，使抽油桿強度變低，加之交變載荷的影響，抽油桿容易疲勞。因此，底部抽油桿出現斷脫的情況較多。

從理論上講，“失穩”與如下因素有關：沖程、沖次越大，“失穩”越嚴重；多級組合中，細桿比例越大，“失穩”越嚴重；同一深度，三級組合比二級組合“失穩”嚴重；泵的間隙越小，活塞與泵筒的摩擦力越大，“失穩”越嚴重。

三、綜合治理對策

對偏磨井采取綜合治理措施，形成了以“扶正、加重、錨定”為主導的偏磨井綜合治理技術。

1、自動防偏磨抽油桿加倒拉錨治理技術

綜合利用HW自動防偏磨抽油桿和管柱錨定技術這兩種工藝技術，對偏磨較嚴重的井進行治理，采用管柱錨定技術可以減輕和預防管柱彈性伸縮彎曲造成的管桿偏磨損傷，自動防偏磨裝置可實現油管、抽油桿隔離不接觸，降低抽油桿柱下行阻力，最終達到滿意的防偏磨效果。

2、特殊接箍防偏磨技術

對抽油桿接箍進行特殊處理，提高其光潔度、硬度及抗腐蝕能力，減小摩擦系數，達到減輕抽油桿磨損的目的。目前常用的特殊接箍主要有鍍鉻接箍和雙向保護接箍。

3、小電泵采油工藝技術

采用小電泵采油工藝技術可以徹底解決偏磨問題。該技術適應井況較好、供液能力強、不出砂的井。之前在四礦偏磨嚴重的幾口井采取了小電泵采油工藝措施，由于小電泵質量問題，成功率僅為50%，但成功的井目前仍正常生產，免修期均達到了600天以上。

4、采用防偏磨采油工藝管柱

該工藝是依據“同心圓”理論開發的防偏磨采油工藝技術。其特點一是采用泵下加重裝置，將抽油桿柱的中和點下移至泵筒以下，使管桿始終處于拉伸狀態；二是對油管采取雙向錨定措施，防止油管蠕動彎曲；三是采取自動旋轉扶正裝置，減輕油管抽油桿之間的摩擦。

參考文獻

[1] 李健康，郭益軍，謝文獻；有桿泵井管桿偏磨原因分析及技術對策[J]；石油機械；2000年06期