油井偏磨機(jī)理分析及治理研究

王海紅　李穎

摘 要：在充分認(rèn)識(shí)抽油機(jī)井偏磨特征及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分別從抽油工藝特性和應(yīng)用工程力學(xué)理論兩方面對(duì)偏磨機(jī)理進(jìn)行了定性和定量兩方面的探討，對(duì)河口采油廠抽油機(jī)井管、桿偏磨問題和現(xiàn)有的防偏磨工藝技術(shù)進(jìn)行分析，提出充分利用目前的管柱錨定、底部加重、桿柱扶正、旋轉(zhuǎn)等工具，和工藝配套技術(shù)，實(shí)施有效配套，進(jìn)行綜合治理，并重點(diǎn)針對(duì)河口采油四礦油井偏磨治理的實(shí)際效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

主題詞：偏磨；失穩(wěn)；錨定；加重桿；扶正

前 言

抽油機(jī)采油是石油工業(yè)傳統(tǒng)而占主導(dǎo)地位的人工舉升采油方式。河口采油廠油井開井總數(shù)在1750口左右，其中抽油機(jī)井開井?dāng)?shù)在1350口左右，約占總開井?dāng)?shù)的75%，產(chǎn)油量占總產(chǎn)量的78—80%左右。根據(jù)技術(shù)調(diào)查資料，采油廠范圍內(nèi)偏磨井447口，占抽油機(jī)井開井?dāng)?shù)的33.1%，為改善河口采油廠抽油機(jī)井采油管柱的偏磨狀況，有必要研究采油管柱的偏磨機(jī)理，從而采取針對(duì)性措施進(jìn)行治理，以便延長采油管柱的有效工作壽命，降低作業(yè)和管、桿報(bào)廢的損失，提高河口采油廠的開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。下面筆者將重點(diǎn)以河口采油廠采油四礦的油井為例，開展油井偏磨機(jī)理分析及治理研究。

1偏磨機(jī)理分析

1.1油井井身結(jié)構(gòu)的約束引起管桿變形，造成彎曲偏磨損傷。抽油桿柱下部十分容易出現(xiàn)屈曲而發(fā)生失穩(wěn)彎曲，所以下沖程時(shí)油管、抽油桿相互接觸摩擦所造成的偏磨損傷也是必然的和客觀存在的。此時(shí)這種相互接觸摩擦所造成的偏磨損傷隨泵深的增加、含水的上升（礦化度增高）、沉沒度的降低、生產(chǎn)參數(shù)（沖次偏高）、管柱的原始?jí)嚎s彎曲等因素同樣還越來越嚴(yán)重。

1.2抽油機(jī)井采油工藝特性決定了管桿變形偏磨的客觀必然性。定向斜井造斜點(diǎn)以及斜井段油管抽油桿偏磨是客觀存在的，同時(shí)也是必然的，且又人為增加了管桿偏磨程度。①管、桿間的半干磨擦引起管桿早期磨損，磨損增大腐蝕速度；腐蝕加劇磨損速度，是抽油桿本體早期疲勞斷裂和接箍斷裂及油管磨損報(bào)廢的主要原因。②管、桿間的半干磨擦增大了抽油桿的負(fù)荷和馬力，特別是增大了抽油桿交變應(yīng)力幅度，應(yīng)力作用下抽油桿早期疲勞斷裂。③管、桿間的半干磨擦帶來深井泵泵筒內(nèi)的柱塞翹曲會(huì)加劇泵的磨損，特別是柱塞下部，是深井泵柱塞、泵筒工作短期拉傷的重要原因。④管、桿間的半干彎曲磨擦引起柱塞的有效沖程損失，降低泵效；油管彈性彎曲引起油管絲扣間隙加大，造成漏失加劇。

1.3生產(chǎn)參數(shù)不合理是管桿偏磨嚴(yán)重不可忽視的重要因素之一。抽油桿下行受到井液的阻尼作用和管桿以及柱塞與泵筒的半干摩擦阻力，相當(dāng)一部分抽油桿滯后于驢頭的運(yùn)動(dòng)速度，特別是中和點(diǎn)以下的抽油桿幾乎全部處于受壓狀態(tài)，容易產(chǎn)生失穩(wěn)彎曲變形和橫彎曲變形，變形的抽油桿與油管發(fā)生接觸摩擦偏磨損傷，如果生產(chǎn)參數(shù)不合理，特別是采取高沖次，將加劇失穩(wěn)彎曲變形和橫彎曲變形偏磨的頻率以及偏磨的嚴(yán)重性。

1.4 管柱結(jié)構(gòu)不合理以及配套工藝不完善也是管桿偏磨嚴(yán)重不可忽視的重要因素之一 。管柱的結(jié)構(gòu)與油管抽油桿的約束條件是矛盾的，管桿均無法完全處于自由狀態(tài)，因抽油機(jī)井采油工藝特性決定了油管抽油桿在工作過程中必然產(chǎn)生變形，所以偏磨是必然的和客觀存在的，如果管柱未采取其他（如張力錨定、桿柱扶正等）防護(hù)措施，變形的抽油桿與油管發(fā)生接觸摩擦偏磨損傷將是嚴(yán)重的。

1.5桿柱組合以及匹配工藝不合理同樣是管桿偏磨嚴(yán)重不可忽視的重要因素之一。不同的抽油桿柱組合其自身的截面參數(shù)不同，抽油桿柱的受壓失穩(wěn)程度和橫向彎曲的程度以及桿柱的中和點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的變化不同，引起的抽油桿受力狀態(tài)也不同，從而帶來變形程度的不同，抽油桿柱的匹配強(qiáng)度基本上已經(jīng)決定了抽油桿必須是上大下小，處于中和點(diǎn)以下的底部較細(xì)的抽油桿容易發(fā)生失穩(wěn)彎曲變形，接觸摩擦偏磨損傷不可避免。

1.6 井液介質(zhì)和水力參數(shù)的“輔助”作用加劇了管桿嚴(yán)重偏磨。井液介質(zhì)具有腐蝕性，偏磨磨損增大腐蝕速度；腐蝕加劇磨損程度.隨著全國各大油田相繼進(jìn)入高含水開采期，不但井液的含水增加，粘度在提高，含蠟量在提高，比重也在增加，泵掛在加深，管桿接觸面的潤滑系數(shù)也在大幅度地降低，上行載荷明顯增加，下行阻力無形加大，在增加抽油機(jī)驢頭載荷的同時(shí)，也改變了抽油桿的受力狀況和變形程度，致使管桿接觸摩擦偏磨損傷與開采初期和低含水期相比越來越嚴(yán)重.

2 偏磨配套工藝優(yōu)選方向

采取（從井口到深井泵的管桿）整體配套，實(shí)施綜合治理 。首先是管柱實(shí)施機(jī)械張力錨定，實(shí)現(xiàn)有效錨定。避免油管彈性彎曲造成的油管、抽油桿偏磨損傷；其次是桿柱底部采取扶正加重。減輕桿柱受壓彎曲程度以及桿柱中和點(diǎn)下移，實(shí)現(xiàn)降低偏磨損傷；然后桿柱底部再采取扶正防止失穩(wěn)彎曲。避免油管、抽油桿偏磨損傷；管柱井口旋轉(zhuǎn)達(dá)到均勻磨損。優(yōu)化工藝配套設(shè)計(jì)和生產(chǎn)參數(shù)，在充分利用抽油機(jī)能力的同時(shí)，優(yōu)化管柱及桿柱組合，采取長沖程、慢沖次，降低偏磨損傷。

3 實(shí)施綜合配套，實(shí)現(xiàn)有效治理

3.1管柱錨定。首選機(jī)械預(yù)張力錨定。根據(jù)不同井況目前基本上固定采用兩種工具實(shí)現(xiàn)兩種工藝目的。一是（不用定期熱洗井的）普通情況下SSJ-115倒拉機(jī)械預(yù)張力錨定；二是結(jié)蠟、油稠等需定期熱洗井下XS-115洗井油層保護(hù)器，不但管柱可以實(shí)現(xiàn)預(yù)張力錨定，還解決了很多漏失井、結(jié)蠟井、稠油井的熱洗問題，且大大縮短了洗井后的排水時(shí)間。

3.2 桿柱底部扶正加重 。直接采用φ42mm加重桿和利用φ25mm抽油桿改制的變徑加重桿實(shí)現(xiàn)底部扶正加重工藝 普遍采用現(xiàn)有的尼龍扶正器實(shí)現(xiàn)桿柱扶正。可根據(jù)不同的井況和泵徑以及泵深采取不同的底部加重然后根據(jù)不同的井況和泵徑以及泵深采取抽油桿下部扶正，扶正長度（包括加重桿）共計(jì)400m-450m

3.3管柱旋轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)管柱旋轉(zhuǎn)必須放棄對(duì)降低偏磨具有重要作用的管柱張力錨定，因?yàn)殄^定后管柱不能旋轉(zhuǎn)，為管柱旋轉(zhuǎn)就必須放棄管柱錨定。加上現(xiàn)場(chǎng)使用中井口油管旋轉(zhuǎn)器故障頻繁。優(yōu)先采用錨定工藝。在個(gè)別無法實(shí)現(xiàn)管柱錨定作業(yè)井和個(gè)別定向斜井采用。

3.4管柱更換。根據(jù)采油廠油管修復(fù)線工藝實(shí)際檢測(cè)能力，目前基本上采取存在偏磨問題的油管、抽油桿全部更換，回收后由生產(chǎn)準(zhǔn)備大隊(duì)按標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)修復(fù) ，解決‘木桶效應(yīng)。

3.5設(shè)計(jì)優(yōu)化。抽油機(jī)井的管柱、桿柱、生產(chǎn)參數(shù)全部實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4 防偏磨綜合治理效果

治理重點(diǎn)偏磨油井35井次，其中下自動(dòng)扶正抽油裝置19井次，下抗磨副2井次，下強(qiáng)磁防臘桿4井次，深抽、高強(qiáng)度桿等綜合治理10井次。統(tǒng)計(jì)檢泵周期小于100天且已經(jīng)治理的偏磨油井有18口，平均前檢泵周期延長107天，治理后檢泵周期已經(jīng)達(dá)到185天。下滲氮油管、扶正器、鍍鉻接箍、加重桿等綜合治理16井次，旋轉(zhuǎn)井口4井次，下雙向接管箍1井次，治理井效果觀察。

參考文獻(xiàn)

1、萬仁溥、羅英俊主編·采油技術(shù)手冊(cè)（修訂本）·石油工業(yè)出版社·1994