油井偏磨程度與沉沒度相關(guān)性研究與應(yīng)用

張強(qiáng) 王德松 蔣健

摘要：高含水抽油機(jī)井在低沉沒度條件下運(yùn)行時，抽油泵因嚴(yán)重供液不足而產(chǎn)生液擊，會加劇抽油桿柱振動，降低抽油機(jī)懸點(diǎn)最小載荷。隨著抽油機(jī)井含水的逐年升高以及油井生產(chǎn)流壓的逐漸降低，高含水或特高含水、低流壓抽油機(jī)井的數(shù)量將逐年增加，桿管偏磨井?dāng)?shù)也將逐年增加，因此，對抽油機(jī)井桿管產(chǎn)生的偏磨原因進(jìn)行研究，有效地采取預(yù)防措施，開展防腐防偏磨長效治理一體化技術(shù)具有重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)井;最小載荷;含水;沉沒度變化;磨損規(guī)律

含水與沉沒度直接影響抽油泵的工作狀態(tài)影響抽油桿柱的振動載荷，并最終影響懸點(diǎn)最小載荷與抽油桿柱的軸向分布力。近年來，由于桿管偏磨井?dāng)?shù)逐年上升，增加維護(hù)性井下作業(yè)費(fèi)用及桿管更換費(fèi)用，嚴(yán)重地影響了油田開采的經(jīng)濟(jì)效益，年桿磨斷率平均3%的速度上升。本文通過對抽油機(jī)井最小載荷隨含水和沉沒度變化規(guī)律及桿管摩擦磨損規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究，找出了含水、沉沒度對桿管偏磨的影響規(guī)律。高含水抽油機(jī)井在低沉沒度條件下運(yùn)行時，抽油泵因嚴(yán)重供液不足而產(chǎn)生液擊，會加劇抽油桿柱振動，降低抽油機(jī)懸點(diǎn)最小載荷，從而減少抽油桿柱的軸向分布力與桿管產(chǎn)生偏磨的臨界軸向壓力，加大下沖程時抽油桿柱下部受壓段的長度，易造成抽油桿柱屈曲而導(dǎo)致桿管偏磨。高含水是導(dǎo)致桿管偏磨速度加快的主要原因。

1 桿管偏磨狀況

1.1 不同含水區(qū)間桿管偏磨率的分布規(guī)律統(tǒng)計2013—2017年桿管偏磨井259口，按不同含水區(qū)間分類，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看出：隨著含水的上升桿管偏磨率呈明顯上升趨勢，含水大于85%的偏磨井占總偏磨井?dāng)?shù)的75.8%。

1.2 不同沉沒度區(qū)間桿管偏磨率的分布規(guī)律統(tǒng)計2013—2017年桿管偏磨井259口，按不同

沉沒度區(qū)間分類，從統(tǒng)計結(jié)果看：隨著沉沒度的降低桿管偏磨率明顯上升，沉沒度低于200m的偏磨井占總偏磨井?dāng)?shù)的76.6%，其中沉沒度低于100 m的偏磨井占總偏磨井?dāng)?shù)的62.0%。

1.3 抽油桿偏磨區(qū)域的統(tǒng)計

統(tǒng)計2013—2017年桿管偏磨井259口，按抽油桿區(qū)域劃分，由統(tǒng)計結(jié)果可見，桿管偏磨區(qū)域主要分布于抽油桿柱下部，有79.39%偏磨井的偏磨位置在200 m以下。

2 抽油機(jī)懸點(diǎn)最小載荷隨沉沒度與含水的變化規(guī)律

為了搞清楚最小載荷隨著含水沉沒度變化規(guī)律，通過利用抽油機(jī)井計算機(jī)仿真分析系統(tǒng)，計算出不同沉沒度，不同含水情況下的最小載荷。研究表明：抽油機(jī)懸點(diǎn)最小載荷隨沉沒度的下降和含水增加而下降，含水越高沉沒度越低，懸點(diǎn)最小載荷下降的幅度越大;當(dāng)懸點(diǎn)最小載荷降到某一值時，懸點(diǎn)最小載荷隨著沉沒度降低和含水的上升反而增加。為了進(jìn)一步研究沉沒度對懸點(diǎn)載荷的影響，在**油井上利用熱洗流程向套管內(nèi)灌水調(diào)節(jié)動液面，并測試不同液面條件下懸點(diǎn)示功圖，測試結(jié)果見圖1。當(dāng)示功圖充滿程度為50%左右，最小載荷最小，顯然，懸點(diǎn)最小載荷隨沉沒度的變化規(guī)律與上述研究結(jié)果是一致的。低含水油井在低沉沒度條件下運(yùn)行時，由于氣體的緩沖作用，泵內(nèi)一般不會產(chǎn)生液擊;高含水油井在低沉沒度條件下運(yùn)行時，抽油泵供液不足，由于泵內(nèi)無氣體或很少氣體緩沖，柱塞在和液面接觸瞬間將產(chǎn)生液擊，從而加劇了抽油桿柱的振動，降低了抽油桿柱的軸向分布力，即降低了桿管產(chǎn)生偏磨的臨界軸向壓力，桿管易產(chǎn)生偏磨。

3抽油機(jī)井桿管摩擦磨損規(guī)律研究

為了深入分析抽油機(jī)井桿管偏磨原因，對抽油機(jī)井桿管摩擦磨損規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，研究了油井液含水、側(cè)壓力對桿管摩擦系數(shù)與磨損速度的影響。

3.1 油井液含水與側(cè)壓力對桿管摩擦系數(shù)的影響

研究表明：抽油桿與油管之間的摩擦系數(shù)隨著原油含水量增加而增加，隨側(cè)壓力的增大而增大。側(cè)壓力越大、原油含水越高，抽油桿與油管之間的摩擦系數(shù)也越大。

3.2 油井液含水、側(cè)壓力對抽油桿磨損率的影響

研究表明：抽油桿的重量磨損率隨著原油含水量的增加而增加，隨側(cè)壓力的增大而增大。側(cè)壓力越大、原油含水越高，抽油桿重量磨損率增加的幅度也越大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：①含水、側(cè)壓力對抽油桿與油管之間的摩擦系數(shù)有顯著影響。在側(cè)壓力一定的條件下，桿管之間的摩擦系數(shù)隨著原油含水的增加而增加。例如：在法向壓力一定的條件下，如果含水由50%升高到95%時，桿管之間的摩擦系數(shù)增加20%左右;在含水一定的條件下，如果側(cè)壓力由50N增加到130N時，桿管摩擦系數(shù)增加20%左右;②含水、側(cè)壓力對抽油桿的磨損率有顯著影響。在側(cè)壓力一定的條件下，抽油桿的磨損率隨著原油含水量的增加而顯著增加。例如，在側(cè)壓力為130N時，如果含水由50%升高到95%時，抽油桿的磨損率由0.71×10^-6g /m增加到2.59×10^-6g /m，增加了265%。

4 結(jié)束語

抽油機(jī)井桿管偏磨區(qū)域主要分布在靠近泵處下部抽油桿柱。高含水、低沉沒度是導(dǎo)致桿管偏磨的主要因素，高含水是導(dǎo)致桿管偏磨速度加快的主要原因。高含水抽油機(jī)井在低沉沒度條件運(yùn)行時，抽油泵嚴(yán)重供液不足而產(chǎn)生液擊，從而加劇了抽油桿柱振動，降低了抽油機(jī)懸點(diǎn)最小載荷，從而降低了抽油桿柱的軸向分布力與桿管產(chǎn)生偏磨的臨界軸向壓力，加大了下沖程時抽油桿柱下部受壓段的長度，容易造成抽油桿柱屈曲而導(dǎo)致桿管偏磨，高含水加快桿管磨擦磨損速度，因此高含水井桿管容易偏磨。

針對腐蝕偏磨日益嚴(yán)重問題，開展防腐防偏磨長效治理一體化技術(shù)。對腐蝕偏磨嚴(yán)重井實(shí)施“內(nèi)襯管+抽油桿減磨接箍”或“內(nèi)襯管+連續(xù)桿”防偏磨工藝，對腐蝕嚴(yán)重井進(jìn)行緩蝕劑評價篩選，加藥劑量評定，實(shí)施套管加藥和泵下固體緩蝕劑防腐工藝，并全部采用防腐耐磨抽油泵。在防腐蝕與防偏磨的有機(jī)結(jié)合下，防腐防偏磨井治理取得顯著成效。實(shí)施16口井生產(chǎn)周期延長152天，防偏磨有效期已經(jīng)達(dá)到460天

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：山東省德州市臨邑縣臨盤采油廠）