抽油機(jī)井偏磨原因分析及治理辦法探討

范若蒙，翟夢盼

（大慶油田第二采油廠第一作業(yè)區(qū)2-17隊，黑龍江大慶 163414）

抽油機(jī)井偏磨原因分析及治理辦法探討

范若蒙，翟夢盼

（大慶油田第二采油廠第一作業(yè)區(qū)2-17隊，黑龍江大慶 163414）

抽油機(jī)井偏磨是影響油田生產(chǎn)不可忽視的、必須解決的問題，從摩擦的基礎(chǔ)知識出發(fā)，結(jié)合抽油泵的工作原理，分析抽油機(jī)井生產(chǎn)過程中桿管承受力的變化趨勢，找出桿管發(fā)生偏磨的根本原因。針對偏磨原因提出一系列的治理辦法，有效地緩解抽油機(jī)井偏磨問題，對于提高抽油機(jī)井管理指標(biāo)、縮短躺井時間、增加油井產(chǎn)量有較大的幫助。

抽油機(jī)；偏磨；桿管；治理

大慶油田進(jìn)入機(jī)械采油階段后，抽油機(jī)一直是機(jī)械采油中最為重要的舉升方式之一。但由于受到多種因素的影響，桿管偏磨問題一直影響著抽油機(jī)井的正常生產(chǎn)。因此，分析研究引發(fā)偏磨的各類因素并采取相應(yīng)的治理措施，已成為影響油田安全、效益和生產(chǎn)的影響因素，為此，對桿管偏磨原因進(jìn)行分析、提出治理辦法，旨在提高工程技術(shù)人員處理抽油機(jī)井偏磨實戰(zhàn)技術(shù)，保證安全生產(chǎn)。

1 偏磨問題的嚴(yán)重性

偏磨是抽油機(jī)機(jī)械采油中不可避免地影響生產(chǎn)的因素之一，隨著采油進(jìn)程的發(fā)展，不論是水驅(qū)還是聚驅(qū)，偏磨檢泵井?dāng)?shù)都在逐年上升，檢泵周期縮短，占檢泵井?dāng)?shù)的比例不斷擴(kuò)大。具體數(shù)據(jù)見圖1和表1。

圖1 大慶第二采油廠第一作業(yè)區(qū)水聚驅(qū)抽油機(jī)井偏磨檢泵曲線

表1 大慶第二采油廠第一作業(yè)區(qū)水聚驅(qū)偏磨問題檢泵井情況統(tǒng)計表

由圖1和表1可以看出：抽油機(jī)井偏磨不可忽視。

2 偏磨原因分析

偏磨問題日益突出，使得我們對其的重視程度不斷加大，也同時出現(xiàn)了對偏磨產(chǎn)生的多種原因分析，下面就從桿管在生產(chǎn)過程中受力變化來從物理角度分析桿管偏磨產(chǎn)生的原因。

所謂偏磨就是指桿管之間發(fā)生的滑動摩擦，而產(chǎn)生滑動摩擦，都須具備3個必要條件：

1）物體之間相互接觸且有正壓力；

2）物體之間必須發(fā)生相對運動；

3）接觸面有一定的摩擦系數(shù)。

結(jié)合滑動摩擦產(chǎn)生的條件和抽油機(jī)井的工作特點，我們找出了產(chǎn)生偏磨的必要因素：桿管的相對運動、桿體的變形、管體的變形（工作環(huán)境在垂直井筒內(nèi)，不考慮井斜的影響）、桿體和管體內(nèi)壁的摩擦系數(shù)。

圖2 抽油機(jī)井管柱圖

桿管的相對運動是產(chǎn)生滑動摩擦的必要條件，但在抽油機(jī)井生產(chǎn)過程中桿管的相對運動是無法避免的（沖程的大小影響到相對運動的距離，沖次的多少影響到相對運動的次數(shù)）；桿體和管體的變形是桿管產(chǎn)生接觸的必要條件，在相同條件下，變形程度越大滑動摩擦力越大（桿管變形首先是指桿管伸縮，其次是彎曲）；桿體和管內(nèi)壁的摩擦系數(shù)影響桿管的磨損程度，在相同條件下，含水越低，接觸面摩擦系數(shù)越低，偏磨程度越輕。以上三種必要因素，對于偏磨來說是缺一不可的。其中桿管的相對運動在生產(chǎn)過程中是不可避免的；采出液含水控制難度較大；因此下面主要對桿體和管體的變形進(jìn)行分析和治理。

在此我們不妨先對抽油機(jī)懸點的載荷進(jìn)行分析，在此將懸點載荷分成上行載荷和下行載荷兩部分來考慮。

上沖程過程中的懸點載荷（上行載荷）

下沖程過程中的懸點載荷（下行載荷）

式中：p上、p下——懸點上行和下行載荷kN；

Wr、W′r——上、下沖程中作用在懸點上的抽油桿柱載荷kN；

Wl——作用在活塞上的液柱載荷kN；

Iu、Id——上、下沖程中的最大慣性載荷kN；

pbu、pbd——上、下沖程中井口回壓造成的懸點載荷kN；

Fu、Fd——上、下沖程中的最大摩擦載荷kN；

pv——振動載荷kN；

pi——上沖程中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷kN。

備注：一般計算中通常忽略的載荷有pbu、pbd，pv和pi。

那么載荷變化與桿管彈性變量的關(guān)系又是怎樣的，讓我們通過公式來進(jìn)行推算。在此應(yīng)用胡克定律給出桿、管彈性變形量的計算方法。

對于多級抽油桿

對于油管

其中：

式中：ft——油管金屬的截面積m2；

D管外——油管外徑m。 d管內(nèi)——油管內(nèi)徑m。

備注：油管錨定時油管的彈性變形量為零

式中：W′f——相當(dāng)于作用在活塞全截面上的靜液柱載荷kN；

fP——活塞的截面積m2；

ρ——井內(nèi)液體的密度t/m3；

ρ=ρw·fw+ρo·（1-fw）

ρo——原油密度t/m3，計算時取0.86 t/m3；

ρw——水的密度t/m3，計算時取1.0 t/m3；

fw——油井的含水率 %；

PA——油井的油壓MPa；pc——油井的套壓MPa；E——鋼的彈性模量（E=2.1×1011Pa）MPa；

fri——第I級單級桿的截面積m2；

h——泵的沉沒度m。

超行程的計算：

eP——超行程m；

Wr——抽油桿在空氣中的重量kN；

ρr——抽油桿的密度，ρr=7.85 t/m3。

通過以上的公式計算，得出結(jié)論：

上沖程過程中，上載荷主要包括：提升液柱至地面的力、抽油桿和活塞的重力、活塞與泵筒的摩擦力等。抽油桿被上沖程過程中受上載荷力作用被拉直伸長，但油管由于無法向上位移會縮短甚至彎曲。并且上載荷相對越大，油管變形相對越嚴(yán)重，造成偏磨機(jī)率越大。

下沖程過程中，下載荷主要包括：活塞上部向下的作用力、凡爾打開后的過流阻力、活塞與泵筒的摩擦力等。油管受到自身重力等力的作用垂直向下伸長，但抽油桿由于桿柱上下受力不均，造成整體下行速度差異，使得桿柱縮短甚至彎曲。下載荷相對越小（根據(jù)不同桿柱和泵型而定，相對于合理載荷越小），說明懸點受到井下的阻力影響越大，桿體形變相對越嚴(yán)重，造成偏磨機(jī)率越大。

上下載荷線波動越大，即震蕩載荷越大；沖程損失越大表明桿管在上下沖程伸長和縮短的量越大，在載荷交變過程中產(chǎn)生的震蕩越嚴(yán)重，造成偏磨機(jī)率越大。

總結(jié)成為：上載荷越大，油管彈性變形越大；下載荷越小，抽油桿彈性變形越大；震蕩載荷和沖程損失越大，桿管震蕩越大。這一結(jié)論為我們下一步提出治理意見提供了依據(jù)。

3 偏磨的治理

綜上所述，結(jié)合生產(chǎn)實際總結(jié)出以下5種偏磨治理的辦法：

3.1 使用油管錨治理偏磨

在生產(chǎn)過程中，桿管受到上下載荷力的作用產(chǎn)生變形、震蕩，從而發(fā)生偏磨。因此我們考慮使用油管錨錨定油管，可以有效地避免油管的變形，減小沖程損失，抑制管柱的震蕩。

例：分別通過南2-4-P135和南2-40-P237井為例對比，通過使用油管錨后大幅延長了檢泵后期，詳見表2、表3。

3.2 增大活塞與泵筒的間隙

增大活塞與泵筒的間隙，降低活塞在泵筒內(nèi)的滑動阻力（如增大活塞與泵筒的間隙或縮短活塞長度等），雖然可能使得泵效降低，但同時可以通過增大泵徑，使排量加大保證產(chǎn)液量。有助于增大下載荷和降低上載荷，減少桿管的變形量，降低桿管震蕩，減輕偏磨程度。

3.3 加大井液進(jìn)入泵筒的過流面積

通過增大凡爾開啟的過流面積，減小井液在進(jìn)入泵筒時的阻力，縮小下沖程過程中桿柱底部與頂部受力差異，有效控制桿柱的形變，降低偏磨程度。

表2 南2-4-P135井檢泵情況描述

表3 南2-40-P237井檢泵情況描述

3.4 增大桿管的尺寸

在相同泵型下，增大一級桿和管的尺寸，可以有效減輕偏磨。首先，增大尺寸可以減少桿管的變形量；其次，加大桿管之間的間隙，避免一些輕微變形造成的摩擦；再次，加大桿管尺寸，抽油桿的抗拉性更強(qiáng)，油管的壁厚也有所提高，耐磨程度增強(qiáng)。

表4 油管基本參數(shù)

表5 抽油桿基本參數(shù)

主要是針對70mm抽油泵效果最為明顯，通過表5、表6中數(shù)據(jù)我們可以進(jìn)行一個簡單的對比，對于70mm抽油泵正常匹配桿管和加級匹配桿管的區(qū)別，詳見表6；

表6 70mm抽油泵正常與加級方式桿管數(shù)據(jù)對比表

例：南2-40-P232井，70mm泵型，匹配76mm油管和25mm抽油桿機(jī)采井，共檢泵2井次，平均檢泵周期553d，大幅度高于聚驅(qū)抽油機(jī)井偏磨檢泵水平。

表7 南2-40-P232井檢泵情況統(tǒng)計表

3.5 使用內(nèi)噴涂油管，降低摩擦系數(shù)

通過使用內(nèi)噴涂油管，降低桿管接觸面的摩擦系數(shù)，達(dá)到治理偏磨的作用。

4 認(rèn)識及結(jié)論

通過對偏磨井的進(jìn)一步認(rèn)識，治理的辦法和效果，得出以下結(jié)論：

4.1 抽油機(jī)井偏磨的必要因素是

桿管的相對運動、抽管的變形、桿管接觸面的摩擦系數(shù)。

4.2 從示功圖的上下載荷可以初步判斷抽油機(jī)井的偏磨程度

上載荷越大，下載荷越小，沖程損失越大，震蕩載荷越大，偏磨相對越嚴(yán)重。

4.3 一些有效治理偏磨的方法

通過使用油管錨，增大泵筒與活塞的間隙，加大井液進(jìn)入泵筒的過流面積、增大桿管的尺寸及使用內(nèi)噴涂油管等辦法可以降低抽油機(jī)井偏磨程度，延長檢泵周期。

[1] 胡博仲.大慶油田機(jī)械采油配套技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[2] 李曉明.抽油桿等使用系數(shù)組合設(shè)計計算及程序[J].石油鉆采工藝，1988，（4）.

[3] 趙子剛.抽油桿偏磨機(jī)理與防治[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2000，（3）.

C a u s e A n a l y s i s a n d C o u n t e r me a s u r e o f P a r t i a l We a r o f P u mp i n g We l l

Fan Ruo-meng，Zhai Meng-pan

The partial grinding of pumping wells is an important problem that can not be neglected in the production of oilf i eld. Based on the basic knowledge of friction and the working principle of pumping pump, the trend of rod bearing capacity in pumping production is analyzed. The root cause of partial wear of the rod. It is helpful to improve the pumping well management index，shorten the laying time and increase the oil well production，so as to effectively alleviate the partial grinding problem of the pumping unit.

pumping unit；partial grinding；rod pipe；treatment

TE933.1

A

1003-6490（2017）08-0046-03

2017-05-12

范若蒙（1990—），男，黑龍江大慶人，主要研究方向為機(jī)械采油。

收稿日期：2017-06-03

作者簡介： 屈健（1990—），男，新疆庫爾勒人，工程師，主要從事采氣工程工作。